NO820377L - Forankring for anlegg anordnet paa svoemmende legemer i havet - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en forankring for anlegg anordnet på flytelegemer til havs, bestående av et antall strekk-kraf toverf øringsledd mellom flytelegemene og fundamenter som hviler på havbunnen, eller med havbunnen forbundne motlagre hvor strekk-kraftoverføringsleddene med deres ender ved hjelp av ledd er tilkoblet flytelegemene og/eller fundamentet, hhv. motlageret.

I motsetning til de kjente havplattformer som bæres av stive tårn som er forankret til havbunnen (eksempelvis

US 3 522 709), er også plattformer e.l. anlegg anordnet på flytelegemer kjent, hvor flytelegemet, hhv. den halvt nedsenkbare anordning, i regelen er leddforbundet med flere tilkoblingsarmer som er leddet forankret til havbunnen, idet disse tilkoblingsarmer forløper fra havbunnen til flytelegemet i en større eller mindre skråvinkel. Disse tilkoblingsarmer må ha en stor stivhet i forhold til de krefter som virker fra havdønningene, hvorved de især påvirkes ved bøyning og knekking. Derfor er disse tilkoblingsarmer generelt utformet som bøye- og knekkfaste tunge gitterfagverksdragere (sammenlign DE 2 460 789).

I den siste tid ble et forholdsvis nytt forankrings-system utviklet hvor flytelegemet eller den halvt nedsenkbare anordning holdes ved hjelp av strekkstagoverføringsledd som står under strekk og er festet til et fundament eller til motlagre i havbunnen (jfr. "Ocean Industry" februa 1980, side 35 ff).

Strekk-kraftoverføringsleddene er vanligvis utformet som rørelementer som kun belastes og er konstruert for strekk og således må bøyekrefter unngås i disse. Det foreligger således den oppgave ved slike forankringssystemer å utforme tilkoblingsanordningen ved endene av strekk-kraft-overføringsleddene til flytelegemene og/eller til fundamentet hhv. motlageret, at dette krav imøtekommes. I tillegg må det ved utformingen og dimensjoneringen tas hensyn til at disse dreiepunkter overhodet ikke eller kun underhelt uvanlig vanske-lige forhold, kan beskues, hhv. inspiseres, når de først er forankret på havbunnen i 200 til 250 rn,dybde. På disse dyp er en inspeksjon, også med spesialdykkere, for tiden neppe mulig, og især er det ikke mulig å gjennomføre noen form for vedlikeholdsarbeider eller reparasjonsarbeider. En inspeksjon er kun mulig når hele anlegget bringes på land. Det er kjent hvilke betydelig vanskeligheter og kostnader dette forårsaker.

Det er således ved utformingen av disse innretninger viktig å rette enhver oppmerksomhet mot at forankringen skal kunne arbeide uten avbrudd og vedlikehold over et langt tidsrom.

Det foreligger således den ytterligere oppgave å utforme denne forankring slik at den kan arbeide fullt funksjons-dyktig og uten avbrudd over et tidsrom på minst 10 til 15 år uten noen form for inspeksjon eller vedlikehold i sjøvann med 200-250 m dybde. Dertil hører at de mot hverandre beve-gede deler kan utføre deres funksjon tilnærmet uten slitasje og friksjon og at alle viktige deler hindres, hhv. beskyttes mot angrep fra sjøvann.

Løsningen av denne oppgave ved en slik forankring består i at leddet består av en indre kule og en ytre kule som omslutter den siste i det minste over 240° og at en av de to kuler har en tapp for feste i fundamentet eller motlageret eller har en innretning for løsbart feste av strekk-kraf toverf øringsleddet, og at den ene eller begge kuler ved de sfæriske flater som vender mot hverandre har soner med materialsjikt som har lav friksjon og er slitesterke.

Derved foreslås videre at den ytre kule består av

to halve skall som ved hjelp av deres flenser holdes sammen med spennledd og videre at det i den skillende fuge mellom de to halve skall er innlagt passfjærer og tetningselementer.

Et viktig trekk ved oppfinnelsen består i anordningen av de friksjonsnedsettende og slitefaste materialsjikt. Disse har ifølge oppfinnelsen fordypninger samt i disse mun-nende tilførselsåpninger for overføring av et smøremiddel,

idet disse fordypninger videre ifølge oppfinnelsen kan danne et lukket kanalsystem.

Et vesentlig utformingstrekk ifølge oppfinnelsen består i at fordypningene kan være utformet som flater, altså kan ha form av lommer som er anordnet i omkretsen.

Videre består ifølge oppfinnelsen materialsjiktene

av en fleksibel plast med gode tetnings- og glideegenskaper, fortrinnsvis av PTFE.

Av spesiell betydning for de gunstige glideegenskaper i innretningen ifølge oppfinnelsen er det trekk at tilfør-selsåpningene er forbundet med en høytrykkssmøremiddelkrets-innretning gjennom hvilken smøremidlet presses med konstant trykk gjennom ledningene og fordypningene i materialsjiktene.

Ved denne utforming oppnås en svømmende, tilnærmet friksjonsfri opplagring mellom de sfæriske flater i kuleskal-lene som vender mot hverandre, idet en spesiell fordel består i at den glidespalt mellom de sfæriske kuleflater som ikke har trykkmiddel, kan holdes konstant. Ifølge strekkspenningen opptrer trykk-kraften under drift kun i det øvre område, mens det nedre område avlastes. Allikevel kan glidespalten holdes like stor i det øvre og nedre område hår størrelsen av denne spalte i disse områder måles kontinuerlig ved hjelp av tilsvarende måleapparater og måleresultatet bearbeides til et styresignal med hvilket trykkmidlets trykk i det øvre område forhøyes så mye inntil glidespalten er like stor i alle punk-ter av kuleflaten. På denne måte kan de to kuleskall sen-treres nøyaktig mot hverandre.

For å kunne justere og sentrere de sfæriske kuleflater mot hverandre ved å holde glidespalten konstant, er det derfor ifølge oppfinnelsen fordelaktig når det under og over den indre og/eller ytre kules horisontale ekvator anord-nes en sfærisk sone med lav friksjon og slitasjefast materiale og som kan mates med høytrykkssmøremiddel.

Videre ifølge oppfinnelsen har hver av de to kulesoner under og over kulens ekvator flere fordypninger som er inndelt i sektorer, idet hver av disse fordypninger har minst en tilførselsledning for høytrykkssmøremiddel, og at disse tilførselsledninger munner ut i en ringtilførselsledning som står i forbindelse med den sentrale høytrykkssmøremiddelkrets-innretning. Utformingen er videre slik at hver fordypning har minst én tilførselsledning for høytrykkssmøremiddel som munner ut i det midtre område og tetningslister som avtetter fordypningene i den sfæriske kulesoneoppad og nedad, og at kulesonene har anordnet lekkasje-ringkanaler som avtetter oppad og nedad kulesonene over og under disse tetningslister og som er lukket ved hjelp av ytterligere omløpende ringtet-ninger og at i lekkasjeringkanalene anordnede smøremiddelut- førselsåpninger står i forbindelse med smøremiddeltransport-ledningene.

Det er her videre fordelaktig at de omløpende lek-kas je-ringtetninter består av minst en omløpende tetningsleppe som under påvirkningen av en forspenning presses mot den sfæriske motkuleflate, og en omløpende bakre ring som avslutter kulesonen oppad og nedad. Derved er de omløpende tetningslepper anordnet til omløpende, i kulelegemenes ringspor innlagte tetningsholdere og står" under forspenning av omløpende O-ringer av meget elastisk materiale. Videre kan de omløpende bakringer likeledes være festet til tetningshol-derne.

En ytterligere gjenstand for anordningen ifølge oppfinnelsen består i avskjermningen mot sjøvann av de viktige

deler i konstruksjonen, fremfor alt for å hindre inntrengning av sjøvann også til glidespaltens kantområder. Derfor består et ytterligere vesentlig trekk ved oppfinnelsen i at den ytre kules sirkelformede åpningsområde på høyden 120°, hvorfra tappen for låsing til fundamentet eller innretningen for fri-gjørbar befestigelse av strekk-kraftoverføringsleddet, rager ut, er avlukket mot sjøvannet ved hjelp av en fleksibel bekyt-telsesbelg som ved hjelp av en tett tilkoblingskonstruksjon på den ene side er koblet til den ytre kule og på den annen side til tappen, hhv. innretningen. Ved dette trekk oppnås en tetning mot sjøvannet. Det er imidlertid nødvendig å utligne sjøvannets ytre trykk ved hjelp av et i avskjermningens indre anordnet trykkmedium for å hindre en overdrevet trykk-belastning og derav følgende deformasjon av beskyttelsesbel-gen. Trykkmediet kan være luft eller en gass eller et flyt-ende trykkmedium.

En annen løsning av dette problem kan ifølge oppfinnelsen bestå i at det sirkelformede åpningsområde i den ytre kule på maksimum 120°, hvorfra tappen for låsing til fundamentet eller innretningen for løsbar befestigelse av strekk-kraf toverf øringsleddet rager ut, er lukket mot sjøvann ved hjelp av en luftklokkeanordning som består av en luftpute som omslutter den ytre kules sirkelformede åpning, opp til en fra denne ragende konstruksjonsdel, tapp eller festeanordning, idet luftputen oppad består av et halvt skall av stål som er åpen nedad og oppad tilkoblet den ytre kule eller festeanordningen lufttett, og hvis nedre, nedad åpne del er fylt så

mye med sjøvann at lufttrykket tilsvarer vanntrykket. Det halvskall av stål som omslutter luftputen er tilkoblet lufttett til den ytre kule eller til festeanordningen oppad. Allikevel må det regnes med at luftinnholdet i luftputen av-tar langsomt da luftpartiklene kan unnslippe gjennom sjøvannet, eller på grunn av at tetningen av det omsluttende stålhalv-skall tross alt vil tillate noe luftgjennomgang over lengre tid, noe som ikke kan utelukkes. Da en inspeksjon og/eller reparasjon ikke er mulig, må détpå forhånd tas hensyn til dette. Det foreslås således ifølge oppfinnelsen videre at en svømmer tjener til regulering av nivået for sjøvannet i luftklokkeanordningen, idet svømmeren er leddet til en signalgiver og at en reguleringsventil påvirkes av signalgiveren og styrer tilstrømningen av høytrykksluft fra en høytrykks-luftkilde via en mateledning.

Utformingen av forankringen for slike anlegg som er anordnet i havet på flytelegemer eller halvt nedsenkbare an-ordninger muliggjør ifølge oppfinnelsen under utnyttelse av oppdriften en avspenning av disse flytelegemer ved hjelp av leddede tilkoblinger ved hvilke bøyekrefter tilnærmet full-stendig holdes borte fra strekk-kraftoverføringsleddene slik at deres dimensjonering kun kan baseres på lastopptak under påvirkning av strekkspenningen. Ved trekkene ifølge oppfinnelsen frembringes en ledding av strekk-kraftoverføringsled-dene hvor bevegelsene av de overføringsledd som står under høye strekk-krefter på grunn av belastningen, kan overføres tilnærmet uten friksjon og slitasje på de tilsluttende kon-struksjonsdeler uten at det i overskuelige tidsperioder er behov for en inspeksjon eller overhaling.

Utførelser av oppfinnelsen er vist på tegningen og beskrevet i det følgende, idet figur 1 viser et snitt gjennom forankringen ifølge oppfinnelsen med to ulike utførelser av sjøvannssmøringen, figur 2 viser et snitt gjennom forankringen ifølge oppfinnelsen i en annen utførelse,* med de to sjø-vannssmøringene på figur 1, figur 3 viser et delsnitt gjennom kuleskålene i forstørret målestokk, og figur 4 viser eksempelvis anordningen av forankringsinnretningen ved et flyte-

legemeanlegg.

Slik det fremgår av figur 1 og 2 er strekk-kraft-overføringsleddet 1 innlagt i en muffe ved sin ende, idet muffen kan på ikke vist måte sammenkobles forrnoverensstemmende med en forbindelseshylse 3 som er sammenhengende med den ytre kule 4, hhv. den indre kule 5. Videre er den indre kule 5, hhv. den ytre kule 4 fast forankret i fundamentet F eller et motlager W ved hjelp av en sammenhengende tapp 6.

Den indre kule 5 har over og under den horisontale ekvator soner Z som har materialsjikt 7 av PTFE. Da materi-alet PTFE kryper under trykk, er materialsjiktene 7 innlagt i tilsvarende fordypninger (se figur 3) slik at det oppstår en allsidig kammerdannelse.

Den ytre kule 4 består av to halve skall 4a og 4b som holdes sammen med deres flenser 8a, 8b ved hjelp av spennledd 9, 10. Som spennledd 9, 10 tjener i denne utførelse strekkskruer. Passfjærer 11, lia samt runde snorpakninger som tetningselementer er innlagt i skillefugen mellom de to kulehalvskåler 4a, 4b.

Av figur 3 fremgår at materialsjiktene 7 av PTFE har en plant utformet fordypning 13 som danner en nedsenket lomme som på alle kanter omsluttes av tetningslistene 17 og i hvilke et trykkmiddel ledes inn gjennomctilførselsåpningen 14. Trykkmidlet fra en høytrykks-smøremiddelkretsanordning til-føres tilførselsåpningene 14 fra ringledninger 16 via til-førselsledninger 15.

Av figur 3 fremgår videre at tilførselsåpningene 14

i den viste utførelse munner ut i det midtre område av de lommeformede fordypninger 7 som er oppdelt i flere sektorer over hele kulesonen Z. Over og under de allerede nevnte tetningslister 17 som på alle sider omslutter de lommeformede fordypninger 13, er anordnet omløpende lekkasjeringkanaler 18 som oppad og nedad er avtettet ved hjelp av de likeledes omløpende ringpakninger D. I disse lekkasjeringkanaler 18

er smøremiddeltransportåpninger 19 anordnet til hvilke smøre-middeltransportledningene 20 er tilkoblet, som munner ut i ringledningene 21.

Ringpakningene D består av pakningsholdeanordninger 24 som er innsatt i omløpende ringspor 24a. Til de av et tetningsmateriale bestående tetningsholdeanordninger 24' er tetningsleppene 23 festet som bevirker tetningen av lekkasjeringkanalene 18 og som ligger an mot den sfæriske motkuleflate. Tetningsleppene 23 står under forspenning av omløpende O-ringer 25 som likeledes er anordnet i tetningsholdeanordningen 24. Ved hjelp av O-ringene 25 bevirkes et konstant trykk av tetningsleppene 23. Istedet for O-ringene 25 kan også andre fjærelementer som virker tilsvarende bevirke trykket. Ring-tetningen D avstenges oppad og nedad ved en omløpende bakring 22 som likeledes er anordnet i tetningsholdeanordningen 24. Bakringene 22 tjener til beskyttelse av tetningsanordningen mot inntrengning av smuss og fremmedlegemer som kunne ha beskadiget tetningsleppene 23. Ved denne anordning mulig-gjøres en spesielt virksom høytrykkssmøring i glidesonene Z

da trykket kan økes uten å frykte farlige lekkasjer og at det kan opprettes en svømmende væskeopplagring av den indre kule 4 i den ytre kule 5 og en nøyaktig justering og sentrering av kulene i hverandre samt opprettholdelse av dette.

Lekkasjesmøremiddel som eventuelt måtte trenge ut

av de lommeformede fordypninger 13 over disses tetningslister 17, oppfanges i lekkasjeringkanalene 18 og ledes bort gjennom smøremiddeltransportåpningen 19 via ledningene 20 og ringledningene 21 og tilføres igjen smøremiddelkretsløpet.

Figur 1 og 2 viser to forskjellige typer konstruk-sjoner for smøring av åpningen i den ytre kule 4 mot inntrengning av sjøvann i glidespalten.

På den venstre side er vist en fleksibel beskyttelsesbelg 26 som ved hjelp av en tett tilkoblingskonstruksjon 27, 28 på den ene siden er tilkoblet den ytre kule 4 og på

den annen side tappen 6 og anordningene 2, 3. Rommet i be-: skyttelsesbelgen 26 er på ikke vist måte fylt med trykkmiddel fortrinnsvis med en nøytral gass eller en nøytral væske som står under et trykk som tilnærmet tilsvarer sjøvannets ytre trykk.

Den ytre kules sirkelformede åpningsområde kan også være lukket ved hjelp av en luftklokkeanordning LV mot sjø-vann, slik dette er vist på figur 1 og 2 (høyre side). Tetningen bevirkes her av en luftpute L som oppad er lufttett tilkoblet den ytre kule 4 (figur 1) eller festeanordningen 3, 6 (figur 2) av en nedad åpen stålhalvskål 30, 31, idet den nedre, nedad åpne del av halvskålen 30, 31 er fylt så mye med sjøvann at lufttrykket tilsvarer vanntrykket.

For å kunne utligne mulig opptredende luftlekkasjer, er en svømmer 32 anordnet som er leddet til en signalgiver 33 og som utløser et styresignal når sjøvannivået N stiger en på forhånd innstilt verdi over det planlagte nivå. Styre-signalet betjener en reguleringsventil 35 som tillater til-strømning av en bestemt mengde høytrykksluft via en mateledning 34 fra en ikke vist høytrykksluftkilde, inntil det på forhånd innstilte sjøvannsnivå N atter oppnås.

Claims (9)

1. Forankring for i havet på flytelegemer anordnede anlegg, bestående av flere strekk-kraftoverføringsledd mellom flytelegemene og på havbunnen hvilende fundamenter eller med havbunnen forbundne motlagre, hvor strekk-kraftoverførings-leddene ved deres ender ved hjelp av ledd er forbundet med flytelegemene og/eller til fundamentet, hhv. motlageret, karakterisert ved at leddet består av en indre kule (5) og en ytre kule (4) som omslutter den indre minst 240° og at en av de to kuler (4, 5) har en tapp (6) for låsing til fundamentet (F) eller motlageret (W) eller med en anordning (2, 3) for løsbart feste av strekk-kraftoverførings-leddet (1) og at den ene eller begge kuler (4, 5) på de mot hverandre vendende sfæriske flater har soner (Z) med materialsjikt (7) som har liten friksjon og er slitesterk, idet den ytre kule (4) består av to halve skall (4a, 4b) som ved hjelp av deres flenser (8a, 8b) holdes sammen ved hjelp av spennledd,. (9, 10) og at passfjærer (10, 11) og tetningselementer (12) er innlagt i skillefugen mellom de to holdeskåler (4a, 4b).

2. Forankring ifølge krav 1, karakterisert ved at materialsjiktene (7) som har lav friksjon og er slitasjefaste, har fordypninger (13) samt i disse utmunnende tilførselsåpninger (14) for gjennomføring av et smøremiddel, at fordypningene (13) er utformet som flater og danner et lukket kanalsystem, at materialsjiktene (7) består av en fleksibel plast med gode tetnings- og glideegenskaper, eksempelvis PTFE.

3. Forankring ifølge krav 2, karakterisert ved at tilførsélsåpningene (14) er forbundet med en høy-trykkssmøremiddelkretsanordning hvormed smøremidlet presses under konstant trykk gjennom ledningene (15) og fordypningene (13) i materialsjiktene (7).

4. Forankring ifølge krav 1, karakterisert ved. at en sfærisk sone (Z) med materialsjikt (7) som har lav friksjon og er slitefaste og kan mates med høytrykks-smøremiddel, er anordnet under og over den indre og/eller ytre kules (4, 5) horisontale ekvator.

5. Forankring ifølge krav 1 og 4, karakterisert ved at hver kulesone (Z) har fordypninger (13) som er oppdelt i flere sektorer, under og over kulens ekvator, og at hver av disse fordypninger (13) har minst en til-førselsledning (15) for høytrykkssmøremidlet og at disse til-førselsledninger (15). munner ut i en ringtilførselsledning (16) som står i forbindelse med høytrykkssmøremiddelkretsan-ordningen.

6. Forankring ifølge krav 1 og 4, karakterisert ved at hver fordypning (13) har minst en til-førselsledning (14) som munner ut i det midtre område, for høytrykkssmøremiddel og har tetningslister (17) som oppad og nedad tetter fordypningene (13) i de sfæriske kulesoner (Z), og at omløpende lekkasjeringkanaler (18) er anordnet tettende ovenfor og under disse tetningslister (17) for oppad og nedad avtetning av kulesonene,(Z), idet lekkasjeringkanalene er avtettet ved hjelp av ytterligere omløpende ringpakninger (D) og at i lekkasjeringkanalen (18) anordnede smøremiddeltransportåpninger (19) står i forbindelse med smøremiddeltransportledningen (20) .

7. Forankring ifølge krav 1, 4-6, karakterisert ved at de omløpende lekkasjeringtetninger (D) består av minst en, under påvirkning av en forspenning mot den sfæriske motstående kuleflate (4c) pressede omløpende tetningsleppe (23) og en omløpende bakring (22) som avtetter kulesonen (Z) oppad og nedad, at de omløpende tetningslepper (23) er anordnet i tetningsholdeanordninger (24) som er innlagt i ringspor (24a) i kulelegemene, og at disse står under forspenning fra omløpende 0-ringer (25) av et sterkt elastisk materiale, og at de omløpende bakringer (22) er festet til tetningsholdeanordningene (24).

8. Forankring ifølge krav 1, karakterisert ved at den ytre kules (4) ringformede åpningsområde på minst 120°, hvorfra tappen (6) for låsing til fundamentet (F) eller anordningen (2, 3) for lø sbar befestigelse av strekk-kraf toverf øringsleddet (1), rager ut, er avtettet ved hjelp av en fleksibel beskyttelsesbelg (26) motsjøvannet, idet bel-gen ved hjelp av en tett tilkoblingskonstruksjon (27., 28) på den ene side er tilkoblet den ytre kule (4) og på den annen side tappen (6) hhv. anordningen (2, 3)

9. Forankring ifølge krav 1, karakterisert ved at den ytre kules (4) sirkelformede åpningsområde på maksimum 120°, hvorfra tappen (6) for låsing til fundamentet (F) eller anordningen (2, 3) for løsbart feste til strekk-kraf toverf øringsleddet (1) rager ut, er avtettet mot sjøvannet ved hjelp av en luftklokkeanordning (LV), består av en luftpute (L) som omslutter den ytre kules (4) sirkelformede åpning (29) opp til den herfra utad ragende tapp (6) eller festeanordning (2, 3), som oppad er avtettet lufttett mot den ytre kule (4) eller mot festeanordningen (3, 6) av en nedad åpen stålhalvskål (30, 31) hvis nedre, nedad åpne del er så mye fylt med sjøvann at lufttrykket tilsvarer vanntrykket, og at det for regulering av sjø vannsnivået (N) i luftklokkeanordningen er anordnet en svømmer (32) som er leddforbundet med en signalgiver (33) og at en reguleringsventil (35) påvirkes av signalgiveren (33) for å styre tilstrø mningen av høy-trykksluf t fra en hø ytrykksluftkilde via en mateledning (34).