DE2231721A1

DE2231721A1 - Schwimminstallation

Info

Publication number: DE2231721A1
Application number: DE2231721A
Authority: DE
Inventors: Duc Xuong Nguyen
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 1971-06-29
Filing date: 1972-06-28
Publication date: 1973-01-18
Also published as: SE373800B; NL7209001A; US3815536A; FR2144075A5; IT956886B; CA974409A; NO134549B; NO134549C; GB1353375A

Description

" Schwimminstallation "

Die Erfindung betrifft eine Schwimminstallation, und insbesondere eine gegen den Einfluß der Dünung wenig empfindliche Schwimminstallation*

Die Dünung übt au/die zur Zeit verwendeten Schwimminstallationen Wirkungen aus, die läBtig- für das auf diesen InstallaJ» tionen wohnende und an diesen Installationen arbeitende Personal ist.

Unter dem Einfluß der Dünung werden die Installationen nämlich Wechselbewegungen, beispielsweise Vertikalbewegungen (Stampfen) sowie Drehbewegungen um zwei !zueinander senkrechte horizontale Achsen ausgesetzt, welche im wesentlichen durch den Schwerpunkt der Schwimminstallation gehen (Schlingern und Stampfen).

Um gegen diese Auswirkungen der Dünung anzugehen, hat man bisher auf Maßnahmen oder Einrichtungen zurückgegriffen, die

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in beachtlicher Weise den Herstellungspreis der Installationen erhöhen und es nicht ermöglichen, gleichzeitig sämtliche Wirkungen der Dünung in Fortfall kommen zu lassen oder zu dämpfen,

Um beispielsweise das Schlingern oder Stampfen zu vermindern, baut man Wasserfahrzeuge mit einem erheblichen Tiefgang oder man stattet diese Fahrzeuge mit Massen von großer Trägheit gegen die Stampf- und Schlingerbewegungen aus; diese Fahrzeuge bleiben jedoch den Stampfbewegungen ausgesetzt.

In dem Fall, wo Arbeiten auf dem Meeresboden von einer schwimmenden Installation aus durchgeführt werden, benützt man bevorzugt Plattformen, die mit Schwimmern versehen sind, welche getaucht sind, um soweit wie möglich, der Wirkung der Dünung entzogen zu sein. Diese Schwimmer sind mit der Plattform über eine steife, aus Zwischenstücken gebildete Struktur verbunden, die gegenüber der Dünung eine gewisse "Transparenz" aufweisen, wobei diese Plattform oberhalb des Niveaus der Meeresoberfläche gehalten wird.

Die Navigation dieser Plattformen ist jedoch nicht einfach und die Bewegungen, insbesondere die Stampfbewegungen, sind noch zu stark, um von diesen Plattformen aus genaue Operationen vorzunehmen, wie beispielsweise mit Kabel durchgeführte Arbeitsmaßnahmen an einem getauchten Erdölbckkopf oder Vorgänge des Unterwasserbohrenej man muß also auf SpezialVorrichtungen zurückgreifen, weiche die Oberflächeninstallation schwerer machen, sehr platzraubend sind und die dazu oft einen zusätzlichen Grund für das Ungleichgewicht dieser Installation bilden«,

Seit etlichen Jahren hat man daran gedacht, zwischen der Installation und der Wasseroberfläche eine Luftschicht unter

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Druck zirkulieren zu lassen, was in gewissen Fällen es ermöglicht hat, die Wirkung der Dünung zu vermindern. Die Erfahrung hat gezeigt, daß ein solches Verfahren nur für kleine schwimmende Anlagen verwendet werden kann, da die Benützung von sehr leistungsfähigen Luftverdichtern not* wendig wird. Darüberhinaus hat sich ein solches Verfahren nur für geringe Dünung als brauchbar erwiesen.

Nach der Erfindung soll nun eine schwimmende neue Installation vorgeschlagen waden, welche die Nachteile der zur Zeit verwendeten schwimmenden Installationen nicht aufweist.

Auch soll nach der Erfindung eine Installation geliefert wenden, die gleichzeitig unempfindlich gegen die verschiedenen genannten Wirkungen der Dünung ist.

Erreicht wird dies erfindungsgemäQ bei einer Schwimminstallation mit einer Plattform und wenigstens einem für die Schwimmfähigkeit der Installation sorgenden Element sowie Einrichtungen zur Verbindung zwischen dieser Plattform und diesem Element dadurch, daß dieses Element durch wenigstens eine dichte nachgiebige und verformbare Hülle gebildet wird, welche eine bestimmte Gasmasse enthält, die ausreicht, damit im Betrieb dieses Element allein in Kontakt mit dem Wasser kommt,und nioht diese Plattform und diese Verbindungseinrichtungen, was es möglich macht, die Wirkung der Dünung auf die Installation weitestgehend zu vermindern» von 'Vasser berührt werden.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden, in denen

'Pig, 1 schematisch eine Schwiraminstallation nach der Erfindung zeigt;

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die Figuren 2A bis 2D zeigen schematisch das Verhalten der schwimmenden Installation der Fig, 1 bei Dünung;

Fig. 3 zeigt ein Kurvennetz, in dem die Amplituden des Stampfens der Schwimminstallation als Punktion von Dimensionsparametern dieser Installation gezeigt sind;

Fig. 4 zeigt eine besondere Ausführungeform einer schwimmenden Plattform}

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform einer schwimmenden Bohrplattform;

und die Figuren 6 und 7 zeigen Ausführungsvarianten einer schwimmenden Installation.

Figur 1 zeigt schematisch eine schwimmende Installation nach der Erfindungο

Die Installation besteht aus einem steifen oder starren Bauteil 1 mit einem Gewicht P, welches oberhalb des Wasserniveaus 2 durch einen Schwimmer 3 gehalten wird, auf dem der steife Teil durch irgendein bekanntes, schematisch bei 4 dargestelltes Verbindungsmittel befestigt ist.

Der Schwimmer 3 besteht aus einem dichten nachgiebigen und verformbaren Mantel 5, in welchem eine bestimmte Menge an Gas, beispielsweise Luft, enthalten ist.

Der Druck P₀ des Gases im Schwimmer hat den Wert P₀ ~ fr » wobei in dieser Formel P das Gewicht der vom Schwimmer getragenen Anordnung und S die Kontaktfläche zwischen dem Schwimmer 3 und dem steifen Bauteil 1 ist.

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In ruhigem Wasser, das heißt bei Fehlen einer Dünung, ist der Tiefgang la der schwimmenden Installation nach der Erfindung gegeben durch die Formel:

P = S hj,

wobei P und S die oben angegebene Bedeutung aufweist und h der Tiefgang und P die spezifische Wassermasse ist.

Bsi "bewegter See wirken die sich in der durch den Pfeil in Fig, I angegebenen Richtung fortpflanzenden Wellen auf den Mantel 5 des Schwimmers ein. Die vordere Wellenfront beaufschlagt den Schwimmer mit einem Druck P¹, welcher größer als der Druck Ρ_Λ des Gases im Innern des Sohwinmera ist, während auf der !Rückseite der Wellen der Druck P kleiner als P_Q ist. Es ergibt sich also

P" < P₀ < P'

Dies stellt sich als eine Verformung des nachgiebigen Mantels des Schwimmers entsprechend einem Profil ein, das identisch demjenigen der Wellen ist.

So setzt der Schwimmer praktisch keinerlei Widerstand dex Portpflanzung der Wellen entgegen. Es wirken allein die Reibungskräfte des Wassers auf den Mantel 5 des Schwimmers ein und das Stampfen der schwimmenden Installation wird, wenn nicht eliminiert, dann wenigstens stark vermindert, genauso wie übrigens die Bewegungen des Schlingerns und Stampfens, welche durch die Wirkung der Wellen auf die schwimmende Installation erzeugt sind.

Die Figuren 2A bis 2D βθigen schematisch das Verhalten des der Dünung ausgesetzten Schwimmers unter der Annahme, daß der

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steife Teil der Installation gegenüber dem Meeresboden unbeweglich ist«

In diesen Figuren bezeichnet L die Sehwimmerabmessung in der duroh den Pfeil angegebenen Portpflanzungsrichtung der Wellen, A gibt den Kopf einer Welle, die sich fortpflanzt, an. Aus Vereinfachungsgründen wurde angenommen, daß die Wellen ein sinusförmiges Profil der Amplitude 1 und der Wellenlänge X haben, das heißt definiert durch die mathematische Beziehung

g£

1 = I₀ sin χ x,

wobei χ der betrachtete Abszissenpunkt in einem System mit festen Koordinaten ("öle, öl) ist.

Daa Volumen des Schwimmers ist in jedem Augenblick propor tional zur Oberfläche a, begrenzt durch den Mantel 5 in der Ebene der Figuren 2A bis

Der Wert	der Oberfläche	s wird	2T X	3	in jedem	Augenblick	)	+ K,
definiert	durch	die Formel:
				(X₁ + L]
	β - i.	¹O f ^Coa
			^X1

wobei X₁ die Abszisse der vertikalen Wandung 5a im Achsensystem (oi, ox), und K eine Konstante ist.

Aus diesen Figuren ist leicht zu erkennen, daß infolge Welle-nfortpflanzung das Volumen des Schwimmers Änderungen proportional zu den Änderungen Aa der Oberfläche s erleidet, wobei diese Änderungen durch die gestrichelt dargestellten Bereiche in den Figuren 2A bis 2D verkörpert sind.

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Da tatsächlich der steife Teil der Installation nicht fest gegenüber den Meeresboden ist, werden die Volumenänderungen kompensiert durch ein Stampfen ill des Schwimmers» welches definiert ist durch die Beziehung:

Die untenstehende Tafel gibt die Werte von A 1 als Funktion der Abmessung L des Schwimmers in der Fortpflanzungsrichtung der Wellen, wobei L definiert ist durch die Beziehung

L = (n +

wobei η eine ganze Zahl und k eine Zahl zwischen Null und i ist.

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	η = O	η α 1	η β 5	η = 10
	1.98 I₀	0,12 I₀	0,024 I₀	0,012 I₀
	1,92I₀	0,22 I₀	0,044 I₀	0,022 I₀
■ηλ + 4		0,36 I₀	0,086 I₀	0,044 I₀
	1,57 I₀	0,43 I₀	0,1 I₀	0,05? I₀
ηλ + ^	1,28 I₀	0,427 I₀	0,116 I₀	0,061 I₀
	0,94 I₀	0,363 I₀	0,096 1_Ο	0,051 I₀
	ο,βχ₀	0,257 I₀	0,078 I₀	0,042 I₀
	0,274 I₀	0,128 I₀	0,038 I₀	0,021 I₀
n/$. + A	0	0	0	0

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Diese Ergebnisse sind graphisch durch das Kurvennetz der Fig. 3 dargestellt.

Das dampfen A 1 ist auf den Ordinaten als Funktion des auf den Abszissen aufgetragenen Koeffizienten k sowie des Koeffizienten η angegebenο Wie durch diese Kurven deutlich gemacht, ist für L 7X , das heiSt für η^ 1, das Stampfen des Schwimmers maximal für k - 0,5» anders ausgedrückt für Längen L, welche vielfache Ungerade der halben Wellenlänge

T' der Dünung sind

+ 1) i

2
wo m eine ganze Zahl gleich oder größer 1 ist₀

Wie auf diesem Kurvennetz zu sehen, ist das Stampfen des Schwimmers sehr stark vermindert und verbleibt sehr viel kleiner als das Stampfen bei zur Zeit verwendeten Installati onen.

In Praxis ist das am Schwimmer festgestellte Stampfen geringer als die vorstehend angegebenen Werte _r da die Wellen einen Teil ihrer Energie in Form von Reibung gegen die Wand des Schwimmers verlieren und somit eine geringere Amplitude aufweisen.

Selbstverständlich ist die im verformbaren Mantel enthaltene Gasmenge derart, daß der steife Teil der Installation immer oberhalb der Wellen angeordnet ist. Man kann die Gasmenge als Funktion der Stärke der Dünung derart regeln, daß die vom auftauchenden Teil der Installation gebotene Windanfälligkeit vermindert wird.

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Solche Schwimmer ermöglichen es, schwimmende Installationen, wie Bohrplattformen, schwimmende Speicher, schwimmende Inseln, Barken für das Verlegen von Unterwasserleitungen, Pontons, Schiffe, Schwimmdeiohe etc. herzustellen.

Insbesondere ist eine Schwimminstallation nach der Erfindung günstig zur Herstellung von Bohrplattformen im Meer, für die es wesentlich ist, die Bohrkolonne der Stampfbewegung zu entziehen.

Da die Stampf bewegungen sehr stark vermindert werden, kann man unter Verwendung der schwimmenden Installation nach der Erfindung in Kombination mit den vorhandenen Vorrichtungen, um die Bohrkolonne den Stampfbewegungen zu entziehen, Arbeiten bei Dünungen größerer Stärke vornehmen.

Darüberhinaus wird die Verankerung durch Kabel erleichtert, da einerseits die Wirkung der Dünung auf den Schwimmer, wie oben angegeben, infolge Reibung des Wassers gegen die Wandung des Schwimmers vermindert wird, und andererseits, da dae Stampfen gering ist, die Spannungsänderungen in den Kabeln nicht von erheblichem Wert sind.

Figur 4 zeigt schematisch - nur als Beispiel - eine Aueführungsform einer schwimmenden Plattform nach der Erfindung.

Da die Richtung der Dünung gegenüber der schwimmenden Installation über die Zeit sich ändern kann, bevorzugt man dem Schwimmer eine im wesentlichen zylindrische Gestalt zu verleihen, wodurch vermieden wird, daß die Plattform orientiert werden muß.

Nach dieser Ausführungsform umfaßt die Installation eine Vielzahl von Schwimmern 3a, 3b, 3c etc., die in der Ruhelage Luft bei dem gleichen Druck enthalten. Die so hergestellte

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Anordnung ist von einem Schutzgitter 6 umgeben, welches gegenüber der Dünung eine günstige Transparenz aufweist. Das Schutzgitter ist dazu bestimmt, jede Beschädigung des Mantels der Schwimmer durch eventuelle Hindernisse zu verhindern, die sieh bei der Navigation einstellen können.

Figur 5 zeigt sohematisch eine Ausführungsform einer Bohrplattform» Nach dieser Ausführungsform hat der Schwimmer eine im allgemeinen ringförmige Gestalt, die es ermöglicht, in der Mitte der Plattform einen freien Saum für die Durchführung der Bohrkolonne 8 zu belassen, welche die den Bohrturm oder Derrick 7 tragende Installation mit der am Meeresböden 10 ruhenden Bohrung bzw. dem Bohrlochkopf 9 zu. verbinden.

Wie aus dieser Figur ersichtlich, ist der Schwimmer aus einer Vielzahl einander überlagerter Schwimmelemente 3a» 3b, 3c. o. zusammengesetzt, die fest bezüglich einander sind, um eine einfachere Herstellung des Schwimmers zu ermöglichen und zu verhindern, daß der Schwimmer ovale Gestalt annimmt,,

Auf dieser Figur ist natürlich nur eine ringförmige SchwimmeranOrdnung dargestellt; es ist jedoch im Rahmen der Erfindung ohne weiteres möglich, konzentrisch mehrere Schwimmeranordnungen vorzusehen.

Figur 6 zeigt eine andere Ausführungsform einer schwimmenden Plattform.

Mach dieser Ausführungsform ist der Schwimmer 3 mit der steifen Installation 1 über eine Vielzahl elastischer Einrichtungen, beispielsweise schematisch bei 11 dargestellte Dämpfer oder Stoßdämpfer verbunden, um es zu ermöglichen, Windanfälligkeit des oberhalb der Wasserebene befindlichen

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Teils der Plattform zu vermindern.

Nach der in Figur 7 dargestellten abgeänderten Ausführungsform ist der Schwimmer 3 durch eine Vielzahl von El em en tarechwimmern 3a> 3b., »· ersetzt, die miteinander beispiels^ weise durch elastische Einrichtungen 12 verbunden sind.

Die Wandung des Schwimmers ist aus einem nachgiebigen und verformbaren Material hergestellt, welches gut beständig gegen Meerwasser ist.

Patentansprüche;

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Claims

Patentansprüche

1. Schwimmende Installation mit einer Plattform, wenigstens einem für die Schwimmfähigkeit der Installation sorgenden Element sowie Verbindungseinrichtungen zwischen Plattform und Element, dadurch gekennzeic hnet, daß dieses Element durch wenigstens einen dichten nachgiebigen und verformbaren, eine bestimmte Gasmasse enthaltenden Mantel gebildet ist; und daß der Mantel ausreichend groß ist, damit im Betrieb allein dieses Element in Kontakt mit dem Wasser kommt und nicht diese Plattform und diese Verbiadungseinrichtungen, derart, daß die Wirkung der Dünung auf die Installation soweit wie möglich vermindert wird.

2„ Schwimmende Installation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß dieses Gas Luft ist.

3ο Schwimmende Installation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Abmessung dieses Elementes in Portpflanzungsrichtung der Dünung einen Wert wenigstens gleich der halben Wellenlänge der Dünung hat»

4, Schwimmende Installation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß dieses Element eine im wesentlichen zylindrische Gestalt aufweist»

5„ Schwimmende Installation, insbesondere Bohr installation, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß dieses Element eine im wesentlichen ringförmige Gestalt aufweist.

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6. Schwimmende Installation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß dieses Element mit dieser Plattform über elastische Verbindungseinrichtungen verbunden ist₀

7. Schwimmende Installation nach Anspxtch 6, dadurch gekennzeichnet , daß diese elastischen Einrichtungen (Stoßdämpfer sind.

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