SE517178C2

SE517178C2 - mooring device

Info

Publication number: SE517178C2
Application number: SE9803166A
Authority: SE
Inventors: Staffan Engstroem
Original assignee: Aegir Konsult Ab
Priority date: 1998-09-17
Filing date: 1998-09-17
Publication date: 2002-04-23
Also published as: JP2002524354A; WO2000015489A1; SE9803166L; EP1113957B1; EP1113957A1; DE69917050D1; DE69917050T2; SE9803166D0; DK1113957T3; ATE265958T1

Abstract

The present invention relates to a mooring arrangement, which allows safe and economical mooring, primarily of smaller vessels to ground-anchored or floating structures at sea, such as sea based wind-power stations, lighthouses and constructions for extracting and loading oil. It may also be used for mooring two vessels against each other, for example a pilot boat to a larger vessel. THe invention solves the problem by means of a mooring arrangement, comprising a connecting means (4), a manoeuvring member (5) arranged at one end of the connecting means, a locking device (6) arranged at the other end of the connecting means and a control means (8).

Description

20 25 30 a|nna ', 35 517 178 2 Det finns därför behov av en förtöjningsanordning, som kan er- bjuda en tillförlitlig fast förbindelse för överföring av per- sonal och gods mellan ett fartyg och ett mindre föremål i ha- vet, eller mellan två fartyg. 20 25 30 a | nna ', 35 517 178 2 There is therefore a need for a mooring device which can offer a reliable fixed connection for the transfer of personnel and goods between a ship and a smaller object in the sea, or between two ships.

Redogörelse för uppfinningen Syftet med den föreliggande uppfinningen är att på ett säkert, tillförligt och ekonomiskt sätt åstadkomma en förtöjnings- anordning, som eliminerar eller begränsar de problem som redo- visats ovan.Disclosure of the Invention The object of the present invention is to provide in a safe, reliable and economical manner a mooring device, which eliminates or limits the problems described above.

Detta syfte löses med de särdrag som är angivna i patentkrav l.This object is solved with the features stated in claim 1.

Föredragna utföringsformer av uppfinningen anges i de beroende patentkraven 2 till 10.Preferred embodiments of the invention are set out in the dependent claims 2 to 10.

Uppfinningen kan tillämpas vid förtöjning av i första hand mindre fartyg vid bottenfasta eller flytande föremål i havet, som exempelvis havsbaserade vindkraftverk, fyrar samt anord- ningar för utvinning och lastning av olja. Den kan även använ- das för förtöjning av två fartyg vid varandra, exempelvis en lotsbåt, som under gång skall föra över personal till ett stör- re fartyg.The invention can be applied to the mooring of primarily smaller vessels at bottom-fixed or floating objects in the sea, such as offshore wind turbines, lighthouses and devices for extraction and loading of oil. It can also be used for mooring two vessels next to each other, for example a pilot boat, which during the process must transfer personnel to a larger vessel.

Figurbeskrivning Olika utföringsformer av uppfinningen kommer att beskrivas när- mare nedan i anslutning till de bifogade ritningarna, i vilka Figur l visar ett koordinatsystem för ett fartyg,' Figur 2 visar en förtöjningsanordning under förtöjning till ett föremål, 10 15 20 25 30 5 1 7 1 7 8 3 Figur 3 visar en förtöjningsanordning när fartyget är förtöjt till föremålet, Figur 4 visar den principiella uppbyggnaden av en låsanordning, som utgör en del av förtöjningsanordningen, och Figur 5 visar hur lejdaren centreras mot föremålet.Description of the invention Various embodiments of the invention will be described in more detail below in connection with the accompanying drawings, in which Figure 1 shows a coordinate system for a ship, Figure 2 shows a mooring device during mooring to an object, 10 15 20 25 30 5 1 7 1 7 8 3 Figure 3 shows a mooring device when the ship is moored to the object, Figure 4 shows the basic structure of a locking device, which forms part of the mooring device, and Figure 5 shows how the ladder is centered towards the object.

Föredragna utföringsformer av uppfinningen I det följande hänvisas till det koordinatsystem, som definie- ras i Figur l. Där representerar x-axeln fartygets långskepps- riktning, y-axeln dess tvärskeppsriktning medan z-axeln går vertikalt. Fartygets rörelser har totalt sex frihetsgrader (translation i x-, y- och z-riktning samt rotation kring x-, y- och z-axeln). Då fartyget är i vila och inte pâverkas av yttre krafter kommer det att inta ett neutralläge i var och en av de olika frihetsgraderna.Preferred embodiments of the invention In the following, reference is made to the coordinate system, which is defined in Figure 1. There, the x-axis represents the ship's longitudinal direction, the y-axis its transverse direction while the z-axis goes vertically. The ship's movements have a total of six degrees of freedom (translation in the x, y and z direction and rotation about the x, y and z axis). When the ship is at rest and not affected by external forces, it will assume a neutral position in each of the different degrees of freedom.

Olika utföringsformer kommer nu att beskrivas tillsammans med Figur 2 och 3, som visar en schematisk bild av förtöjningsan- ordningen monterad på ett mindre fartyg 1 under en förtöjnings- manöver respektive förtöjt mot ett föremål 2. Föremålet kan ut- göras av en bottenfast konstruktion eller ett flytande föremål med inom det aktuella området i huvudsak vertikala begräns- ningsytor. I fartygets förskepp är vid 3 ett förbindningsorgan 4 ledat infäst, vilket utgörs av en lasttagande balk som även kan utnyttjas som en lejdare för överföring av personal och gods. Med hjälp av ett manöverdon 5 på fartyget kan förbind- ningsorganet 4 ställas i valfri vinkel och eventuellt även fäl- las eller höjas till ett parkeringsläge. I enklaste fall utgörs manöverdonet av ett fast stöd. Företrädesvis i förbindningsor- ganets främre ände finns ena delen av en låsanordning 6 samt ett styrorgan 8, vilka kombineras med en led 7 som kan ha fjäd- rande och dämpande egenskaper. Styrorganet 8 kan utgöras av ett eller flera hjul, rullar eller dylikt. Det kan även bestå i att 10 15 20 25 30 npßax .35 517 178 Ål förbindnings organets avslutning getts en lämplig utformning.Various embodiments will now be described together with Figures 2 and 3, which show a schematic view of the mooring device mounted on a smaller vessel 1 during a mooring maneuver and moored against an object 2. The object may be a bottom-fixed structure or a floating object with within the relevant area mainly vertical boundary surfaces. In the foreship of the ship, a connecting member 4 is attached at 3, which consists of a load-bearing beam which can also be used as a ladder for the transfer of personnel and goods. With the aid of an actuator 5 on the ship, the connecting member 4 can be set at any angle and possibly also folded down or raised to a parking position. In the simplest case, the actuator consists of a fixed support. Preferably in the front end of the connecting member there is one part of a locking device 6 and a guide member 8, which are combined with a joint 7 which can have resilient and damping properties. The guide means 8 can consist of one or more wheels, rollers or the like. It may also consist in that the end of the connecting member is given a suitable design.

Den andra delen 9 av lásanordningen utgörs av den infästning som i det aktuella fallet finns på föremålet 2. Så som visas i Figur 3 och Figur 4 kan lásanordningen 6 t.ex. vara utformad med en klo ll som griper om en rundstång, vilken går runt och är koncentriskt fäst på ett visst avstånd till föremålet 2 och utgör den andra delen av lásanordningen 9. Med den beskriva principen kan förtöjning ske från valfri riktning. Vidare kom- mer fartyget att passivt följa efter då vinden och vågorna änd- rar riktning. Den exemplifierade lásanordningen låses företrä- desvis automatiskt vid kontakt mellan delarna. Oavsiktlig upp- låsning förhindras exempelvis genom att klon ll belastas med en fjäder (ej visad). Upplåsningen utlöses från valfri plats, ex- empelvis genom att påverka en hydraulcylinder (ej visad). Här- efter kan fartyget omedelbart lämna platsen.The second part 9 of the locking device consists of the attachment which in the present case is on the object 2. As shown in Figure 3 and Figure 4, the locking device 6 can e.g. be formed with a claw which grips a round bar, which rotates and is concentrically attached at a certain distance to the object 2 and forms the second part of the locking device 9. With the described principle, mooring can take place from any direction. Furthermore, the ship will passively follow as the wind and waves change direction. The exemplary locking device is preferably locked automatically upon contact between the parts. Accidental unlocking is prevented, for example, by loading clone II with a spring (not shown). The unlocking is triggered from any location, for example by acting on a hydraulic cylinder (not shown). After this, the ship can leave the place immediately.

I ett annat utförande ersätts rundstàngen i lásanordningen 9 med en stållina, uppspänd mellan stöd, vilka fästs till tornet på likartat sätt som rundstàngen. Eftersom stållinan är efter- givlig ger detta normalt en fördelaktigare belastningssitua- tion, vilket kan medföra besparingar i material och kostnader.In another embodiment, the round bar in the locking device 9 is replaced by a steel rope, clamped between supports, which are attached to the tower in a similar way as the round bar. Since the steel rope is resilient, this normally results in a more favorable load situation, which can lead to savings in materials and costs.

Alternativt kan lásanordningen anordnas i anslutning till in- fästningen 3, varvid leden 7 ger en permanent förbindelse mel- lan förbindningsorganet 4 och föremålet 2. Övriga delar får därvid anpassas till detta utförande.Alternatively, the locking device can be arranged in connection with the fastening 3, the joint 7 providing a permanent connection between the connecting member 4 and the object 2. Other parts may then be adapted to this design.

Infästningarna, som normalt medger viss rotation i tre frihets- grader, kan även vara utförda för att klara en begränsad trans- lation i upp till tre frihetsgrader. Infästningarna kan därut- över vara försedda med dämpare och fjädrar för att ytterligare dämpa rörelserna respektive för att skapa återförande moment.The attachments, which normally allow some rotation in three degrees of freedom, can also be made to cope with a limited translation in up to three degrees of freedom. The attachments can also be equipped with dampers and springs to further dampen the movements and to create return elements.

Exempelvis kan manöverorganet 5, vars primära uppgift är att ställa förbindningsorganet 4 i valfri vinkel, bestå av en hyd- raulcylinder, vilken genom att kombineras med strypningar kan få en dämpande funktion och genom att kombineras med hydraulac- 10 15 20 25 1111: 35 51 7 51 7 8 kumulatorer kan få en fjädrande funktion. Därigenom uppnås krafter som verkar mothållande mot moment omkring y-axeln i denna infästning. Motsvarande verkan kan uppnås i andra fri- hetsgrader för de bägge infästningarna. Rörligheten i infäst- ningarna samt dämp- och fjäderfunktionen kan helt eller delvis ersättas genom att förbindningsorganet 4 görs eftergivligt.For example, the operating member 5, whose primary task is to position the connecting member 4 at any angle, may consist of a hydraulic cylinder, which by combining with throttles can have a damping function and by being combined with hydraulic shaft 1111: 35 51 7 51 7 8 cumulators can have a resilient function. Thereby, forces are obtained which act as resistance to moments around the y-axis in this attachment. A similar effect can be achieved in other degrees of freedom for the two attachments. The mobility of the attachments as well as the damping and spring function can be completely or partially replaced by making the connecting member 4 resilient.

På föremålet finns lämpligen även en plattform 10, vilken har en placering och utformning som är anpassad till balken 4.There is suitably also a platform 10 on the object, which has a location and design which is adapted to the beam 4.

Under inledningen av förtöjningsmanövern rör sig fartyget fram- åt med viss fart genom vattnet, d.v.s. i x-riktningen enligt koordinatsystemet i Figur 1. Därvid är förbindningsorganet 4 i normalfallet ställd i en sådan positiv vinkel, att dess främre ände kommer att träffa föremålet väl under låsanordningen 9.During the initiation of the mooring maneuver, the vessel moves forward at a certain speed through the water, i.e. in the x-direction according to the coordinate system in Figure 1. In this case, the connecting member 4 is normally set at such a positive angle that its front end will hit the object well below the locking device 9.

Den kan vara ställd i vinklar mot horisontalplanet (xy-planet) mellan 0 och 90 grader; typiskt värde vid förtöjning är 45 gra- der. När förbindningsorganets ände kommit i kontakt med föremå- let kommer denna sedan till följd av fartygets återstående rö- relse i x-riktningen att röra sig uppåt i z-riktningen. Om ma- növerorganet 5 har en dämpande funktion kommer därvid fartygets rörelse att bromsas. Detta förlopp fortgår tills de bägge de- larna 6 och 9 av låsanordningen förenas, varvid låsning sker automatiskt. Även manuell låsning är möjlig. Förloppet under- lättas om hjul eller liknande är anordnade på styrorganet 8.It can be set at angles to the horizontal plane (xy plane) between 0 and 90 degrees; typical value at mooring is 45 degrees. When the end of the connecting member has come into contact with the object, it will then, as a result of the ship's remaining movement in the x-direction, move upwards in the z-direction. If the operating member 5 has a damping function, the movement of the vessel will then be slowed down. This process continues until the two parts 6 and 9 of the locking device are joined, whereby locking takes place automatically. Manual locking is also possible. The process is facilitated if wheels or the like are arranged on the guide means 8.

Härefter återstående rörelseenergi kommer sedan att på grund av geometrin hos de deltagande föremålen primärt tas upp genom att fartygets förskepp trycks ned och därmed ändrar trimmen (rota- tion omkring y-axeln). I Figur 2 har denna trimändring marke- rats som en vinkel a mellan den ursprungliga, heldragna far- tygskonturen och den nya, streckade fartygskonturen. Sedan rö- relsen framåt upphört återgår trimmen genom att fartyget rör sig ett stycke i negativ x-riktning. Genom dessa förändringar i rörelsernas frihetsgrader kommer energi att successivt absorbe- ras genom vågbildning och friktion, vilket medför att rörelser- na dämpas utan att stora krafter uppstår i konstruktionen. 1»|»: 10 15 20 25 30 35 517 178 :=::;:I=:.:':=::;.-:':1= 6 : : :n'.sa: n:.: .n: Det är även möjligt att utforma konstruktionen utgående från att förbindningsorganet 4 är ställt i en motsvarande negativ vinkel mot horisontalplanet. Därvid kommer förbindningsorganets ände att röra sig nedåt under förtöjnings- och làsningsförlop- pet. Låsanordningens rundstång eller stållina kommer då istäl- let vara anordnat på föremålets 2 nedre område.Thereafter, the remaining kinetic energy will then, due to the geometry of the participating objects, be taken up primarily by depressing the ship's foreship and thereby changing the trim (rotation about the y-axis). In Figure 2, this trim change has been marked as an angle α between the original, solid vessel contour and the new, dashed vessel contour. After the forward motion has ceased, the trim is repeated by the vessel moving a distance in the negative x-direction. Through these changes in the degrees of freedom of movement, energy will be gradually absorbed through wave formation and friction, which means that the movements are damped without large forces arising in the structure. 1 »|»: 10 15 20 25 30 35 517 178: = ::;: I =:.: ': = ::; .-:': 1 = 6::: n'.sa: n:.: .n: It is also possible to design the construction on the basis that the connecting member 4 is set at a corresponding negative angle to the horizontal plane. In this case, the end of the connecting member will move downwards during the mooring and locking process. The round bar or steel line of the locking device will then instead be arranged on the lower area of the object 2.

I Figur 5 visas hur man genom att anordna hjulen 8 med en lämp- lig vinkel (B) utåt i förhållande till förbindningsorganets rö- relseriktning vid förtöjning (toe-out) kommer att uppnå att förbindningsorganet 4 centreras på föremålet 2, förutsatt att det senare inom aktuellt område har ett konvext tvärsnitt. Vid felaktig centrering kommer endast ett av hjulen i ett hjulpar i kontakt med föremålet. Toe-out-vinkeln medför att förbindnings- organets ände kommer att styras åt föremålets motsatta sida, tills även det andra hjulet i hjulparet får kontakt, varvid de bägge hjulens sidförande verkan tar ut varandra och förbind- ningsorganet fortsätter att röra sig centrerat. För att kunna kompensera för stora sidfel kan det vara lämpligt att anordna flera hjulpar. Vid en stor toe-out-vinkel uppnår man även att den passiva inriktningen i vinden underlättas. Om hjulen är fjädrat infästa kan det inträffa att bägge hjulen får kontakt med föremålet trots att centreringen är felaktig. Tack vare att trycken, som de bägge hjulen utövar mot föremålet, blir olika, kommer centreringen att fungera även i detta fall.Figure 5 shows how, by arranging the wheels 8 at a suitable angle (B) outwards in relation to the direction of movement of the connecting member during mooring (toe-out), it will be achieved that the connecting member 4 is centered on the object 2, provided that the latter within the area in question has a convex cross section. In the event of incorrect centering, only one of the wheels in a pair of wheels comes into contact with the object. The toe-out angle means that the end of the connecting member will be guided towards the opposite side of the object, until the other wheel in the pair of wheels also makes contact, whereby the lateral action of the two wheels cancel each other out and the connecting member continues to move centered. In order to be able to compensate for large side defects, it may be appropriate to arrange several pairs of wheels. At a large toe-out angle, it is also achieved that the passive alignment in the wind is facilitated. If the wheels are spring-loaded, it may happen that both wheels come into contact with the object even though the centering is incorrect. Thanks to the fact that the pressures that the two wheels exert against the object are different, the centering will also work in this case.

När fartyget är förtöjt medför sjögång och vind att det rör sig i flera frihetsgrader. Därvid kommer rörelser framåt och bakåt (translationsrörelser i positiv och negativ x-riktning) att tas upp genom trimändringar enligt ovan, dvs genom dämpade rota- tionsrörelser kring y-axeln. Stampning/trimändringar omvandlas på analogt sätt till del från rotation kring y-axeln till translation i x-led. Hävning (rörelser i z-led) omvandlas också till rörelser i x-led. Rörelser i y-led orsakar translation i x-led och rotation kring z-axeln. Även rullning (rotation kring 10 15 20 25 .y 35 517 1178 x-axeln) medges av rörligheten i konstruktionen, vilket inte inverkar på förtöjningens funktion.When the ship is moored, sea and wind mean that it moves in several degrees of freedom. In this case, movements forwards and backwards (translational movements in the positive and negative x-direction) will be taken up by trim changes as above, ie by damped rotational movements around the y-axis. Stamping / trim changes are converted in an analogous way partly from rotation around the y-axis to translation in the x-direction. Elevation (movements in the z-direction) is also converted into movements in the x-direction. Movements in the y-direction cause translation in the x-direction and rotation around the z-axis. Rolling (rotation about the x-axis x 5 axis) is also allowed by the mobility of the structure, which does not affect the function of the mooring.

För att möjliggöra förtöjning mot ett annat fartyg kan på detta anordnas ett vertikalt plan med en infästning 9 tvärs mot färd- riktningen och på lämplig höjd. Förtöjningen sker företrädesvis genom att det mindre fartyget går upp parallellt med det större tills den främre delen av förbindningsorganet 4 träffar det vertikala planet och infästningen 9 analogt med den tidigare beskrivningen av förtöjning vid ett fast eller flytande före- mål.In order to enable mooring against another vessel, a vertical plane can be arranged on this with a fastening 9 across the direction of travel and at a suitable height. The mooring preferably takes place by the smaller vessel going up parallel to the larger one until the front part of the connecting member 4 hits the vertical plane and the attachment 9 analogous to the previous description of mooring at a solid or floating object.

Bland de fördelar som uppfinningen ger bör framhållas att den medför att rörelser i frihetsgrader, som för förtöjningens funktion inte får fortgå obehindrat, till en inte oväsentlig del omvandlas till rörelser i andra frihetsgrader och därigenom kan tas om hand på ett kontrollerat och väl definierat sätt.Among the advantages that the invention provides, it should be emphasized that it means that movements in degrees of freedom, which for the function of the mooring must not continue unhindered, are to a not insignificant extent converted into movements in other degrees of freedom and can thus be taken care of in a controlled and well defined manner.

Det blir därigenom möjligt att genomföra en förtöjningsmanöver och upprätthålla en förtöjning även i öppet hav med sjögång och vind. Speciellt bör framhållas att uppfinningen medför att krafter tas upp genom dämpade rörelser snarare än genom stumma ryck. Genom att rörelserna är väl definierade kan krafterna också enkelt beräknas, vilket är en stor praktisk fördel vid utveckling och då en konstruktion skall bedömas av myndigheter och klassningssällskap m.fl.This makes it possible to carry out a mooring maneuver and maintain a mooring even in the open sea with sea and wind. In particular, it should be emphasized that the invention entails forces being absorbed by damped movements rather than by dumb jerks. Because the movements are well defined, the forces can also be easily calculated, which is a great practical advantage in development and when a structure is to be assessed by authorities and classification societies and others.

Uppfinningen medger att det förtöjande fartyget kan nalkas fö- remålet och förtöja i en riktning mot den förhärskande våg- och vindriktningen, vilket innebär att man inte behöver riskera att fartyget kastas in mot föremålet av en brottsjö. Sedan förtöj- ningen kommit till stånd anpassas långskeppsriktningen passivt efter rådande riktning av vind och vågor.The invention allows the mooring vessel to approach the object and moor in a direction against the prevailing wave and wind direction, which means that there is no need to risk the vessel being thrown towards the object by a breakwater. After the mooring has taken place, the longship direction is passively adapted to the prevailing direction of wind and waves.

Vid sjögång rör sig det förtöjande fartyget ojämnt och det är svårt att med precision styra in det i en låsanordning. Den ak- tuella uppfinningen medger avsevärda fel både i inriktning och 517 178 s fart. Den kompenserar också för fel i höjdläge på grund av in- ställningsfel, vågrörelser och vattenstånd. Slutligen medför uppfinningen att man på ett enkelt och säkert sätt kan lossa förtöjningen och gå från platsen.When at sea, the mooring vessel moves unevenly and it is difficult to steer it precisely into a locking device. The present invention allows considerable errors both in direction and 517 178 s speed. It also compensates for elevation errors due to setting errors, wave motions and water levels. Finally, the invention means that one can in a simple and safe way loosen the mooring and leave the place.

Vid det föredragna byggsättet placeras praktiskt taget hela konstruktionen på fartyget, vilket kan betjäna många installa- tioner. Därigenom blir systemet ekonomiskt. En annan fördel är att underhåll och reparationer kan ske under skyddade förhål- 10 landen i hamn. »nymIn the preferred construction method, practically the entire structure is placed on the ship, which can serve many installations. This makes the system economical. Another advantage is that maintenance and repairs can take place under protected conditions in port. »Nym

Claims

10 15 20 25 30 35 o n ø. eo 517 178 9 Patent claim

Mooring device for mooring a ship (1) (2), comprising a connecting means (4) an- (1), first end of the connecting means (4) at an object arranged on the ship an operating means (5) arranged in a setting of an angle between the connecting means (4) and the horizontal plane and a locking device (6) arranged in a second end of the connecting means (2) at the front (4) for locking the vessel to the object elongation, characterized in that a guide means (8) is arranged at the other end of the connecting member (4), which when moored by means of the movement of the vessel is movable along the object (2) an attachment (9) to engage with (2). surface for guiding the locking device (6) arranged on the object

Mooring device according to claim 1, characterized in that a fastening (3) is arranged on the vessel, in which the connecting member (4) is hingedly arranged.

Mooring device according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting member (4) is adjustable in an angular range between 0 and 90 degrees in relation to the horizontal plane.

Mooring device according to one of the preceding claims, characterized in that the fastening (9) is arranged and placed in such a way on the object (2) that the vessel (1) can assume an optional radial position relative to the object during mooring, so designed that the ship can assume any radial position relative to the object.

Mooring device according to one of the preceding claims, characterized in that the guide means (8) comprises at least one pair of wheels, the wheels being arranged in pairs at a distance from each other and directed obliquely outwards from the intended direction of movement of the control body.

Mooring device according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting member (4) or at least one of the fasteners (3, 9) has a resilient function (5) which strives to return the connecting member (4) to the neutral position for at least one of the ship's degrees of freedom of movement.

Mooring device according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting member (4) or at least one of the fasteners (3, 9) has a damping function (5), which counteracts movements of the connecting member (4) in at least one of the ship's degrees of freedom of movement.

Mooring device according to one of the preceding claims, characterized in that the locking device (6) comprises a gripping means (11) for enclosing the fastening (9).

Mooring device according to one of the preceding claims, characterized in that the locking device (6) is automatically lockable to the fastening (9) upon contact with the fastening (9).

A vessel, characterized in that it comprises a mooring device according to any one of the preceding claims.