NO20101636A1 - Heismaskineri - Google Patents

Abstract

Det omtales en konstruksjon av tractionvinsj for betjening av en heiseline, for gjennomføring av hivkompensasjon, og som er kjennetegnet ved at den omfatter to innbyrdes adskilte tractiontromler (32,34) hvis trommeloverflater hver omfatter minst to innbyrdes adskilte linespor (41,43; 45,47) for anordning av linen i et antall sløyfer eller loop rundt tromlene, samt et antall ytterligere reguleringslineskiver (60,62) innrettet til å danne ekstra linesløyfer mellom tractiontromlene (41-47) og strammearrangementet (20). Oppfinnelsen vedrører også en anordning ved en vinsj for betjening av en heiseline, for gjennomføring av hivkompensasjon, og den er kjennetegnet ved den omfatter i rekkefølge: en tractionvinsj, en strammeenhet og en sekundærvinsj for linen, hvilket strammearrangement utgjør en buffer for å holde linen mellom tractionvinsjen og den sekundærvinsjen med tilnærmet konstant stramming. Det omtales også en anvendelse.

Description

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører en ny konstruksjon av en traction-vinsj for anvendelse i heismaskineri for betjening av en heiseline som angitt i innledningen i krav 1.

Oppfinnelsen gjelder også en anordning ved en vinsj for betjening av en heiseline, for gjennomføring av hivkompensasjon.

Dessuten vedrører oppfinnelsen en anvendelse av nevnte tractionvinsj-konstruksjon og anordningen.

Oppfinnelsen angår det området som vedrører aktiv hivkompensering av løfteliner i tilknytning til heiseinnretninger, særlig for kraner, og særlig for heiseliner/vaiere som håndterer en last, eller kabler som signal- og strømkabler som håndteres undervanns ved hjelp vinsjer. Særlig gjelder oppfinnelsen en konstruksjon av en tractionvinsj i et system for lasthåndtering, der lastens vertikalposisjon skal holdes mest mulig jevn når fartøyet beveger seg i bølger. En annen anvendelse gjelder når ulik utrustning skal senkes ned i sjøen i nøyaktige posisjoner, eller når fartøyet håndterer, installerer og setter ankere på havbunnen.

Videre tar man sikte på å frembringe et system som utgjør et såkalt "direct in-line active heave compensation" system.

I den foreliggende tekst er uttrykket line benyttet som fellesbetegnelse for vaiere, trosser, kabler, etc.

Et system utstyrt med aktiv hivkompensering AHC (active heave compensation) skal sørge for å kompensere for kranbomens vertikale bevegelse slik at lasten kan holdes i ro i posisjon selv når fartøyet beveger på seg i sjøgang.

Kjent teknologi.

Det er tidligere kjent systemer for å unngå å måtte bevege, dvs. spole ut og inn, hele den totale massen av heiseline (vaier/kabel) som ligger oppspolet på lagringstrommelen (også benevnt en sekundærvinsj) når fartøyet beveger seg i sjøgang, noe som kan dreie seg om flere titalls tonn vaiermasse. Sekundærvinsjen kan følgelig stå stille i lengre perioder.

Når det gjelder kjent teknikk skal det vises til norsk patent NO-324416, US-2008/0105433, FR-2843954, DE-3327974, og JP-110498.

US-2008/0105433 søknaden beskriver en vinsj utstyrt med en hivkompensasjon bestående av en friksjonsvinsj, et sylinderarrangement og en sekundærvinsj. Imidlertid anvender man her en separat enhet for hivkompenseringen og løsningen omfatter i tillegg en "traction winch; en mellomliggende "tensioning sheave"; og en trommel eller en såkalt "take-up winch ". Dette er i motsetning til løsningen i foreliggende oppfinnelse hvor man tar sikte på med konstruerer systemet slik at det er traction-winchen" som fungerer som en hivkompensator.

Ifølge det norske patentet NO-324416 (Odim) består tractionvinsjen av et antall lineførende skiver eller tromler som er plassert ved siden av hverandre, slik at linen legges sekvensielt over et linespor i trommeloverflaten. Konstruksjonen består av grupper av skiver som er forskjøvet sideveis i forhold hverandre. Hver skive er utstyrt med en separat drivenhet. En av ulempene med denne løsningen er at den er meget kompleks, tung og plasskrevende, særlig siden hver eneste lineskive i de to settene er utstyrt med et separat drivsystem.

Formål med oppfinnelsen.

Det er et formål med foreliggende oppfinnelse å frembringe et nytt system for aktiv hivkompensering, samt en helt ny konstruksjon av en traction-vinsj.

Det er videre et formål med oppfinnelsen at traction-vinsjen er utformet med et separat system til å finjustere holdekraften på traction-vinsjens lavstrekkside mot stramme-enheten, og hvor sekundærvinsjens holdekraft kan ligge på ca 10 - 30 % av totalt line/taustrekk fra lasten, eller at sekundærvinsjens brems er helt innkoplet.

Ved den foreliggende oppfinnelse tar man sikte på å frembringe et vinsjsystem for hivkompensering omfattende tre deler: en traction-vinsj, en strammeenhet og en sekundærvinsj for linen. I et slikt system er det traction-vinsjen og strammeenheten som er innrettet til å foreta all nødvendig inn- og utspoling av line når skipet beveger seg i sjøgang. Samtidig er det totallengden av bufferline som selve strammeenheten (engelsk betegnelse back tension) kan håndtere, som avgjør hvorvidt sekundærvinsjen må aktiveres til å spole inn eller ut line.

Foreliggende oppfinnelse.

Konstruksjonen ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at traction-vinsjen omfatter to innbyrdes adskilte tractiontromler hvis trommeloverflater hver omfatter minst to innbyrdes adskilte linespor for anordning av linen i et antall sløyfer eller loop rundt tromlene, og et antall ytterligere regulerings-lineskiver, innrettet til å danne ekstra linesløyfer mellom tractiontromlene og strammearrangementet.

Ifølge en foretrukket utførelse er reguleringsskivene innrettet for individuell drift, eller til å frikoples, for å regulere linestrekket mellom tractiontromlene og stram me-arrangementet.

Ifølge enda en foretrukket utførelse omfatter den to reguleringsskiver (60,62).

Ifølge enda en foretrukket utførelse er hver tractiontrommel samt hver reguleringsskive innrettet for individuell drift, eller til å frikoples for å løpe fritt.

Ifølge enda en foretrukket utførelse er reguleringsskivene anordnet individuelt fritt roterbare på samme akser/akslinger som traction-tromlene, eller på akslinger som er forskjøvet sideveis i forhold til traction-tromlene.

Anordningen ved en vinsj for betjening av en heiseline, for gjennomføring av hivkompensasjon, er kjennetegnet ved at den omfatter i rekkefølge: en traction vinsj, en strammeenhet og en sekundærvinsj for linen, hvilket strammearrangement utgjør en buffer for holde linen mellom tractionvinsjen og sekundærvinsjen med tilnærmet konstant stramming.

Ifølge en foretrukket utførelse av anordningen er

1) heiselinen (40) innrettet til å starte ved sekundærvinsjen (10) som lagrer en ikke-benyttet del av heiselinen (40) på en trommel (12), 2) at linen (40) så er anordnet i sløyfer rundt skivene (22, 24) i strammeenheten, idet en påført kraft fra en sylinder (26) sikrer en stram line (40) mellom sekundærvinsjen (10) og tractionsvinsjen (30), idet, sylinderens (26) kraft kan varieres for å oppfylle oppgaven med å holde en stram heiseline

(40) under ulike forhold, så som for når lasttyngden varierer,

3) at linen deretter forløper i på anlagte sløyfer rundt reguleringsskivene (60,62) for deretter å entre de to traction-tromlene (32,34), hvilken vinsj (30) anvendes til å trekke inn og slippe ut heiseline (40), for således å frembringe en hivkompensasjon.

Anordningens tractionvinsj er forøvrig utformet med de konstruktive trekk som fremgår foran her.

Ifølge oppfinnelsen anvendes tractionvinsj-konstruksjon og anordningen i tilknytning til en vinsj til en heiseinnretning hvor et last henger i enden av en heiseline fra heiseinnretningen, for eksempel en kranbom, så som for subsea-installasjoner eller ankerhåndtering, ved utøvelse av en aktiv funksjon for å kompensere for vertikale bevegelser av skipet når dette beveger seg i bølger, slik at lasten holder seg i tilnærmet samme vertikale innstilling.

Ifølge et alternativ anvendes tractionvinsj-konstruksjon og anordningen i tilknytning til en vinsj til en heiseinnretning hvor et last henger i enden av en heiseline fra heiseinnretningen, for eksempel en kranbom, så som for subsea-installasjoner, ankerhåndtering eller for løft av last på annet skip, ved utøvelse av en aktiv funksjon for å kompensere for vertikale bevegelser av skipet hvor kranen er montert, eller hvor lasten befinner seg, slik at strekket i heisetauet holdes tilnærmet konstant (constant tension function).

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen.

Oppfinnelsen skal i det etterfølgende forklares nærmere under henvisning til figurene, hvori:

Figur 1 viser et perspektiv av et vinsjarrangement ifølge oppfinnelsen.

Figur 2 viser et planriss av vinsjarrangementet på figur 1 ifølge oppfinnelsen. Figur 3 viser et perspektiv av den nye konstruksjonen av en tractionvinsj ifølge oppfinnelsen.

Innledningsvis refereres det til figurene 1 og 2.

Vinsj-systemet hvor den oppfinneriske traction-vinsjen inngår, er satt sammen av tre deler: 1) En sekundærvinsj 10, 2) en strammeenhet (Eng: back tension unit) 20 og 3) selve traction-vinsjen 30, og som fungerer i prinsippet slik det er angitt foran. Det vises en heiseline 40 som betjenes av traction-vinsjen 30, og som løper gjennom strammeenheten som opptar (bufrer) inn- og utslipp av linen 40 under hivkompensering, og kveiles opp på lagrings- eller sekundærvinsjen 10. 1) Sekundærvinsjen 10 lagrer linen 40 på vinsjtrommelen 12, og under hivkompenseringen står denne vinsjen rolig, med oppkveilet line. På figur 1 og 2 er drivmotoren vist ved 11. Denne vinsjen er innrettet til å lagre den delen av linen som ikke trenger å være i bruk under heiseoperasjonen, idet den kun spoler inn eller ut line når lasten direkte skal heises eller låres, eller muligens når hivkompenserings-amplituden nødvendiggjør en lengre buffer-linelengde i strammeenheten. 2) Linen 40 fra sekundærvinsjen er ført inn i den passive hydrauliske stramme - enheten dannet av to eller flere adskilte ledeskiver 22,24 som er frittløpende og uten motordrift. Linen er lagt i en dobbel eller firdobbel sløyfe eller loops om ledeskivene 22,24. En passivt virkende stempelsylinderenhet 26 (eller som et sekundært alternativt en mekanisk fjær) er innspent mellom skivesettene og danner en oppspenning slik at linen 40 holdes oppstrammet med konstant stramhet mellom sekundærvinsjen 10 og traction-vinsjen 30.

Denne strammeenheten 20 utgjør en akkumulator som lagrer energi når den klemmes sammen, og holder linesløyfene oppspent, og som har likhetstrekk med en støtdemper. Sylinderkraften (eller fjærkraften) 26 kan varieres, for å kunne holde linen 40 stram med konstant strekk under ulike betingelser, så som for å håndtere last av ulik tyngde. Akkumulatorenes 26 gass trykk kan justeres for å imøtekomme varierende tau/line-strekk. I alternativet med et mekanisk fjærssystem vil man vanligvis ikke ha denne muligheten til å forandre strammeenhetens ekvivalente fjærstivhet.

Den oppfinneriske tractionvinsjen 30 med sin oppfinneriske lineledende trommel- eller skivekonstrusjon som utfører kompenseringen, er vist i detalj på figur 3.

Denne tractionvinsj-enheten 30 er sammensatt av første og andre drevne tractiontromler 32,34, hver omfattende minst to forsenkede lineførende spor, og er anordnet i et rammeverk. Tractiontromlene 32,34 har stort sett innbyrdes parallelle rotasjonsakser/akslinger 40,42, og drives av hver sin drivmotorer 50,52. Tractionvinsjen kan være montert på et underlag via støtteben 140.

I hver trommeloverflate er det altså utformet de nevnte innbyrdes adskilte to eller flere forsenkede linespor og hvor linen er lagt i sløyfer eller loops mellom tromlene. Hver trommel kan alternativt være sammensatt av minst to lineførende skiver 41,43 hhv 45,47 og som respektive er stivt festet innbyrdes parallelt med hverandre. De minst to skiver 45,47 er eksempelvis tredd inn på akslingen 40, mens skivene 41,43 er tredd inn på akslingen 39. Hver skive omfatter et forsenket spor rundt omkretsen til å lede linen på tilsvarende måte som for en trommel. Linesporene er tilpasset til diameteren til den linetype 40 som anvendes i den aktuelle vinsjen.

I tillegg omfatter traction-vinsjen minst én lineskive, dvs. i dette tilfellet lineskiver 60,62, her benevnt reguleringsskiver, som er innrettet til å definere egne line-sløyfer mellom de to tractiontromlene 32,34 og strammeenheten 20. Reguleringsskivene 60,62 drives av respektive individuelle drivmotorer 70 hhv 72 og kan derfor styres uavhengig av hverandre og uavhengig av akslingene 39,42. Ved styrt drift av de to drivmotorene 70,72 kan tractionvinsjens holdekraft å finjusteres.

Reguleringsskivene 60,62 kan være plassert i samme rammeverk som traction-tromlene/skivene 41,43;45,47, slik at de roterer om samme akse 39,42. Men reguleringsskivene 60,62 drives/roteres uavhengig av skivene/tromlene 41,43;45,47. Reguleringsskivene 60,62 kan også frikoples til å rulle fritt, dvs. at de bringes til rulle med linens bevegelser gjennom skivesporet.

Ifølge den utførelse som vises på figur 3, er reguleringsskivene 60,62 plassert forskjøvet sideveis i rammeverket i forhold til aksene 39,42. Dette er en valgfri plassering, men kan være mer plassbesparende enn om de plasseres på samme akse som tractiontromlene 41,43;45,47.

Pay figure 3 er det vist de sløyfene som linen kan organiseres i ved anvendelse av den oppfinneriske nye traction- vinsjkonstruksjonen inkludert reguleringsskivene ifølge oppfinnelsen.

Figuren viser linen 40 som ledes opp og innover fra en ledetrinse i en tenkt kranbom og inn over den inderste skiven 45 i den første vinsjen 32 hvor den vender 180° og føres tilbake over skiven 41 I den andre vinsjen 34, og deretter tilbake over skiven 47 i den første vinsj. Således danner linen halvsirkulære

sløyfer eller -loops om skivene 45, 41, 47, 43 før linen føres inn over den første reguleringsskive 60, for så danne en loop tilbake over den andre regulerings-skiven 62 før linen 40 føres videre inn over strammeenheten.

Dette betyr at linen 40 vender 180° seks ganger (også benevnt wraps) og danner tilsammen tre sløyfer/loops.

Antallet aktive wraps kan velges slik at det kan oppnås et fornuftig bakstrekk bl.a. ut fra den aktuelle friksjonskoeffisienten mellom linen og skivespor, lastens tyngde og ønsket effektforbruk (og hastighet) i tractionvinsjen. Det vil si at en eller begge av skivene 60,62 kan frikobles via en clutch eller styres til kun å passivt følge linen 40 sin bevegelse uten å bidra til vinsjens totale holdekraft. I tractionvinsjen som vises på figur 3, er det skiven 45 som opptar den høyeste strekkbelastning fra lasten.

Traction-vinsjen 30 anvendes til gi ut og trekke inn line 40 og utfører således selve hivkompenserings-funksjonen. Dette er bakgrunnen for å anvende stramme-enheten mellom tractionvinsjen og sekundærvinsjen.

Under normal heising og låring av lasten, og under hivkompenseringen, utfører traction-vinsjen hovedløftekraften, idet resten utføres av sekundærvinsjen 10. Linen 40 kommer altså inn over bomtrinsen 49, løper igjennom de tre sløyfene, før den føres inn på stramme-enheten med skivene 22,24 og danner enkle - eller doble sløyfer. Strammeenheten er en stempel-sylinderenheter (eventuelt en spennfjær-konstruksjon) sørger for korrekt stramming av linen mellom traction-vinsjen og sekundærvinsjen.

Fordeler med systemet ifølge oppfinnelsen:

I man oppnår en hurtig og nøyaktig virkende hivkompensering.

I Når hivkompenseringen utføres av en vinsj (særlig elektrisk drevet)

oppnås det en myk og presis kontroll av bevegelsene i systemet. Dette fører I sin tur til mindre slitasjer I alle krankomponenter, inkludert på heiselinen, og lavere maksimal dynamisk linestrekk, og mykere drift.

I Under normaldrift kan vinsjen drives med svært høye hastigheter, f.eks.

når det opereres laster på store havdyp, siden AHC-driftsmodusen er bestemmende og designgivende for drivsystemet.

I At det er lavt treghetsmoment både i tranctionvinsjtromlene og drivmotorene innebærer at det kun er nødvendig med et moderat tilleggsmoment fra motorene under AHC-driften, utover den statiske kraften som ytes fra lasten hengende i linen.

I Hivkompensasjon, konstant strekk og enhver ønsket funksjonalitet kan lettvint implementeres via systemets software, og kan modifiseres på ethvert tidspunkt. Slike funksjoner nødvendiggjør altså ingen endringer I hardware-konfigurasjonen.

Claims (10)

1. Konstruksjon av tractionvinsj for betjening av en heiseline, for gjennomføring av hivkompensasjon,karakterisert vedat traction-vinsjen omfatter: to innbyrdes adskilte tractiontromler (32,34) hvis trommeloverflater hver omfatter minst to innbyrdes adskilte linespor (41,43; 45,47) for anordning av linen i et antall sløyfer eller loop rundt tromlene, og samt et antall ytterligere regulerings-lineskiver (60,62), innrettet til å danne ekstra linesløyfer mellom tractiontromlene (41-47) og strammearrangementet (20).

2. Konstruksjon i samsvar med krav 1,karakterisert vedat reguleringsskivene (60,62) er innrettet for individuell drift (70,72), eller til å frikoples, for å regulere linestrekket mellom tractiontromlene (32,34) og stram me-arrangementet (20).

3. Konstruksjon i samsvar med et av de foregående krav,karakterisert vedat den omfatter to reguleringsskiver (60,62).

4. Konstruksjon i samsvar med et av de foregående krav,karakterisert vedat hver tractiontrommel (32,34) samt hver reguleringsskive (60,62) er innrettet for individuell drift, eller til å frikoples for å løpe fritt.

5. Konstruksjon i samsvar med et av de foregående krav,karakterisert vedat reguleringsskivene (60,62) er anordnet individuelt fritt roterbare på samme akser som traction-tromlene (41-47), eller på akslinger som er forskjøvet sideveis i forhold til traction-tromlene (41-47).

6. Anordning ved vinsj for betjening av en heiseline, for gjennomføring av hivkompensasjon,karakterisert vedat den omfatter i rekkefølge: en traction vinsj, en strammeenhet og en sekundærvinsj for linen, hvilken strammeenhet utgjør en buffer for holde linen mellom tractionvinsjen og sekundærvinsjen med tilnærmet konstant stramming.

7. Anordning i samsvar med krav 6,karakterisert vedat

1) heiselinen (40) er innrettet til å starte ved sekundærvinsjen (10) som lagrer en ikke-benyttet del av heiselinen (40) på en trommel (12),

2) at linen (40) så er anordnet i sløyfer rundt skivene (22, 24) i strammeenheten, idet en påført kraft fra en sylinder (26) sikrer en stram line (40) mellom sekundærvinsjen (10) og tractionsvinsjen (30), idet, sylinderens (26) kraft kan varieres for å oppfylle oppgaven med å holde en stram heiseline (40) under ulike forhold, så som for når lasttyngden varierer,

3) at linen deretter forløper i på anlagte sløyfer rundt reguleringsskivene (60,62) for deretter å entre de to traction-tromlene (32,34), hvilken vinsj (30) anvendes til å trekke inn og slippe ut heiseline (40), for således å frembringe en hivkompensasjon.

8. Anordning i samsvar med krav 6-7,karakterisert vedat dens tractionvinsj er utformet med de konstruktive trekk som fremgår av de foregående kravene 1 -5.

9. Anvendelse av tractionvinsj-konstruksjon og anordningen ifølge de foregående krav, i tilknytning til en vinsj til en heiseinnretning hvor et last henger i enden av en heiseline fra heiseinnretningen, for eksempel en kranbom, så som for subsea- installasjoner eller ankerhåndtering, ved utøvelse av en aktiv funksjon for å kompensere for vertikale bevegelser av skipet når dette beveger seg i bølger, slik at lasten holder seg i tilnærmet samme vertikale innstilling.

10. Anvendelse av tractionvinsj-konstruksjon og anordningen ifølge de foregående krav, i tilknytning til en vinsj til en heiseinnretning hvor et last henger i enden av en heiseline fra heiseinnretningen, for eksempel en kranbom, så som for subsea-installasjoner, ankerhåndtering eller for løft av last på annet skip, ved utøvelse av en aktiv funksjon for å kompensere for vertikale bevegelser av skipet hvor kranen er montert, eller hvor lasten befinner seg, slik at strekket i heisetauet holdes tilnærmet konstant (constant tension function).