NO311456B1

NO311456B1 - Kompresjonselement med variabel fj¶rkraft og stigerörs- strekksystem med slikt element

Info

Publication number: NO311456B1
Application number: NO19961376A
Authority: NO
Inventors: Iii Edward Joseph Arlt
Original assignee: Continental Emsco Co
Priority date: 1995-04-04
Filing date: 1996-04-03
Publication date: 2001-11-26
Also published as: GB2299649B; US5641248A; NO961376D0; GB9607067D0; GB2299649A; NO961376L

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører generelt stigerørs-strekksystemer for bruk på offshore-plattformer og mer spesielt et kompresjonselement med variabel fjærkraft og et stigerørsstrekksystem som anvender et eller flere av disse elementene for å gi en variabel fjærkraft, for å opprettholde en i det vesentlige konstant oppadrettet kraft på et understøttet stigerør.

Økt oljeforbruk og stigende oljepriser har ført til leteboring og produksjon i geografiske posisjoner som tidligere ble ansett å være økonomisk ulønnsomme. Som forventet, vil boring og produksjon under slike vanskelige betingelser føre til problemer som ikke er tilstede under mer ideelle betingelser. For eksempel blir et stadig økende antall anlegg plassert til havs for å utvinne flere olje-og gassreservoirer. Disse undersøkelsesbrønnene blir generelt boret og deretter satt i produksjon fra flytende plattformer som medfører en rekke problemer som er spesielle for offshoreboring og- produksjonsmiljø.

Offshoreboring og- produksjonsoperasjoner krever bruk av rørstrenger som strekker seg fra utstyr på sjøbunnen til den flytende plattformen. Disse vertikale rørstrengene, typisk kalt stigerør, overfører materialer og fluider fra sjøbunnen til plattformen og omvendt, ettersom den spesielle anvendelsen krever det. Den nedre enden av stigerøret er forbundet til brønnhodesammenstillingen nær sjøbunnen og den øvre enden strekker seg vanligvis gjennom en sentralt plassert åpning i skroget til den flytende plattformen.

Når bore-og produksjonsoperasjonene skjer på stadig dypere vann, øker lengden til stigerørene. Den ikke-understøttede vekten vil derved også øke. Konstruksjonsfeil i stigerøret kan oppstå dersom kompressive påkjenninger i stigerørselementene over-skrider stigerørsmaterialets metallurgiske begrensninger. Det er derfor blitt utviklet mekanismer for å unngå denne typen stigerørsfeil.

I et forsøk på å minimalisere kompressive påkjenninger og eliminere, eller i det minste forsinke konstruksjonsfeil, blir oppdrifts-eller ballasteringselementer festet til det nedsenkede partiet til stigerøret. Disse elementene består vanligvis av syntaktiske skumelementer, eller av individuelle oppdrifts- eller ballasteringstanker, forbundet til den ytre overflaten av stigerørsseksjonene. I motsetning til skumelementer, kan tanker selektivt fylles med luft eller ballasteres med vann ved å bruke det flytende fartøyets luftkompresjonsutstyr. Disse oppdriftsanordningene danner oppoverrettede krefter i stigerøret, og vil derved delvis kompensere for de kompressive belastningene dannet av stigerørets masse. Undersøkelser har imidlertid vist at disse typene av oppdriftsanordninger ikke kompenserer tilstrekkelig for de kompressive belastningene eller for andre krefter som stigerøret utsettes for.

For ytterligere å kompensere for angrep fra mulige destruktive krefter på stigerøret, innehar de flytende fartøyene andre systemer. Siden stigerøret er fast festet ved sin nedre ende til brønnhodesammenstillingen, vil det flytende fartøyet bevege seg i forhold til den øvre enden av stigerøret på grunn av vind, bølger og tidevann som normalt opptrer i boremiljøer til havs. Typisk blir sideveis forskyvning av borefartøyet forhindret med et system av fortøyningsliner og ankere, eller et system med dynamisk posisjonering som holder fartøyet i en posisjon over den undersjøiske brønnhodesammenstillingen. Slike posisjoneringssystemer kompenserer for normale strøm- og vindbelastninger og forhindrer separasjon av stigerøret som kan skyldes at fartøyet skyves bort fra brønnhodeposisjonen. Disse posisjoneringssystemene forhindrer imidlertid ikke at de flytende fartøyene beveger seg oppover og nedover på grunn av bølge-og tidevanns-forskjeller. Stigerørsstrekksystemene på fartøyene er derfor primært anpasset til å opprettholde et oppoverrettet strekk i stigerøret over hele området av langsgående oscilleringer av det flytende fartøyet. Denne typen mekanismer påfører en oppoverrettet kraft til den øvre enden av stigerøret, vanligvis ved hjelp av en kabel, en blokkskive eller en pneumatisk eller hydraulisk sylinder forbundet mellom fartøyet og den øvre enden av stigerøret.

Hydrauliske strekksystemer er imidlertid store, tunge og krever et stort støtteapparat. Dette støtteapparatet kan innbefatte kompressorer, hydraulikkfluid, reservoirer, rør, ventiler, pumper, akkumulatorer, elektrisk kraft og kontrollsystemer. Kompleksiteten til disse systemene nødvendiggjør et utstrakt og hyppig vedlikehold som selvfølgelig vil resultere i høye driftskostnader. For eksempel vil mange stigerørsstrekkere innbefatte hydrauliske aktuatorer som slår opp og ned i respons til det flytende fartøyets bevegelser. Disse aktive systemene krever en kontinuerlig tilførsel av høytrykksfluider for operasjon. En feil kan imidlertid stenge av tilførselen av dette høytrykksfluidet, noe som medfører feil i systemet. En feil i strekkeren kan selvfølgelig medføre at minst en del av stigerøret faller sammen.

I et forsøk på å løse disse problemene, er det blitt utviklet strekksystemer som anvender elastomerfjærer. De elastomere stigerørsstrekksystemene gir en enkel installasjon, krever minimalt vedlikehold og gir en enkel utforming med få bevegelige deler. Disse fjærene opererer passivt ved at de ikke krever en konstant tilført energi fra en ytre kilde, så som en generator. Videre vil ikke de elastomere systemene belaste den flytende plattformen med perifert utstyr som hydrauliske systemer må ha for å fungere.

De elastomere anordningene opererer i en skjærmodus, hvorved gummilignende fjærer deformeres i skjærretningen for å lagre energi. Denne skjæroperasjonsmodusen har en rekke ulemper. For eksempel i skjærmodus vil gummi ha dårlig utmattingskarakteristikk, noe som kan resultere i plutselig katastrofale feil. Når et mangfold gummifjærer er kombinert i serie, vil systemets pålitelighet raskt reduseres fordi kun en feil i den elastomere belastningsbanen meget raskt kan føre til katastrofale feil i hele systemet.

Videre vil et ideelt strekksystem gi en konstant strekkraft for å understøtte stigerøret. Selv om enkelte av de kompliserte hydrauliske systemene antydet over kan kontrolleres for å gi en i det vesentlige konstant kraft, vil de enklere elastomere anordningene, som løser mange av problemene med de hydrauliske systemene, ikke understøtte stigerøret med en konstant kraft. Endringer i kraften som virker på stigerøret i respons til langsgående forskyvninger av plattformen, gir uønskede strekkpåkjenningsvariasjoner i stigerøret. Disse variasjonene kan i vesentlig grad forkorte stigerørets levetid. I tillegg er de fleste tilgjengelige elastomere systemene forholdsvis komplekse og derved forholdsvis kostbare.

Foreliggende oppfinnelse er rettet mot å løse, eller i det minste minimalisere, et eller flere av problemene nevnt over.

I henhold til et aspekt ved foreliggende oppfinnelse, er det tilveiebragt et kompresjonselement som er bøyelig langs en lengdeakse, og som innbefatter en indre flens med et buet ytre koplingsparti, en ytre flens med et buet indre koplingsparti,

et bøyelig legeme med en aksiell fjæringsgrad som varierer innen et gitt område, hvilket bøyelige legeme forbinder den indre flensen til den ytre flensen med en aksiell innbyrdes avstand, hvilket bøyelig legeme har en første buet ende forbundet til det ytre koplings-artiet til den indre flensen og har en andre buet ende forbundet til det indre koplingspartiet til den ytre flensen, og i det minste en buet forsterkning anbragt i det bøyelige legemet, kjennetegnet ved at det buede ytre koplingspartiet, det buede indre koplingspartiet og den minst ene buede forsterkningen deler to felles fokalpunkter, i det vesentlige diametralt forskjøvet fra lengdeaksen i et midtre langsgående tverrsnitt og hvor relativ aksiell bevegelse av den indre flensen mot den ytre flensen komprimerer det bøyelige legemet og reduserer den aksielle fjæringsgraden til det bøyelige legemet.

I henhold til et annet aspekt ved foreliggende oppfinnelse, er det tilveiebragt et stigerørstrekksystem for å påføre en strekkraft til et stigerør, slik at en flytende plattform kan beveges innen et gitt område langs en lengdeakse til stigerøret, innbefattende : et kompresjonselement som er bøyelig langs en lengdeakse, hvilket kompresjonselement har en indre flens med et buet ytre koplingsparti, en ytre flens med et buet indre koplingsparti, et bøyelig legeme med en aksiell fjæringsgrad som varierer innen et gitt område, hvilket bøyelig legeme forbinder den indre flensen til den ytre flensen i en aksiell innbyrdes avstand, hvilket bøyelig legeme har en første buet ende forbundet til det ytre koplingspartiet til den indre flensen, og har en andre buet ende forbundet til det indre koplingspartiet til den ytre flensen, og minst en buet forsterkning anbragt i det bøyelige legemet, kjennetegnet ved at det buede ytre koplingspartiet, det buede indre koplingspartiet og den minst ene buede forsterkningen deler to felles fokalpunkter (25), i det vesentlige diametralt forskjøvet fra lengdeaksen i et midtre langsgående tverrsnitt, hvilken indre flens er forbundet til stigerøret, hvilken ytre flens er forbundet til plattformen, hvor relativ aksiell bevegelse av den indre flensen mot den ytre flensen komprimerer det bøyelige legemet og reduserer den aksielle fjæringsgraden til det bøyelige legemet, slik at strekkraften på stigerøret forblir i det vesentlige konstant over hele området.

I henhold til nok et aspekt ved foreliggende oppfinnelse, er det tilveiebragt et stigerørstrekksystem for påføring av en strekkraft til et stigerør, slik at en flytende plattform kan beveges innen et gitt område langs en lengdeakse til stigerøret, innbefattende en kolonneformet stabel av kompresjonselementer med et øvre kompresjonselement og et nedre kompresjonselement, hvilken stabel av kompresjonselementer er bøyelig i respons til en viss relativ bevegelse mellom stigerøret og plattformen langs lengdeaksen, hvor hvert kompresjonselement har en indre flens med et buet ytre koplingsparti, en ytre flens med et buet indre koplingsparti, et bøyelig legeme med en aksiell fjæringsgrad som varierer innen et gitt område, hvilket bøyelig legeme forbinder den indre flensen med den ytre flensen i en aksiell innbyrdes avstand, hvilket bøyelig legeme har en første buet ende forbundet til det ytre koplingspartiet til den indre flensen og har en andre buet ende forbundet til det indre koplingspartiet i den ytre flensen, og minst en buet forsterkning anbragt i det bøyelige legemet, kjennetegnet ved at det buede ytre koplingspartiet, det buede indre koplingspartiet og den minst ene buede forsterkningen deler to felles fokalpunkter, i det vesentlige diametralt forskjøvet fra lengdeaksen i et midtre langsgående tverrsnitt, hvilket øvre kompresjonselement er forbundet til stigerøret og det nedre kompresjonselementet er forbundet til plattformen, hvor relativ aksiell bevegelse av de indre flensene til kompresjonselementene i stabelen mot de respektive ytre flensene til kompresjonselementene i stabelen komprimerer de bøyelige legemene til kompresjonselementene i stabelen og reduserer den aksielle fjæringsgraden til hvert av de bøyelige legemene, slik at strekkraften på stigerøret forblir i det vesentlige konstant over hele området.

I henhold til nok et aspekt ved foreliggendes oppfinnelse, er det tilveiebragt et stigerørstrekksystem for påføring av en strekkraft til et stigerør, slik at en plattform kan beveges innen et gitt område langs en lengdeakse til stigerøret, innbefattende et støttelegeme forbundet med stigerøret og med et parti som strekker seg radielt utover fra stigerøret, og et mangfold kolonner koplet til det radielt utstrekkende partiet til støttelegemet og med en nedre ende koplet til plattformen, hvor hver kolonne er bøyelig i respons til viss relativ bevegelse mellom stigerøret og plattformen langs lengdeaksen, hvor hver kolonne innbefatter kompresjonselementer med en indre flens med et buet ytre koplingsparti, en ytre flens med et buet indre koplingsparti, et bøyelig legeme med en aksiell fjæringsgrad som varierer innen et gitt område, hvilket bøyelig legeme forbinder den indre flensen med den ytre flensen i en aksiell innbyrdes avstand, hvilket bøyelig legeme har en første buet ende forbundet til det ytre koplingspartiet til den indre flensen og har en andre buet ende forbundet til det indre koplingspartiet til den ytre flensen, og minst en buet forsterkning anbragt i det bøyelige legemet, kjennetegnet ved at det buede ytre koplingspartiet, det buede indre koplingspartiet og den minst ene buede forsterkningen deler to felles fokalpunkter, i det vesentlige diametralt forskjøvet fra lengdeaksen i et midtre langsgående tverrsnitt, hvor relativ bevegelse av plattformen mot støttelegemet langs lengdeaksen til stigerøret gir en relativ aksiell bevegelse av hver av de indre flensene mot hver av de ytre flensene i hvert av kompresjonselementene i hver av kolonnene som komprimerer hvert av de bøyelige legemene og reduserer den aktuelle fjæringsgraden til hvert av de bøyelige legemene, slik at strekkraften på stigerøret forblir i det vesentlige konstant over hele området.

Fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå fra den etterfølgende detaljerte beskrivelse med henvisning til de medfølgende tegninger. Figur 1 viser en perspektivskisse av et kompresjonselement i henhold til foreliggende oppfinnelse.

Figur 2 viser et tverrsnitt av kompresjonselementet vist i figur 1.

Figur 3 viser et parti av det bøyelige legemet til kompresjonselementet vist i figur 2 i sine ikke-bøyde og bøyde tilstander. Figur 4 er en kurve som viser fjæringsgrad som funksjon av bøyning for et kompresjonselement, så som kompresjonselementet vist i figur 1, hvor kompresjonselementet ikke har noen forsterkninger. Figur 5 er en kurve som viser ønsket og aktuell kraft som funksjon av bøyningen for en kompresjonselement, så som kompresjonselementet vist i figur 1, hvor kompresjonselementet ikke har noen forsterkninger. Figur 6 viser en perspektivskisse av en annen utførelsesform av oppfinnelsen med en kvadratisk segmentert utforming. Figur 7 viser en perspektivskisse av en annen utførelsesform av et kompresjonselement i henhold til foreliggende oppfinnelse med en sirkulær segmentert utforming. Figur 8 viser en perspektivskisse av nok en utførelsesform av et kompresjonselement i henhold til foreliggende oppfinnelse med en sirkulær slisset utforming.

Figur 9 viser et tverrsnitt av et kompresjonselement vist i figurene 6, 7 og 8.

Figur 10 viser en perspektivskisse av nok en utførelsesform av et kompresjonselement i henhold til foreliggende oppfinnelse med en sirkulær segmentert utforming med en kontinuerlig ytre flens. Figur 11 viser en perspektivskisse av nok en utførelsesform av et kompresjonselement i henhold til foreliggende oppfinnelse med en sirkulær slisset utforming med en kontinuerlig ytre flens. Figur 12 viser en perspektivskisse av et stigerørsstrekksystem med flere kolonner med kompresjonselementer i henhold til foreliggende oppfinnelse.

Figur 13 viser et tverrsnitt av en kolonne av kompresjonselementer vist i figur 12.

Figur 14 viser en perspektivskisse av nok en utførelsesform av et stigerørsstrekksystem i henhold til foreliggende oppfinnelse med et mangfold kolonner av kompresjonselementer.

Figur 15 viser et tverrsnitt av en kolonne av kompresjonselementer vist i figur 14.

Figur 16 viser en perspektivskisse av nok en utførelsesform av et stigerørsstrekksystem i henhold til foreliggende oppfinnelse med et mangfold kolonner av kompresjonselementer. Figur 17 viser et tverrsnitt av en kolonne av kompresjonselementer vist i figur 16. Figur 18 viser en perspektivskisse av nok en utførelsesform av et stigerørsstrekksystem i henhold til foreliggende oppfinnelse med en enkelt kolonne av kompresjonselementer.

Figur 19 viser et tverrsnitt av kolonnen av kompresjonselementer vist i figur 18.

Figur 20 viser en perspektivskisse av nok en utførelsesform av et stigerørsstrekksystem i henhold til foreliggende oppfinnelse med et mangfold kolonner av kompresjonselementer i en avstiverlignende omhylning. Figur 21 viser et tverrsnitt av en kolonne av kompresjonselementer i en avstiverlignende omhylning, vist i figur 20. Figur 22 viser en perspektivskisse av nok en utførelsesform av et stigerørsstrekksystem i henhold til foreliggende oppfinnelse med et mangfold kolonner av kompresjonselementer i avstiverlignende omhylninger. Figur 23 viser et tverrsnitt av en kolonne av kompresjonselementer i avstiverlignende omhylning vist i figur 22.

Selv om oppfinnelsen kan gjennomgå forskjellige modifikasjoner og alternative former, er spesielle utførelsesformer vist som eksempler i tegningene og vil bli beskrevet i detalj her. Imidlertid bør det legges merke til at oppfinnelsen ikke er ment å være begrenset til de spesielle formene som diskuteres. Oppfinnelsen er ment å dekke alle modifikasjoner, ekvivalenter og alternativer som ligger innen beskyttelsesomfanget til de medfølgende krav.

Ved å anvende de dynamiske fordelene som de elastomere designutformingene gir som fortsetter å utnytte de bemerkelsesverdige energilagringsegenskapene til elastomerer, er det mulig med mange nye løsninger på foreliggende problemer. På grunn av enkeltheten til kompresjonselementene som er basiskomponenten til systemene beskrevet her, er det tilstede et potensial for i sterk grad å forbedre pålitelighet, funksjonsenkelhet og produksjons-og kostnadseffektivitet til stigerørssystemene, sammenlignet med tidligere stigerørsstrekksystemer, enten de er hydrauliske eller elastomere. Som det vil framgå fra den etterfølgende beskrivelsen, tillater kompresjonselementene utforming og produksjon av enkle, rimelige og mer pålitelige stigerørsstrekksystemer.

Før en nærmere diskusjon av de spesifikke konstruksjonene som er vist i tegningene, bør det legges merke til at ifølge læren beskrevet her, kan det utformes en lang rekke forskjellige stigerørsstrekksystemer som opprettholder en i det vesentlige konstant strekkraft. Fortrinnsvis anvender hvert system elastomere elementer som opererer primært i kompresjonsmodus. Når slike elementer opererer i kompresjonsmodus, vil de i tillegg gi fordelen med et ekstremt langt utmattingsliv og feilsikkeroperasjon. Konvensjonelle kompresjons-belastede elementer har imidlertid en tendens til å bli stivere når elementene bøyes. Kraften som dannes av et fjærsystem når det bøyes, er gitt ved følgende ligning:

hvor F er lik kraften som påføres fjæren, x er lik utbøyningen av fjæren og kc er kompresjonsfjæringsgraden til fjærsystemet. For at et strekksystem skal opprettholde en i det vesentlige konstant kraft på stigerøret når plattformen beveges, må derfor den kollektive fjæringsgraden til strekkanordningene variere omvendt proporsjonalt med hensyn til bøyningen av systemet når systemet bøyes. Med andre ord, når stigerøret slår og komprimerer elementene, blir fjæringsgraden til systemet mykere i henhold til ligningen over.

US patent nr. 5.160.219, meddelt 3. november, 1992 til samme søker, beskriver forskjellige stigerørsstrekksystemer som opprettholder en i det vesentlige konstant strekkraft på stigerøret. Disse systemene anvender elastomere elementer som opererer i kompresjonsmodus. Vektstenger kontrollerer orienteringen av de elastomere elementene for å variere en vertikal komponent til fjæringsgraden når stigerøret slår. Selv om disse systemene opererer forholdsvis tilfredsstillende, anvender de ofte komplekse fjær-og vektstangsammenstillinger. Anordningene beskrevet her. gir samme fordeler som systemene beskrevet i US patent nr. 5.160.219, men muliggjør utforming av enklere stigerørsstrekksystemer, er enklere å fremstille og er lettere å kontrollere når de er installert på en offshoreplattform.

Med henvisning til tegningene og først figur 1, er det vist en foretrukket utførelsesform av kompresjonselement, generelt angitt ved referansenummer 10. Kompresjonselementet 10 innbefatter et bøyelig legeme 12, en indre flens 14 og en ytre flens 16. Det bøyelige legemet 12 er fortrinnsvis en avkortet, hul, konisk formet elastomerstøpt del. De indre og ytre flensene 14, 16 er fortrinnsvis fremstilt av metall, men kan også være fremstilt av et komposittmateriale. Det indre diametrale partiet til det bøyelige legemet 12 er forbundet til et ytre parti av den indre flensen 14, og det ytre diametrale partiet til det bøyelige legemet 12 er forbundet til et indre parti til den ytre flensen 16. Faktisk kan det mest foretrukne kompresjonselementet 10 beskrives nesten nøyaktig som en elastomer Belleville skive med en innsnevret ytre periferi.

Flensene 14 og 16 og det bøyelige legemet 12 er fortrinnsvis støpt. En fagmann innen området støping, vil innse at det bør vurderes en rekke design-parametere, så som toleranser til formen og metallinnsatsens grenseflater, utforming og overflatefinish, elastomerkrymping og varmeoverføring. Elementanalyser er ofte nyttige for å sammenligne beregnede data med aktuelle data fra prototyper. Fra utstrakte forsøk med utvikling av prosedyrer for store laminerte elastomere lågere, bør det legges merke til at småskalaforsøk ikke nøyaktig dupliserer de samme prosessbetingelsene som fullskala-forsøk. Fullskala ikkebundne og bundne prototyper er å anbefale før den egentlige poduksjonen starter.

Elastomertypen som velges avhenger av de nødvendige egenskaper for en gitt applikasjon. Fortrinnsvis blir råelastomer, fyllmiddel og plastiserer nøye valgt, veid og blandet for å danne den ønskede forbindelsen, slik det er kjent for en fagmann innen området. Forbindelsen blir deretter kalandrert på en valse for å bygge opp bøye-elementene før støping.

Fortrinnsvis er det bøyelige legemet 12 permanent forbundet til metallflensene 14 og 16 ved å bruke en vulkaniseringsbindingsprosess som er velkjent innen området. Stålflensene 14 og 16 blir først utsatt for en nøyaktig rensing, som begynner med påføring av et løsningsmiddel for å fjerne ethvert pakningsbelegg eller forurensninger som er igjen fra metallformgivningsprosessen. Stålkomponentene blir deretter utsatt for baking ved 230 grader Celsium i minst 48 timer, for å fjerne eventuell olje og andre forurensninger som kan ødelegge bindingen. Komponentene blir deretter renset igjen med løsningsmiddel og låse til en hvitmetallfmish ved å bruke aluminiumoksid. Til slutt blir komponentene dampavfettet og renset med rent løsningsmiddel.

Før bindingsmidlet påføres metallkomponentene, blir en primer, så som Chemlock 205 fra Lord Ekstorner Products Corp., 2000 West Grand View Blvd., Erie, PA. 16512, påført bindingsflatene til flensene 14 og 16. Deretter blir bindemidlene, så som Chemlock 220 fra Lord kontinuerlig rørt for å sikre tilfredsstillende blanding og påføres flensene ved å bruke en sprøytepistol som anvender tørket og filtrert luft. Hvert elastomerstykke skjæres fra kalendervalsen og bygges opp (fortrinnsvis med forsterkninger som beskrevet senere) og satt sammen i formen. Den sammensatte formen blir deretter satt under trykk for herding, slik det er vel kjent innen området.

Når det bøyelige legemet 12 er i sin ikke bøyde tilstand, vil det aksielt adskille den indre flensen 14 fra den ytre flensen 16, som vist i figur 2. I denne tilstanden danner det bøyelige legemet 12 en gitt konisk vinkel a mellom lengdeaksen 13 til kompresjonselementet 10 og et "element" til konusen som er en av de hellende sidene til det bøyelige legemet 12. Når en aksiell belastning påføres kompresjonselementet 10, vil den indre flensen 14 beveges nærmere den ytre flensen 16 og derved komprimere det bøyelige legemet 12 og øke den koniske vinkelen a ved "dreining" av det bøyelige legemet 12 til en mer horisontal posisjon. Egentlig vil belastningen først gi en viss skjærbelastning på gummien, men vil raskt gå over til en kompresjonsdominant modus når det bøyelige legemet 12 dreies nedover og komprimeres mellom den indre flensen 14 og den ytre flensen 16. Kompresjon og utflatningen av det bøyelige legemet 12 er vist i figur 3, hvor legemet 12 A representerer det bøyelige legemet 12 i sin ikke-bøyde tilstand og legemet 12B representerer det bøyelige legemet 12 i sin helt bøyde tilstand.

Det er lett å se at det bøyelige legemet 12 komprimeres og blir mer horisontalt når den indre flensen 14 beveges nedover i forhold til den ytre flensen 16. Det er imidlertid ikke så lett å se hvordan denne bevegelsen påvirker den aksielle fjæringsgraden til det bøyelige legemet 12. Som vist i figur 3, representerer vektoren 26A fjæringsgraden til det bøyelige legemet 12 når det er i sin ikke-bøyde tilstand og vektoren 26B representerer fjæringsgraden til det bøyelige legemet 12 når det er i sin helt bøyde tilstand. Legg merke til at når det bøyelige legemet 12 bøyes, blir dets fjæringsgradsvektor 26 mer horisontal og beveger seg fra posisjonen til vektoren 26A til posisjonen til vektoren 26B. Dreining av fjæringsgradvektoren 26 medfører at størrelsesordenen til den vertikale komponenten til vektoren 26 avtar, noe som kan ses ved å sammenligne størrelsesordenen til de vertikale komponentvektorene 28A og 28B. Det bør også legges merke til at størrelsesordenen til vektoren 26 øker litt når det bøyelige legemet 12 komprimeres. Størrelsesordenen til den vertikale komponentvektoren 28B er litt større enn den ville være dersom størrelsesordenen til vektoren 26 forble konstant under dreiningen.

Siden hensikten med kompresjonselementet 10 er å holde den aksiale kraften i det vesentlige konstant, må størrelsesordenen til den vertikale komponenten til fjæringsgradsvektoren 28 avta når den aksielle bøyningen x til det bøyelige legemet 12 øker. Ved å anvende ligning 1 og anta lineæritet mellom den ikke bøyde tilstanden og den helt bøyde tilstanden, kan vi se at:

hvor X] er den aksielle forskyvning av det bøyelige legemet 12 i sin ikke-bøyde tilstand, kc i er den vertikale komponenten til fjæringsgraden til det bøyelige legemet 12 i sin ikke-bøyde tilstand, X2 er den aksielle forskyvningen av det bøyelige legemet 12 i sin helt bøyde tilstand og kC2 er den vertikale komponenten til fjæringsgraden til det bøyelige legemet 12 i sin helt bøyde tilstand. Som vist av ligningene 2 - 5, må endringen av den vertikale komponenten 28 til fjæringsgradsvektoren 26 til det bøyelige legemet 12 endres omvendt proporsjonalt med endringen av aksialforskyvning x til det bøyelige legemet 12.

Anvendelsen av ligningene 2 - 5 er vist i figurene 4 og 5. Figur 4 viser en kurve 30 av

den aksielle belastningen F som funksjon av den aksielle bøyningen x til et kompresjonselement 10. Kurven 32 viser det teoretiske målet for et kompresjonselement 10 hvor den ønskede konstante kraften er 11.000 pund. For den spesielle kraften som funksjon av bøyningen vist ved kurven 32 i figur 4, beskriver kurven 38 til diagrammet 36, vist i figur 5, den teoretiske ideelle reduksjonen av aksialstivhet, det vil si vertikalfiæringsgrad når

bøyningen x til kompresjonselementet 10 er i området fra en til seks tommer. Ved å sette resultatene fra kurvene 32 og 38 inn i ligning 1, kan man lett se at den aksiale kraften forblir konstant dersom størrelsesordenen til den vertikale komponenten til fjæringsgraden endres i henhold til kurven 38.

Det vil imidlertid være vanskelig å utforme et kompresjonselement 10 som opprettholder en konstant aksialkraft på 11.000 pund over hele sitt bøyningsområde, vist i kurvene 30 og 36 som seks tommer. Kurven 34 viser den aktuelle kraften som funksjon av bøyningsegenskapene til en tidlig innledende utforming av et kompresjonselement 10. Det fremgår klart at over seks tommers området er aksialkraften i det vesentlige ikke-konstant. Imidlertid over bøyningsområdet fra tre til seks tommer, begynner kurven 34 å jevne seg ut og tilnærmes den ideelle kurven 32. Med andre ord vil helningen til kurven 34 avta mellom tre og seks tommers forskyvning. På tilsvarende måte viser kurven 40 i hvilken grad den vertikale komponenten til fjæringsgraden til den tidlige innledende utformingen av kompresjsonselementet 10 egentlig avtar over bøyningsområdet til kompresjonselementet 10. Denne vil også tilnærmes idealkurven 38 når den når driftsområdet mellom tre og seks tommers bøyning. Kompresjonselementet 10 bør derved være forbelastet slik at det opererer i bøyningsområdet tre til seks tommer, og kraften innen dette driftsområdet til kompresjonselementet 10 vil variere mellom 8.000 og 12.000 pund.

Det bør understrekes at kurvene 34 og 40 ble fremstilt ved hjelp av data fra en tidlig innledende utforming. Selv om denne tidlige utformingen ikke gir et speilbilde av den teoretisk ideelle utformingen, viser den at den vertikale komponenten til fjæringsgraden til kompresjonselementet 10 i realiteten avtok når bøyningen økte. Det er derved vist at konseptene beskrevet her var oppnåelige. Ved å følge læren beskrevet her, vil en fagmann innen området kunne velge parametere til å fremstille et kompresjonselement 10 som gir en enda mer konstant aksialkraft innen et gitt driftsområde.

Ved passende vurdering av visse parametere, kan det utformes et kompresjonselement 10 som gir en i det vesentlige konstant aksialkraft for et forutbestemt bøyningsområde. Mange av parametrene til kompresjonselementet 10 kan endres og velges, avhengig av det ønskede anvendelsesområdet, for å gi en i det vesentlige konstant kraft til å opprettolde i det vesentlige konstant strekk på et stigerør. For eksempel kan stivhet og formen til det bøyelige legemet 12 velges utfra den kraften som det er forventet å møte under bruk, såvel som graden av bøyning som vil oppstå når stigerøret slår. Stivheten og komprimerbarheten til det bøyelige legemet blir i stor grad bestemt av valget av elastomert materiale. Den koniske vinkelen velges også sammen med form og sammensetning av det bøyelige legemet 12 til å gi den ønskede endringen av aksiell fjæringsgrad over det ønskede bøyningsområdet. Den egentlige strukturen til det bøyelige legemet 12 er også viktig, som beskrevet mer detaljert med henvisning til figurene 6-11.

I den mest foretrukne utførelsesformen er det bøyelige legemet 12 forsterket ved en eller flere skiver eller forsterkninger 24. Forsterkningene 24 kan fortrinnsvis være fremstilt av en kompositt eller metallmateriale. Forsterkningene 24 og spesielt de ringformede forsterkningene som anvendes i et konisk formet bøyelig legeme 12, vil ha en tendens til å avstive det bøyelige legemet 12. Et bøyelig legeme med forsterkninger, utviser større aksialkraft og er mer vanskelig å komprimere enn et som ikke har skiver.

Formene til forsterkningene, koplingspartiene til den indre og ytre flensen 14, 16 og det indre og ytre diametrale partiet til det bøyelige legemet 12, vil også påvirke egenskapene til kompresjonselementet 10. For eksempel kan hver av disse overflatene være rette og vinklene til disse overflatene kan velges for å oppnå de ønskede egenskaper, det vil si i det vesentlige konstant kraft under bøyning innen et spesielt område. Det er imidlertid foretrukket at formene til disse elementene er buet eller sfæriske. Disse forsterkningene har imidlertid den omvendte formen av det som normalt brukes for vinkelbøyning.

Det er funnet at sfæriske overflater reduserer påkjenningene som kompresjonselementet 10 utsettes for når det bøyes, og medfører at det bøyelige legemet 12 "dreier" på en mer kontrollert og lineær måte. Kompresjonselementet blir derved mer stabilt, mer forutsigbart og krever mindre materiale for å håndtere samme grad av kraft.

Som vist i figur 2, er det ytre diametrale partiet til den indre flensen 14 og det ytre diametrale partiet til det bøyelige legemet 12 konkave. På samme måte er det indre diametrale partiet til den ytre flensen 16 og det indre diametrale partiet til det bøyelige legemet 12 konveks og er derved komplementært utformet til de konkave overflatene til legemene som de er koplet til. Forsterkningene 24 vist i figur 2 kan være buet på samme måte som overflatene til den indre flensen 14, den ytre flensen 16 og det bøyelige legemet 12 for å fremme kompresjon og dreining.

Krumningen til forsterkningene 24 påvirker også bøye-egenskapene til kompresjonselementet 10. I en utførelsesform har forsterkningene 24 og overflatene til den indre flensen 14, den ytre flensen 16 og det bøyelige legemet 12 samme krumning, noe som betyr at fokalpunktet til hver er den samme avstanden fra de respektive overflater. Konstruert på denne måten, blir det bøyelige legemet 12 generelt mer lineært når det "dreier" og forblir derved mer stabilt og forutsigbart, sammenlignet med et bøyelig legeme 12 som ikke har noen skiver eller har rette skiver.

I den mest foretrukne utførelsesformen har imidlertid forsterkningene 24 og overflatene til den indre flensen 14, ytre flensen 16 og det bøyelige legemet 12 samme fokalpunkt, illustrert ved fokalpunktene 25 i figur 2. Med andre ord, kan et tverrsnitt av disse overflatene tatt gjennom midten av kompresjonselementet 10, anses som endel av en respektiv konsentrisk sirkel 27, 29, 31 og 33 som hver har samme fokalpunkt 25, som vist i figur 2. Siden kompresjonselementet 10 vist i figur 2 er sirkulært, vil selvfølgelig fokalpunktet 25 egentlig danne en "ring" rundt kompresjonselementet 10. I denne utformingen utviser det bøyelige legemet 12 nesten perfekt lineæritet når det dreies under kompresjon.

Det bør legges merke til at dersom de buede forsterkningene 24 vist i figur 2 er faste ringer, vil de buede forsterkningene 24 ikke dreie om fokalpunktene 25. De buede forsterkningene 24 vil heller beveges lineært opp og ned langs lengdeaksen 13 til kompresjonselementet 10, på samme måte som sylindriske forsterkninger. De buede forsterkningene 24 gir imidlertid en dynamisk fordel sammenlignet med rette sylindriske forsterkninger. Dersom det bøyelige legemet 12 inneholdt sylindriske forsterkninger, ville det elastomere materialet i det bøyelige legemet 12 ikke dreies lineært under bøyningen. Det elastomere materialet vil i stedet deformeres under skjær, slik at elastomermaterialet vil bøye inn en bue når den indre flensen 14 beveges nærmere den ytre flensen 16. Dette resultatet unngås ved å bruke buede festeflater for den indre flensen 14 og den ytre flensen 16, sammen med de buede forsterkningene 24. De buede overflatene presser det elastomere materialet i det bøyelige legemet 12 til å dreie som et jevnt legeme eller kolonne, fordi de buede overflatene har et større projesert påvirknings-areal på det elastomere materialet langs bøyningsretningen. Når den indre flensen 14 beveges mot den ytre flensen 16, vil det elastomere materialet komprimeres i området mellom de buede overflatene og oppnå en øket bulkbelastning når det bøyelige legemet 12 dreies lineært fra sin opprinnelige ubelastede posisjon.

Anvendelsen av spissede eller segmenterte utforminger av det bøyelige legemet 12, enten med eller uten forsterkende skiver, fremmer også de dynamiske egenskapene til kompresjonselementet over et vidt anvendelsesområde. Figurene 6-11 viser forskjellige utførelsesformer som kompresjonselementet kan ha, avhengig av anvendelsen som kompresjonselementet er ment å bli brukt til. For å unngå misforståelser, vil referanse-nummerne som tidligere har vært brukt til å beskrive kompresjonselementet 10, bli brukt til å beskrive lignende elementer til kompresjonselementene vist i figurene 6-11.

De slissede eller segmenterte utformingene innbefatter slissede eller segmenterte bøyelige legemer 12 og eventuelt segmenterte ytre flenser 16. Et slisset eller segmentert bøyelig legeme 12 har en tendens til å virke som et mangfold bøyelige kolonner eller fjærer anbragt periferisk rundt den indre flensen 14, i motsetning til den bøyelige "konusen", representert ved den faste sirkulære utformingen vist i figurene 1 og 2. Typisk vil størrelsen og antall av segmenter eller slisser være valgt slik for å variere fjæringsgraden til å øke bøyningsgraden eller for å redusere den aksielle kraften som utvises av kompresjonselementet 10.

De segmenterte utførelsesformene anvender fortrinnsvis separate legemer som det bøyelige legemet 12. Figur 6 viser kompresjonselentet 10 med en kvadratisk, segmentert utforming. Ved denne utførelsesformen, er den indre flensen 14 kvadratisk eller rektangulær og har fire langstrakte sider 42. En ende av et bøyelig legeme 12 er forbundet til hver av sidene 42 ved en gitt vinkel som tilsvarer den koniske vinkelen a beskrevet tidligere. Den andre enden av hvert bøyelig legeme 12 er forbundet til et segment til en ytterflens 16. Figur 7 viser et kompresjonselement 10 med en sirkulær segmentert utforming. Det sirkulære segmenterte kompresjonselementet 10 innbefatter en sirkulær, indre flens 14, nesten lik innerflensen 14 vist i figurene 1 og 2. En ende av et mangfold bøyelige legemer 12 er forbundet til den indre flensen 14 ved en gitt vinkel. Den andre enden av mangfoldet bøyelige legemer 12 er forbundet til et segment av en ytre flens 16.

I motsetning til utførelsesformene som anvender et segmentert bøyelig legeme, viser figur 8 et kompresjonselement 10 med en sirkulær slisset utforming. I denne utførelses-formen er et bøyelig legeme 12 i et stykke og generelt konisk forbundet til en innerflens 14. Det bøyelige legemet 12 er slisset slik at det bøyelige legemet 12 har et senternav 44 med utovervendende eker 46. Den radielt ytre enden til hver av ekene 46 er forbundet til et segment av en ytre flens 16. Uansett hvorvidt det anvendes en segmentert eller slisset utforming, viser figur 9 et tverrsnitt av kompresjonselementene 10, vist i figurene 6, 7 og 8. Det bør legges merke til at segmenterte og slissede utførelsesformer også fortrinnsvis anvender de sfærisk konkave og konvekse overflatene for de bøyelige legemene 12, innerflensene 14 og segmentene til ytterflensen 16. Videre kan forsterkningene 24 anvendes som tidligere nevnt.

I den mest foretrukne utførelsesformen, har de buede forsterkningene 24 de buede overflatene til den indre flensen, den ytre flensen 16 og det elastomere materialet til det bøyelige legemet 12, samme fokalpunkt som diskutert med henvisning til figur 2. De samme fordelene diskutert tidligere med hensyn til et helt konisk bøyelig legeme 12, gjelder også et slisset eller segmentert bøyelig legeme 12. I den mest foretrukne, slissede eller segmenterte utførelsesformen, kan et slisset eller segmentert bøyelig legeme 12 utvise enda større stabilitet når det bøyes, fordi de buede forsterkningene 24 også er segmenterte. I motsetning til de faste ringene diskutert tidligere, er ikke de segmenterte, buede forsterkningene begrenset til å bevege seg lineært langs lengdeaksen 13 når innerflensen 14 beveges mot ytterflensen 16. De segmenterte buede forsterkningene kan i stedet dreie om sine respektive fokalpunkter. De segmenterte eller slissede, bøyelige legemene 12 forblir i det vesentlige lineære under bøyningen, fordi det elastomere materialet i det bøyelige legemet 12 og de buede forsterkningene 24 i det vesentlige dreier om samme dreiepunkt, det vil si fokalpunktene.

Et kompresjonselement kan også fremstilles ved å anvende et segmentert eller slisset, bøyelig legeme 12 og en kontinuerlig ytre flens . Figur 10 viser et kompresjonselement 10 med en segmentert utforming med en kontinuerlig ytre flens. Segmentene til det bøyde legemet 12 er tilsvarende de som er brukt i utførelsesformen i figur 7. I steden for å være forbundet til et segment av en ytre flens, er de imidlertid forbundet til en kontinuerlig ytre flens 16, slik som den som anvendes ved kompresjonselementet 10 vist i figur 1. Tilsvarende viser figur 11 et kompresjonselement 10 med en sirkulær slisset utforming med en kontinuerlig ytterflens 16. Det bøyelige legemet 12 er tilsvarende det bøyelige legemet vist i figur 8. I stedet for å ha eiker av det bøyelige legemet 12 forbundet til et segment av en ytre flens, er enden av eikene 46 forbundet til en kontinuerlig ytterflens 16.

Et kompresjonselement 10, så som de som er beskrevet over, kan anvendes alene eller i kombinasjon med andre bøyelige legemer som en motvektsanordning, en last-og bevegelseskompensjonsanordning eller en stigerørsstrekkanordning. Figur 2 viser kompresjonselementet 10 brukt alene i et stigerørsstrekksystem. Den indre flensen 14 er forbundet til et stigerør 18 og den ytre flensen 16 er forbundet til en flytende plattform 20. Når plattformen 20 beveges i forhold til stigerøret 18 i respons til vannbevegelser, bøyes kompresjonselementet 10 aksialt, generelt i retning av den dobbelthodede pilen 22. Kompresjonselementet 10 gjør at plattformen 20 kan beveges i en aksialretning i forhold til stigerøret 18. Bevegelsesområdet til plattformen 20 med hensyn til stigerøret 18, blir vanligvis referert til som "stigerørsslag". Mer spesielt innbefatter stigerørsslaget et

"oppslag" og et "nedslag". Oppslaget oppstår når toppen av stigerøret beveges opp i forhold til plattformen og nedslaget skjer når toppen av stigerøret beveges ned i forhold til plattformen. Ideelt, minimaliserer kompresjonselementet 10 de kompressive påkjenningene i stigerøret 18 når stigerøret 18 slår, ved å påføre en betydelig konstant kraft for å opprettholde strekket i stigerøret 18. Den aksiale fjæringsgraden vil derfor øke under oppslag og avta under nedslag. Et kompresjonselement, så som vist i figur 2, kan ha en ytre flens 16 med en diameter på 36 tommer, en indre flens 14 med en diameter på 9 tommer og en høyde på 13 tommer.

Selv om et enkelt kompresjonselement 10 kan anvendes alene som en stigerørsstrekker, er det i de fleste tilfeller ønskelig å anvende et mangfold kompresjonselementer 10 i et stigerørsstrekksystem. Det bør imidlertid huskes på at et mål med utformingen av et stigerørsstrekksystem, er å utforme et system som opprettholder en i det vesentlige konstant kraft på stigerøret når dette slår.

En foretrukket utførelsesform av et stigerørsstrekksystem som innbefatter et mangfold kompresjonselementer 10, er vist i figur 12 og generelt angitt med referansenummer 50. Stigerørsstrekksystemet 50 innbefatter et støttelegeme 52 med et midtre nav 54 som er forbundet til et stigerør 56 og fire radielt utstrekkende armer 58, hvis ender er forbundet til toppen av en stabel eller kolonne 60 av kompresjonselementer 10. Bunnen av hver kolonne 60 er forbundet med en flytende plattform 62. Når plattformen 62 beveges oppover, vil kolonnene 60 av kompresjonselementet 10 komprimeres. Som vist, anvendes fire kompresjonselementer 10 for å danne hver kolonne 60. Dersom hvert kompresjonselement har et bøyningsområde på en fot når det anvendes i systemet 50, vil hver kolonne 60 ha et bøyeområde på fire fot.

Det bør også legges merke til at hver kolonne 60 fortrinnsvis er plassert i bøyning når systemet 50 er installert. Som beskrevet tidligere, fordi hvert kompresjonselement 10 kun kan utvise en i det vesentlige konstant aksialkraft over en gitt del av sitt bøynings-område, er det ofte ønskelig å forbelaste kompresjonselementet 10, slik at det kun opererer innen det gitte området av sitt bøyningsområde. Måten som forbelastningen skjer på, vil bli beskrevet i detalj med henvisning til figurene 14 og 15, men det bør legges merke til at systemet 50 kan innbefatte et organ for å forbelaste kompresjonselementene 10 i kolonnene 60. Videre kan en metallomhylning (ikke vist) være plassert rundt kolonnene for brannbeskyttelse.

Kompresjonselementene 10, som utgjør kolonnen 60, er forskjellig fra kompresjonselementene vist i de tidligere figurer. Som vist i figur 13, innbefatter hvert kompresjonselement 10 et fast konisk bøyelig legeme 12 med ringformede forsterkninger 24. Det bør imidlertid legges merke til at toppen av kompresjonselementet 10a i kolonnen 60 innbefatter to konisk bøyelige legemer 12 som er forbundet med hverandre av en stor sirkulær flens 64. Det øvre kompresjonselementet 10a innbefatter en indre flens 14a, tilsvarende den indre flensen 14 beskrevet med henvisning til figur 1. Hvert av kompresjonselementene 10a, 10b, 10c og 10d innbefatter en fast ytre flens 16a, 16b, 16c og 16d, så som beskrevet med henvisning til figur 1. Imidlertid er innerflensene til det midtre og nedre kompresjonselementet 10b, 10c og 10d forskjellig fra innerflensene som er beskrevet tidligere. De to innerflensene 14b og 14c til de midtre kompresjonselementene 10b og 10c er formet som ringer, slik at det er dannet en åpning i det indre av kolonnen 60 når ringene er koplet sammen. Innerflensen 14d til det nedre kompresjonselementet 10d er lukket, den har en større diameter enn innerflensen 14a til det øvre kompresjonselementet 10a, for å danne en bred basis som kolonnen 60 står på. Hvert kompresjonselement er forbundet til hverandre med et passende organ, så som ved sveising eller bolting av flensene sammen.

Selv om kompresjonselementene 10a, 10b, 10c og 10d er utformet med de tidligere nevnte parametrene, slik at stigerørsstrekksystemet 50 opprettholder en i det vesentlige konstant kraft på stigerørene 56 når stigerøret 56 slår, vil konstruksjonen av kolonnen 60 gi en ytterligere måte å utflate kraften som funksjon av bøyningskurven til kolonnen 60. Pneumatisk trykksetting av det indre rommet til en serie eller kolonne av kompresjonselementer 10, gjør kolonnen vanskeligere å komprimere, og modifiserer derved de dynamiske responsegenskapene til et strekksystem som anvender en slik trykksatt kolonne. Dette innfører en ytterligere parameter som kan innstilles for å oppnå den ønskede bøynings- og kraftkarakteristikker. Siden utformingen av de indre flensene 14b og 14c til de to midterste kompresjonselementene 10b og 10c, kan det indre kammeret dannet i kolonnen 60 trykksettes med en komprimerbar gass for ytterligere å endre eller fininstille fjæringsgraden til kolonnen 60. Fortrinnsvis føres gassen inn gjennom en åpning 66 som er fremstilt mellom innerflensene 14b og 14c når kolonnen 60 er konstruert. Åpningen 66 inneholder en ventil 67 for tilførsel og utslipp av gass. Når stigerørsstrekksystemet 50 blir installert på en plattform, kan trykket i kolonnene 60 reguleres for å gi et mer ideelt og skreddersydd stigerørsstrekksystem for dette spesielle tilfellet.

En alternativ utførelsesform av et stigerørsstrekksystem er vist i figurene 14 og 15, hvor systemet generelt er angitt ved et referansenummer 70. Lik stigerørsstrekksystemet 50 vist i figurene 12 og 13, innbefatter stigerørsstrekksystemet 70 et støttelegeme 52 med et nav 54 som er forbundet til et stigerør 56. Støttelegemet 52 innbefatter fire radielt utstrekkende armer 58, hvor enden av hver arm 58 er forbundet til toppen av en kolonne 72 av kompresjonselementer 10. Bunnen av hver kolonne 72 er forbundet til et koplingslegeme 62 til en flytende plattform. Når plattformen 62 beveges oppover, vil kolonnene 72 av kompresjonselementer 10 komprimeres og opprettholde en strekkraft på stigerøret 56.

Komnpresjonselementet 10 i hver kolonne 72 er fortrinnsvis satt under kompresjon ved forbelastning av hver kolonne 72. I systemets "ikke bøyd" tilstand, er kompresjonselementene 10 i hver kolonne 72 egentlig bøyd eller komprimert. Fortrinnsvis er kompresjonselementene 10 bøyd i den grad av aksiell forskyvning x som er nødvendig til å sette kompresjonselementene 10 inn i sin nedre ende av sitt foretrukne driftsområde,d et vil si området hvor de gir en i det vesentlige konstant aksial kraft under bøyningen.

For å forbelaste kolonnene 72, innbefatter stigerøret 56 et gjenget parti 74 som ender ved sin nedre ende ved en stoppflens 76. Navet 54 til støttelegemet 52 innbefatter et indre gjenget parti, slik at støttelegemet 52 kan skrus på det gjengede partiet 74 til stigerøret 56. Jo lenger ned det gjengede partiet 74 beveger støttelegemet 52, desto høyere forbelastning på kolonnene 72. Når den ønskede forbelastningen er nådd, blir en låsemutter 78 skrudd på det gjengede partiet 74 inntil den ligger tett an mot den øvre overflaten til navet 54. Låsemutteren 78 låser støttelegemet 52 i posisjon i forhold til det gjengede partiet 74 til stigerøret 56.

Det indre av en kolonne 72 er vist i tverrsnittet i figur 15. Kolonnen 72 er tilsvarende kolonnen 60 i figur 13, bortsett fra at den innbefatter åtte kompresjonselementer 10 i stedet for fire. Det bør legges merke til at den indre flensen 14A til det øvre kompresjonselementet 10A i kolonnen 72 er "stivt" koplet til bunnen av støttearmen 58. Koplingen mellom støttearmen 58 og plattformen 62 er selvfølgelig ikke stiv, på grunn av de fleksible kompresjonselementene 10.

I motsetning til stigerørstrekksystemet 70, er en litt forskjellig utførelsesform av et stigerørstrekksystem vist i figur 16, og generelt angitt med et referansenummer 80. Systemet 80 er tilsynelatende identisk med systemet 70, bortsett fra at systemet 80 anvender ti kompresjonselementer 10 i sine kolonner 82. På samme måte som systemet 70, er bunnen av hver kolonne 82 forbundet til et koplingslegeme 84 til en flytende plattform. Endene til hvert koplingslegeme 84 innbefatter imidlertid føringsruller 86 som glir langs stigerøret 56 når plattformen beveges aksialt i forhold til stigerøret 56. Fortrinnsvis har hver føringsrull 86 en buet ytre periferi, slik at den i det vesentlige tilsvarer krumningen til stigerøret 56. Føringsrullene 86 holder stigerøret 56 i en i det vesentlige parallelt forhold med hver kolonne 82. Ved å forhindre at stigerøret 56 blir skjevt i forhold til kolonnen 82, utsettes kolonnene 82 for mindre påkjenninger fordi plattformen, ikke kolonnene 82, absorberer ikke-aksiale belastninger forårsaket av drift av plattformen med hensyn til stigerøret.

For ytterligere å minimalisere ikke-aksiell påkjenning på kolonnene 82, kan hver kolonne 82 være forbundet til sin støttearm 58 med et fleksibelt ledd 88, som vist i figur 17. Det fleksible leddet 88 opererer omtrent på samme måte som et kuleledd. Det fleksible leddet 88 innbefatter en sokkel 90 som er forbundet til den indre flensen 14A til det øvre kompresjonselementet 10 i hver kolonne 82. Elastomert materiale 92 er plassert i sokkelen 90 og forbinder en kule 94 til sokkelen 90. Kulen 94 har en oppover utstrekkende koplingsdel 96 som er koplet til bunnen av sin respektive støttearm 58. Dersom stigerøret 56 dreies eller blir skjevt i forhold til en kolonne 82, vil den derfor dreie delvis om det fleksible leddet 88 for å redusere påkjenninger på kompresjonselementene 10 i kolonnen 82.

En kolonne av kompresjonselementer 10, tilsvarende kolonnene vist i figurene 12 - 17, kan også anvendes alene i et stigerørstrekksystem. Figurene 18 og 19 viser et stigerør-strekksystem som anvender en enkelt kolonne 102 av kompresjonselementer 10. Systemet 100 kan anses som en hybrid av enkeltelementsystemet vist i figur 3 og systemene 50, 70 og 80, fordi systemet 100 anvender en kolonne av kompresjonselementer 10 som er konsentrisk anbragt om stigerøret.

Kompresjonselementene 10, som utgjør kolonnen 100, er noe forskjellige fra kompresjonselementene vist i de tidligere figurene. Som vist i figur 19, innbefatter hvert kompresjonselement 10 et fast konisk bøybart legeme 12 med forsterkende skiver 24. Hver av kompresjonselementene 10 innbefatter en fast ytre flens 16, så som beskrevet med henvisning til figur 1. Det bør imidlertid legges merke til at den indre flensen 14 til hvert kompresjonselement 10 i kolonnen 100 er en ringformet ring, i stedet for en sirkulær fast. Den indre diameteren til hver flens 14 er fortrinnsvis større enn den ytre diameteren til det største stigerøret som kompresjonselementene 10 kan koples til. Når systemet 100 er sammensatt og koplet til stigerøret 56, koples en ringformet innsats 104 til hver innerflens 14. Denne konstruksjonen gjør det mulig å fremstille en rekke forskjellige størrelser av åpninger i de ringformede innsatsene 104, i stedet for størrelser av flenser 14 og 16 til kompresjonselementene 10. Hver innsats har en åpning som er større enn den ytre diameteren til stigerøret 56, slik at hvert kompresjonselement 10 vil gli aksielt langs stigerøret 56 når stigerøret slår. Størrelsen på åpningen er fortrinnsvis kun litt større for å forhindre at kolonnen 102 skråstilles når stigerøret slår.

For ytterligere å redusere skråstillingen, innbefatter systemet 100 en plattform 62 som har i det minste to koplingslegemer 84 med føringsruller 86, så som beskrevet med henvisning til figurene 16 og 17. Koplingslegemene 84 og rullene 86 er fortrinnsvis i kontakt med stigerøret 56 under plattformen 62 for å holde kolonnen 102 i et aksialt forhold med stigerøret 56. Føringsmekanismen kan imidlertid også være anbragt inne i kolonnen eller over denne.

På samme måte som ved systemene 70 og 80 diskutert tidligere, innbefatter systemet 100 et system for forbelastning av kompresjonselementene 10 i kolonnen 102. Den indre flensen 14 til det øvre kompresjonselementet 10A er koplet til en indre gjenget flens 106 med bolter 108. Flensen 106 er skrudd på det gjengede partiet 74 til stigerøret 56. Jo lenger ned det gjengede partiet 74 beveger flensen 106 nedover, desto høyere forbelastning på kolonnen 102. Når den ønskede forbelastningen er nådd, skrus en låsemutter 78 på det gjengede partiet 74, inntil den ligger tett an mot den øvre overflaten til flensen 106. Låsemutteren 78 låser flensen 106 i posisjon i forhold til det gjengede partiet 74 til stigerøret 56. Det bør også legges merke til at den ringformede innsatsen 104 til det andre kompresjonselementet 10B, er anbragt over stoppflensen 76. Stoppflensen 76 begrenser graden av forbelastning som kan påføres kolonnen 102, fordi med en gang innsatsen 104 kommer i kontakt med stoppflensen 76, vil ikke forbelastningen på de nedre kompresjonselementene 10C, 10D, 10E og 10F øke. Stoppflensen 76 begrenser også bøyningsområdet til i det minste kompresjonselementene 10B og 10C. Stoppflensen 76 kan også være anbragt et annet sted i kolonnen 102, alt etter hva forholdene krever, eller det kan helt utelates fra systemet 102.

Selv om systemene beskrevet over har anvendt kompresjonselementer som er koplet sammen ved å sveise eller bolte deres flenser sammen, kan for eksempel kompresjonselementene være koplet sammen på andre måter, for å danne en kolonne av kompresjonselementer. Figurene 20 og 22 viser henholdsvis stigerørsstrekksystemer 110 og 130 som anvender kolonner 112 av kompresjonselementer 10, som er dannet ved å plassere et mangfold kompresjonselementer 10 i en avstiverlignende omhylning 114. Som vist i figur 21, etterat det ønskede antall kompresjonselementer 10 er plassert i omhylningen 114 og hvert kompresjonselement ligger mot et annet, festes et stempel 116 i omhylningen 114 med et låselegeme 118. Låselegemet 118 skrus fortrinnsvis inn i omhylningen 114 for å forbelaste kompresjonselementene 10, eller låselegemet 118 kan ha form av en sneppring og sneppes inn i et av et mangfold langsgående slisser i omhylningen 114. Det bør også legges merke til at systemet 110 innbefatter et organ for forbelastning av kompresjonselementene 10 som kan anvendes alene eller i forbindelse med låseringen 118 for å forbelaste kompresjonselementene 10.

Stempelet 116 innbefatter fortrinnsvis et stort sirkulært parti 120 som passer inn i omhylningen 114 for å presse kompresjonselementene 10 aksialt. Et stangparti 122 forbinder det store sirkulære partiet 120 med et endestykke 124 som fortrinnsvis er utformet for dreibart å forbinde stemplet 116 med stigerøret eller til plattformen. Den motsatte enden av omhylningen 114 innbefatter fortrinnsvis også et koplingslegeme 126 som er utformet for dreibar kopling av omhylningen 114 til stigerøret eller plattformen. I tillegg kan omhylningen 114 trykksettes for å endre karakteristikken til kompresjonselementene som diskutert tidligere.

Som vist i figurene 20 og 21, er kolonnen 112 forbundet mellom stigerøret 56 og

plattformen 62, slik at relativ bevegelse mellom stigerøret 56 og plattformen 62 medfører at stemplet 116 beveges mot koplingslegemet 126 og derved komprimerer kompresjonselementene 10 i omhylningen 114. Koplingslegemet 126 til omhylningen 114 er dreibart koplet til stigerøret 56 via et nav 128 med et mangfold radialt utstrekkende dreibare koplingslegemer 109 og endestykke 104 til hvert stempel 116 er dreibart koplet til toppen av plattformen 62.

Selv om systemet 110 anvender kolonner 112 som komprimerer kompresjonselementene 10 når stemplet 116 beveges aksielt inn i omhylningen 114, kan kolonnene 112 være utformet slik at kompresjonselementene 10 komprimeres når stempelet 116 beveges aksielt ut av omhylningen 114. Som vist i figur 23, innbefatter stemplet 116 en langstrakt stang 122, slik at det større sirkulære partiet 120 til stemplet 116 kan plasseres ved den motsatte enden av omhylningen 114 nær koplingslegemet 126. Den indre flensen 14 til hvert kompresjonselement 10 er ringformet, slik at kompresjonselementene 10 kan anbringes i omhylningen ved å gli dem over stangen 122. Etterat kompresjonselementene 10 er plassert i omhylningen, blir låselegemet 118 koplet til omhylningen 114 for å holde kompresjonselementene.

Med denne utførelsesformen, vil aksiell bevegelse av stemplet 116 ut av omhylningen 114, komprimere kompresjonselementene 10. En kolonne 112 av denne typen kan anvendes i stigerørstrekksystem, så som systemet 130. Endestykket 124 til hvert stempel 116 er dreibart koplet til stigerøret 56 via et nav 128 med et mangfold radielt utstrekkende dreibare koplingslegemer 129, og koplingslegemet 126 til hver omhylning 114 er dreibart koplet til bunnen av plattformen 62. Kolonnene 112 er fortrinnsvis forbelastet for å sette kompresjonselementene 10 i en innledende kompresjonstilstand. Deretter, når stigerøret 56 begynner å slå og beveges aksielt bort fra plattformen 62, vil kompresjonselementene 10 i hver kolonne komprimeres ytterligere for å opprettholde en aksiell oppoverrettet kraft på stigerøret 56.

Systemene 110 og 130 medfører en ytterligere variabel til problemet med å utforme et stigerørstrekksystem som opprettholder en i det vesentlige konstant oppoverrettet kraft på stigerøret når dette slår. I motsetning til tidligere beskrevne systemer, er kolonnene til systemene 110 og 130 ikke anbragt parallelt med lengdeaksen til stigerøret. Vinkelen hvorved kolonnene 112 er koplet til stigerøret og den måten som vinkelen endres på når stigerøret slår, må tas i betraktning ved bestemmelse av systemenes 110 og 130 aksielle kraftkarakteristikker. Med andre ord, må det utføres en vektoranalyse for systemene 110 og 130 for å sikre at de vertikale komponentene til kraftvektorene til kolonnene 112 forblir i det vesentlige konstante når stigerøret slår.

Som det fremgår av beskrivelsen over av de illustrative utførelseseksemplene, gir kompresjonselementene 10 betydelige fordeler fremfor tidligere systemer. En fagmann innen området vil uten tvil være istand til å anvende denne læren og ytterligere forbedre teknikkens stand.

Claims

1. i Kompresjonselement (10) som er bøyelig langs en lengdeakse (13), og som innbefatter: en indre flens (14) med et buet ytre koplingsparti; en ytre flens (16) med et buet indre koplingsparti; et bøyelig legeme (12) med en aksiell fjæringsgrad som varierer innen et gitt område, hvilket bøyelige legeme (12) forbinder den indre flensen (14) til den ytre flensen (16) med en aksiell innbyrdes avstand, hvilket bøyelig legeme (12) har en første buet ende forbundet til det ytre koplingspartiet til den indre flensen (14) og har en andre buet ende forbundet til det indre koplingspartiet til den ytre flensen (16); og i det minste en buet forsterkning (24) anbragt i det bøyelige legemet (12), karakterisert ved at det buede ytre koplingspartiet, det buede indre koplingspartiet og den minst ene buede forsterkningen (24) deler to felles fokalpunkter (25), i det vesentlige diametralt forskjøvet fra lengdeaksen (13) i et midtre langsgående tverrsnitt og hvor relativ aksiell bevegelse av den indre flensen (14) mot den ytre flensen (16) komprimerer det bøyelige legemet (12) og reduserer den aksielle fjæringsgraden til det bøyelige legemet (12).

2. Kompresjonselement (10) i henhold til krav 1, karakterisert ved at det bøyelige legemet (12) er utformet som en hul, avkortet kjegle med en gitt konisk vinkel, en avkortet ende og en bunnende, hvilken avkortede ende er forbundet til det ytre koplingspartiet til den indre flensen (14) og bunnenden er forbundet til det indre koplingspartiet til den ytre flensen (16), hvor relativ aksiell bevegelse av den indre flensen (14) mot den ytre flensen (16) komprimerer det bøyelige legemet og reduserer konusvinkelen og derved reduserer den gitte aksielle fjæringsgraden til det bøyelige legemet (12).

3. Kompresjonselement (10) i henhold til krav 2, karakterisert ved at konusen til det bøyelige legemet (12) har et mangfold slisser som strekker seg radielt utover fra et midtre nav.

4. Stigerørstrekksystem for å påføre en strekkraft til et stigerør, slik at en flytende plattform kan beveges innen et gitt område langs en lengdeakse til stigerøret, innbefattende : et kompresjonselement (10) som er bøyelig langs en lengdeakse (13), hvilket kompresjonselement har: en indre flens (14) med et buet ytre koplingsparti; en ytre flens (16) med et buet indre koplingsparti; et bøyelig legeme (12) med en aksiell fjæringsgrad som varierer innen et gitt område, hvilket bøyelig legeme (12) forbinder den indre flensen (14) til den ytre flensen (16) i en aksiell innbyrdes avstand, hvilket bøyelig legeme (12) har en første buet ende forbundet til det ytre koplingspartiet til den indre flensen (14), og har en andre buet ende forbundet til det indre koplingspartiet til den ytre flensen (16); og minst en buet forsterkning (24) anbragt i det bøyelige legemet (12), karakterisert ved at det buede ytre koplingspartiet, det buede indre koplingspartiet og den minst ene buede forsterkningen (24) deler to felles fokalpunkter (25), i det vesentlige diametralt forskjøvet fra lengdeaksen (13) i et midtre langsgående tverrsnitt; hvilken indre flens er forbundet til stigerøret (56), hvilken ytre flens (16) er forbundet til plattformen (62) , hvor relativ aksiell bevegelse av den indre flensen (14) mot den ytre flensen (16) komprimerer det bøyelige legemet (12) og reduserer den aksielle fjæringsgraden til det bøyelige legemet (12), slik at strekkraften på stigerøret (56) forblir i det vesentlige konstant over hele området.

5. System i henhold til krav 4, karakterisert ved at det bøyelige legemet (12) er utformet som en hul, avkortet kjegle med en gitt konusvinkel, en avkortet ende og en bunnende, hvilken avkortede ende er forbundet til det ytre koplingspartiet til den indre flensen (14) og bunnenden er forbundet med det indre koplingspartiet til den ytre flensen (16), hvor relativ aksiell bevegelse av den indre flensen (14) mot den ytre flensen (16) komprimerer det bøyelige legemet (12) og øker konusvinkelen og derved reduserer den gitte aksielle fjæringsgraden til den bøyelige legemet (12).

6. System i henhold til krav 5, karakterisert ved at konusen til det bøyelige legemet (12) har et mangfold slisser som strekker seg radielt utover fra et midtre nav (54).

7. Stigerørstrekksystem for påføring av en strekkraft til et stigerør, slik at en flytende plattform kan beveges innen et gitt område langs en lengdeakse til stigerøret, innbefattende: en kolonneformet stabel (72) av kompresjonselementer (10) med et øvre kompresjonselement og et nedre kompresjonselement, hvilken stabel (72) av kompresjonselementer (10) er bøyelig i respons til en viss relativ bevegelse mellom stigerøret (56) og plattformen (62) langs lengdeaksen, hvor hvert kompresjonselement (10) har: en indre flens (14) med et buet ytre koplingsparti; en ytre flens (16) med et buet indre koplingsparti; et bøyelig legeme (12) med en aksiell fjæringsgrad som varierer innen et gitt område, hvilket bøyelig legeme (12) forbinder den indre flensen (14) med den ytre flensen (16) i en aksiell innbyrdes avstand, hvilket bøyelig legeme (12) har en første buet ende forbundet til det ytre koplingspartiet til den indre flensen (14) og har en andre buet ende forbundet til det indre koplingspartiet i den ytre flensen (16); og minst en buet forsterkning (24) anbragt i det bøyelige legemet (12), karakterisert ved at det buede ytre koplingspartiet, det buede indre koplingspartiet og den minst ene buede forsterkningen (24) deler to felles fokalpunkter (25), i det vesentlige diametralt forskjøvet fra lengdeaksen (13) i et midtre langsgående tverrsnitt; hvilket øvre kompresjonselement (10) er forbundet til stigerøret (56) og det nedre kompresjonselementet (10) er forbundet til plattformen (62), hvor relativ aksiell bevegelse av de indre flensene (14) til kompresjonselementene (10) i stabelen (60) mot de respektive ytre flensene til kompresjonselementene (10) i stabelen (72) komprimerer de bøyelige legemene (12) til kompresjonselementene (10) i stabelen og reduserer den aksielle fjæringsgraden til hvert av de bøyelige legemene (12), slik at strekkraften på stigerøret (56) forblir i det vesentlige konstant over hele området.

8. System i henhold til krav 7, karakterisert ved at minst et av de bøyelige legemene (12) er utformet som en hul, avkortet kjegle med en gitt konusvinkel, en avkortet ende og en bunnende, hvilken avkortede ende er buet og komplementært forbundet til det buede ytre partiet til den indre flensen (14) og bunnenden er buet og komplementært forbudnet til det buede indre koplingspartiet til den ytre flensen (16), hvor relativ aksiell bevegelse av den indre flensen (14) mot den ytre flensen (16) komprimerer det minst ene bøyelige legemet (12) og øker konusvinkelen og derved redusere den gitte aksielle fjæringsgraden til det minst ene bøyelige legemet (12).

9. System i henhold til krav 8, karakterisert ved at konusen til det bøyelige legemet (12) har et mangfold slisser soms trekker seg radielt utover fra et midtre nav (54).

10. System i henhold til krav 7, karakterisert ved at det ytterligere innbefatter; en forbelastningsanordning forbundet med den kolonneformede stabelen (60) av kompresjonselementer (10) som definerer et indre rom og videre innbefatter et innløp for tilførsel av komprimerbar gass i det indre rommet, hvilken komprimerbare gass endrer fjæringsgraden til den kolonneformede stabelen (60) av kompresjonselementer (10).

11. System i henhold til krav 7, karakterisert ved at den kolonneformede stabelen (72) av kompresjonselementer (10) definerer et indre rom, og ytterligere innbefatter et innløp for å innføre komprimerbar gass til det indre rommet, idet den komprimerbare gassen endrer fjæringsgraden til den kolonneformede stabelen (72) av kompresjonselementer (10).

12. Stigerørstrekksystem for påføring av en strekkraft til et stigerør (56), slik at en plattform (62) kan beveges innen et gitt område langs en lengdeakse til stigerøret (56), innbefattende: et støttelegeme (52) forbundet med stigerøret (56) og med et parti som strekker seg radielt utover fra stigerøret (56); og et mangfold kolonner (60) koplet til det radielt utstrekkende partiet til støttelegemet (52) og med en nedre ende koplet til plattformen (62), hvor hver kolonne er bøyelig i respons til viss relativ bevegelse mellom stigerøret (56) og plattformen (62) langs lengdeaksen, hvor hver kolonne (60) innbefatter kompresjonselementer (10) med: en indre flens (14) med et buet ytre koplingsparti; en ytre flens (16) med et buet indre koplingsparti; et bøyelig legeme (12) med en aksiell fjæringsgrad som varierer innen et gitt område, hvilket bøyelig legeme (12) forbinder den indre flensen (14) med den ytre flensen (16) i en aksiell innbyrdes avstand, hvilket bøyelig legeme (12) har en første buet ende forbundet til det ytre koplingspartiet til den indre flensen (14) og har en andre buet ende forbundet til det indre koplingspartiet til den ytre flensen (16); og minst en buet forsterkning (24) anbragt i det bøyelige legemet (12), karakterisert ved at det buede ytre koplingspartiet, det buede indre koplingspartiet og den minst ene buede forsterkningen (24) deler to felles fokalpunkter (25), i det vesentlige diametralt forskjøvet fra lengdeaksen (13) i et midtre langsgående tverrsnitt; hvor relativ bevegelse av plattformen (62) mot støttelegemet (52) langs lengdeaksen til stigerøret (56) gir en relativ aksiell bevegelse av hver av de indre flensene (14) mot hver av de ytre flensene (16) i hvert av kompresjonselementene (10) i hver av kolonnene (60) som komprimerer hvert av de bøyelige legemene (12) og reduserer den aktuelle fjæringsgraden til hvert av de bøyelige legemene (12), slik at strekkraften på stigerøret (56) forblir i det vesentlige konstant over hele området.

13. System i henhold til krav 12, karakterisert ved at minst et av de bøyelige legemene (12) er utformet som en hul, avkortet kjegle med en gitt konusvinkel, en avkortet ende og en bunnende, hvilken avkortede ende er buet og komplementært forbundet til det buede ytre partiet til den indre flensen (14) og bunnenden er buet og komplementært forbudnet til det buede indre koplingspartiet til den ytre flensen (16), hvor relativ aksiell bevegelse av den indre flensen (14) mot den ytre flensen (16) komprimerer det minst ene bøyelige legemet (12) og øker konusvinkelen, og derved reduserer den gitte aksielle fjæringsgraden til det minst ene bøyelige legemet (12).

14. System i henhold til krav 13, karakterisert ved at konusen til det minst ene bøyelige legemet (12) har et mangfold slisser som strekker seg radielt utover fra et midtre nav (54).

15. System i henhold til krav 12, karakterisert ved at det ytterligere innbefatter: en forbelastningsanordning forbundet til støttelegemet (52) for kompresjons av kolonnene av kompresjonselementene (10) og sette kolonnene av kompresjonselementer (10) innen et gitt bøyeområde.

16. System i henhold til krav 12, karakterisert ved at hvert av mangfoldet kolonner av kompresjonselementer definerer et indre rom og innbefatter videre et innløp for tilførsel av komprimerbar gass i det indre rommet, hvilken komprimerbar gass endrer fjæringsgraden til respektive kolonne av kompresjonselementer (10).