NO326914B1 - Dreietarn for bore- eller produksjonsskip - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører dreietåm for fartøy så som bore- eller produksjonsfartøy for utvinning av olje til havs, hvilket dreietårn er roterbart anordnet i en gjennomgående åpning eller brønn i fartøyets skrog og omfatter bærearmer som er forsynte med aksielt og radielt anordnete lagerelementer som virker mot motsvarende lagerelementer på fartøyet.

Dreietårn av ovennevnte type har vanligvis montert lagerelementer med fjæringsanordninger for å sikre en jevn fordeling av lagerkreftene. Fjæringsanordningene har til dels stor fjæringsvei bl.a. for å oppta tøyninger i fartøyet og er ofte utstyrt med ledd for å håndtere vinkeldeformasjoner og lastutjevning. For å oppnå best mulig kontroll med fjæringskrefter og deformasjoner i lager, fartøy og dreietårn, benyttes ofte kompliserte mekaniske eller hydrauliske løsninger. En hydraulisk løsning er vist EP patentsøknad nr. 0.207.915. Den omfatter et øvre radiallager, et aksiallager samt et nedre radiallager. Hvert av disse lagrene består av et stort antall hydrauliske stempel-/sylinderanordninger som er montert til hvert sitt lagerelement.

Det er en vesentlig ulempe med disse løsningene at de er kompliserte og derfor dyre å bygge og vedlikeholde. Videre er det en ulempe at lagerflatene er utsatt for slitasje som følge av relativbevegelser og byggeawik som skyldes fjæring-/hjularrangement og bevegelser i fartøyet. Når det gjelder hjularrangementet, må det på grunn av de store relativbevegelsene benyttes bombede hjul. Slike bomberte hjul har begrenset bærekapasitet, og for store og tunge dreielagerkonstruksjoner må det derfor benyttes glidelagre, eller en kombinasjon av hjul- og glidelager.

Det er imidlertid en ulempe med glidelagre at det kreves stort dreiemaskineri og det må tas spesielle og kostbare forhåndsregler for å beskytte lagrene mot det korrosive miljøet som finnes ombord i fartøy til havs.

I norsk patentsøknad nr. 875111 er det vist et lagersystem for dreietårn der lagerslitasjen i radiallageret søkes eliminert ved å benytte en strukturell fjæring. Denne strukturelle fjæringen har imidlertid en begrenset uavhengig fjæring, spesielt ved store, tunge dreietårn, som er nødvendig for å beholde en tilfredsstillende lastfordeling uten å benytte spesielle mekaniske eller hydrauliske fjærer i forbindelse med aksiallagerelementene. Slitasjen i radiallagerflatene er således heller ikke helt eliminert når det gjelder denne løsning.

For dreietårnet i henhold til sistnevnte norske patentsøknad benyttes for øvrig individuell, mekanisk fjæring i radiallageret og en slik fjæring er som tidligere påpekt kostbar å bygge og vedlikeholde og vil forårsake slitasje i aksiallageret.

Det har vært et formål med foreliggende oppfinnelse å fremskaffe et dreietårn for fartøy hvor slitasjen i aksial- og radiallageret for dreietårn er så godt som fullstendig eliminert, men som likevel er vesentlig rimeligere å bygge og vedlikeholde enn de kjente løsninger. Videre har det vært et formål å fremskaffe en lagerløsning for et slikt dreietårn hvor fartøyinduserte påkjenninger og tøyninger ikke påfører lageret og dreietårnet uønskede reaksjonskrefter. Videre har det vært et formål å redusere forskyvningene i dreietårnet som følge av de ytre krefter som virker på dette. Ytterligere har det vært et formål å fremskaffe en dreietårnløsning hvor ujevnheter i lagerbanene etc. tas opp av dreietårnets bærestruktur og/eller i selve lagerbanene. Sist, men ikke mindre viktig, har det vært et formål å fremskaffe en dreietårnløsning som kan anvendes på store, tunge dreietårn som utsettes for store krefter.

I henhold til oppfinnelsen er det kommet frem til en løsning som er karakterisert ved de trekk som fremgår av det selvstendige krav 1.

De uselvstendige kravene 2-9 angir fordelaktige utførelsesformer av oppfinnelsen.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere under henvisning til tegningene hvor:

Fig. 1 viser et lengdesnitt av et dreietårn i henhold til

oppfinnelsen anordnet i et fartøy.

Fig. 2. viser i perspektiv et gjennomskåret snitt av substrukturen

for dreietårnet vist i fig. 1.

Fig. 3 viser i større målestokk et tverrsnitt av selve lageranordningen

for dreietårnet.

Fig. 4 viser samme lageranordning sett ovenfra.

Fig. 5 viser i prinsipp et ballastsystem for dreietårnet.

Dreietårnet vist i fig. 1 er opplagret i en gjennomgående åpning eller brønn 3 i fartøyets skrog 2. Den nedre delen 4 av dreietårnet, bærestrukturen, består av en i hovedsak sylinderformet struktur, mens den øvre delen 1 av dreietårnet, manifoldkammeret, består av sirkulære dekk 5 som gir plass til rørsystemer og utstyr. Stigerør 9 for olje og gass ledes gjennom lederør 19 opp til et strupe- og manifoldsystem (ikke vist). En dreibar rørkobling 20 med et sett rør 21 forbinder produksjonsstrømmen av olje og gass fra dreietårnet til fartøyets prosessutstyr via en rammekonstruksjon 22.

Fartøyet kan være dynamisk posisjonert eller oppankret via ankerliner forbundet med dreietårnet. I det her viste eksempel er ankerlinene 8 ført via løpehjul 11 på utsiden av dreietårnet og er festet til stoppere 12 som er montert øverst i dreietårnet. Ankerlineløftere 13 montert på dekket eller vinsjer (ikke vist) montert på dreietårnet, brukes for å stramme opp ankerlinene over ledehjul 10. Alternativt kan det være montert kjettingstoppere i stedet for ledehjul 11 ved den nedre del av dreietårnet. Ledehjulene/kjettingstopperne 11 bør fortrinnsvis være montert høyt (i forhold til fartøyets bunnlinje) for å redusere veltemomentet på grunn av linestrekket og for å forenkle dokking av fartøyet.

Dreietårnets lagre 28,30 er anordnet i en utvidet øvre del 41 av brønnen 3 i fartøyet ved fartøyets nøytralakse i lengderetningen (i forhold til bøyning i fartøyets lengderetning). Ved å anordne lagrene hovedsakelig i nivå med fartøyets nøytralakse reduseres skrogindusert bevegelse i lagrets flater. Videre reduseres velteeffekten, dvs. avstanden mellom lagrene 28,30 og ledehjulene 11, blir kortest mulig.

Dreietårnet kan dreies ved hjelp av kabelløfterne 13 via drivkjeder (ikke nærmere vist) anordnet langs omkretsen av dreietårnet, eller det kan benyttes en separat anordnet dreieanordning omfattende et ved hjelp av en motor 23 drevet tannhjul 24 som står inngrep med en tannkrans 6 på dreietårnet.

Den nedre delen av dreietårnet består av en solid ringformet boksbærer 35. Denne danner fundament for ankerlinenes ledehjul 11. Ringbæreren har et kammer 34 som fordelaktig kan være inndelt i separate tanker med radielle skott. Ved hjelp av et ballasteringssystem (se senere avsnitt) kan disse tankene fylles eller tømmes etter ønske (avhengig av strekket i ankerlinene) for å redusere veltemomentet for dreietårnet.

Fig. 2 viser bærestrukturen 4 for dreietårnet. Den omfatter vertikale bærere 16, radielle armer 15, en i hovedsak sylinderformet søyle 36, den ringformete boksbæferen 35, samt en topplate 32. De radielle armene 15 er festet til de vertikale bærerne 16, og bærerne 16 er i sin tur forbundet med den ringformete strukturen 35. I fig. 2 er de vertikale bærerne av T-bærer typen, men de kan fordelaktig være av H-bærer, boksbærer eller en annen hensiktsmessig type.

Platestrukturen 36 mellom de vertikale bærerne 16 er i hovedsak skjærstiv i vertikalplanet, men fordelaktig myk i radiell retning.

Topplaten 32 er skjærstiv og kan være forsterket med en flensring 29 eller lignende for å oppnå tilstrekkelig radiell stivhet. Den er ellers i hovedsak stiv i horisontalplanet, men hensiktsmessig fleksibel i lateralplanet. Platen er for øvrig forsynt med åpninger 33 for stigerørenes lederør 19 (se fig. 1).

Som nevnt ovenfor, er hver av de radielle armene 15 festet i en vertikal bærer 16. Under momentbelastning fra armen vil det oppstå en rotasjon ved armens innfesting og den vertikale bæreren vil deflektere uten å påvirke de tilgrensende bærerne. Dette er mulig fordi strukturen (plate/stivere) i mellom vertikalbærerne har ubetydelig stivhet mot deformasjoner i dreietårnets radielle retning.

Med den ovenfor angitte bærestruktur for dreietårnet oppnås en uavhengig, strukturell fjæring for hver av armene som er nødvendig for å oppta ujevnheter i lagerbanen. Med strukturell fjæring vil det ellers fordelaktig kunne anvendes hjul i radiallageret, idet vesentlige tverrbevegelser for lagerelementet unngås ved store belastninger. Anvendelse av hjul i aksiallageret (også radiallageret) reduserer for øvrig dreiemomentet ved dreining av dreietårnet.

Den foreslåtte bærestrukturen representerer således et andre viktig trekk for oppfinnelsen idet den er vesentlig rimeligere enn de kjente løsninger som, som nevnt i det foranstående, benytter hydrauliske eller mekaniske fjærer for å oppta de samme ujevnheter. Det skal i denne forbindelse bemerkes at det i norsk patentsøknad nr. 875111 benyttes et dreietårn med radielle armer, men armene er her forbundet med en torsjonsboks. Denne torsjonsboksen gir mykhet mot aksielle belastninger som virker på hele dreietårnet siden alle armene er festet til en felles boksstruktur. Men den bidrar lite til en uavhengig avfjæring som er nødvendig for å oppta ujevnheter i lagerbanen.

Fig. 3 og 4 viser i større målestokk lagerarrangementet for dreietårnet. Som tidligere nevnt er lagerarrangementet i hovedsak anordnet med fartøyets nøytralakse for å redusere skroginduserte bevegelser og belastninger i lagrene.

Lagerarrangementet omfatter et radialhjullager 28 og et aksiallager 31. For aksiallageret benyttes hjulboggier som er festet til hver av dreietårnets armer 15. Hjulparene 41 er festet til hver sin ende av en tangentialbjelke 42. Disse bjelkene 42 er forsynte med en bred underflens eller skjærplate 43 som er stiv mot radielle laster fra radialarmen 15. Tangentialbjelkene er bygget for i hovedsak å være stive mot laster i aksiell retning, men ledige mot rotasjon i forhold til radialarmen 15. Dette sikrer at tangentialbjelkene er stive mot radielle og aksielle deformasjoner, men som likevel gir mulighet for lastutjevning mellom de fire hjulene 45 i boggien. Det er viktig at bjelken 42 har tilstrekkelig mykhet til å tåle nedbøyninger i armen 15 uten at dette fremkaller for store reaksjonslaster i hjulene 45. Armene kan alternativt bygges med en viss forspenningsvinkel som er motsatt nedbøyningen når dreietårnet utsettes for maksimale belastninger, med den hensikt at hjullastene blir mest mulig jevne under ekstreme belastninger i dreietårnet.

Hjulene 45 er montert i et skjærstivt oppheng 46, slik at hjulene oppfører seg stivt i forhold til hverandre. Hjulene 45 kan derfor fordelaktig utføres med sylindrisk overflate. Fortrinnsvis kan det benyttes glidelager i navet for hjulene for å oppnå passe motstand mot rulling og som samtidig tillater at hjulene glir aksielt langs sin akse for å ta opp relative, radielle deformasjoner mellom radiallageret og aksiallageret, samt for å oppta byggeawik mellom radiallagerets og skinnenes posisjon.

Anvendelse av hjul med plane flater har den fordel fremfor bomberte hjul at de har vesentlig større bærekapasitet.

Boggien 40 for aksiallageret ruller på et dobbelt skinnesystem 44 og skinnene hviler i sin tur på et pidestallignende fundament bestående av to sylindriske søyler 30, samt en torsjonsboks 47. Mellom boksen 47, søylen 30 med nødvendig avstivning og dekket 48 er det ingen struktur for at de to skallene (søylene) fritt skal kunne deformeres i radiell retning. Den øvre torsjonsboksen kan også betraktes som en øvre stiv ring som i radialplanet sørger for at lagerbanene lokalt beholder formen, mens søylene opptar de globale relative forskyvninger mellom lagerbanene og understøttelsen i dekket. Henvisningsbetegnelsen 37 viser åpninger i platestrukturen 36 som er innrettet for gjennomlufting.

Søylene er stivt understøttet i fartøyets struktur, henholdsvis brønnen 3 og en understøttelse i fartøyets dekk, slik at den aksielle posisjonen av de to skinnene i prinsippet forblir i samme elevasjon under belastninger og tøyninger i fartøyets skrog.

Det er således en vesentlig fordel med foreliggende fundamentløsning at de radielle tøyningene i fartøyets skrog blir filtrert ut ved hjelp av det fleksible mellomstykket (søylene 30) mellom skipets dekk 48 og lagerbanene 44. Dette reduserer i vesentlig grad slitasjen i lagerets flater sammenlignet med de kjente løsninger. For å redusere slitasjen ytterligere og eventuelt øke boggienes fjæring i forhold til armen, kan det mellom boggiene 40 og armene 15 eventuelt være anordnet mellomlegg av gummi 26. Slike mellomlegg vil også eliminere glidebevegelser i lagrene for hjulene i boggiene 40 og vil bidra til lastutjevning for hjulene 45 i disse.

Radiallageret omfatter hjul 49 montert tett inntil hverandre i en. krans 50 som er forbundet med radialarmene 15. Hjulene 49 løper mot en radiallagerskinne 51 som er anordnet på et sylindrisk bånd 52. Båndet 52 og skinnen 51 har en vesentlig tangentiell strekkstyrke, men har lokal fleksibilitet mot mindre avvik i oppretting av skinnen 51 og hjulenes innbyrdes radielle posisjon.

Når det gjelder den radielle posisjonen til hjulene, kan denne sikres ved hjelp av en kileanordning 27 som beveger hjulene inn eller ut i forhold til kransen 50, eller det kan benyttes en form for kamakselarrangement.

Det øvre båndet består her av et søyleskall som strekker seg fra underkant av skinnen til et stykke opp forbi denne. Denne bredden er bestemt av den nødvendige tangentielle styrken og radielle fleksibilitet i skinnen. Båndet kan forsterkes med ekstra ringstivere 53 som er plassert i en viss avstand fra skinnen. Fundamentet for det her viste radiallager består av en søyle som er en forlengelse av båndet 52 ned til dekket 48. Det er fordelaktig fremstilt av en tynn skallplate 54.

Radiallasten fra de tett monterte radialhjulene blir overført til skinnen/båndet som tangentialkrefter rundt lagerbåndet. Strekket i båndet blir overført til skipets dekk i området fra 45 til 135 grader i forhold til lasteretningen via den nedre delen 54. Den radielle forskyvningen av dreietårnet er derfor begrenset.

Hjulene er montert i en stiv krans på dreietårnet, mens lagerbåndet skal være fleksibelt nok til å kompensere for feil i skinne og hjul. Det er nødvendig at hjulene er så tett montert at det ikke medfører for store bøyeeffekter i skinne/båndtverrsnittet.

Fordelen med en slik radiallagerløsning som her er beskrevet, er at båndet har strukturell fjæring nok til å kompensere for lokale toleranser (ujevnheter) i skinne og hjulmontering. Ovaliseringen av dekket rundt brønnen absorberes i fundamentet 54 og/eller ved hjelp av en viss klaring mellom skinne og hjul, slik at radiallageret blir maksimalt belastet ved fartøyets tøyninger i sjøgang.

Båndet 52 og fundamentet 54 er også i prinsippet så mykt mot radielle deformasjoner at globale ovaliseringer (feil) i dreietårnet ikke i vesentlig grad påvirker lagerreaksjonskreftene.

Båndet 52 og fundamentet 54 kan alternativt være forbundet med hverandre ved hjelp av en kobling 55. Hensikten med en slik kobling er å gi en begrenset tilleggsfleksibilitet for søylen i forhold til dekket, hvorved radielle deformasjoner av brønnen 3 reduserer kreftene i radiallageret, og at reaksjonskreftene i radiallageret skal bli mindre påvirket av et eventuelt ovalisert dreietårn.

Forskjellen på dette lageret og lagerløsningen vist i fig. 3 og 4 er at en sparer en separat søyle for radiallageret, og radiallageret kommer på et lavere nivå, - noe som bidrar til at veltemomentet fra de horisontale krefter som virker på dreietårnet blir mindre og det trengs mindre stålfundamentering.

Fig. 5 viser en prinsippskisse for ballastsystemet for dreietårnet i henhold til oppfinnelsen. Den nedre delen av dreietårnet består som tidligere nevnt av en solid ringformet boksbærer 35 som kan være inndelt i separate tanker 6,7 i omkretsretningen av dreietårnet. Ved hjelp av et pumpesystem og rørledninger 61 mellom tankene kan ballast pumpes fra en eller flere tanker på den ene siden til en eller flere tanker på motsatt side for å redusere belastningene på lagrene og redusere veltemomentet for dreietårnet. Pumpene kan fordelaktig være styrt av en elektronisk styreenhet på basis av signal fra strekkfølere 14 anordnet på ankerlinene.

I det foranstående er det vist til et eksempel på dreietårnløsning hvor det benyttes hjulopplagring både for aksial- og radiallageret. Innenfor oppfinnelsens ramme slik den er definert i kravene kan det imidlertid også benyttes glidelager eller en kombinasjon av glidelager og rullelager.

Claims (9)

1. Dreietårn for fartøy så som bore- eller produksjonsfartøy for utvinning av olje og gass til havs, hvilket dreietårn er roterbart anordnet i en gjennomgående åpning eller brønn i fartøyets skrog og omfatter bærearmer (15) som er forsynte med aksielt og radielt anordnete lagerelementer som virker mot motsvarende lagerelementer på fartøyet, idet bærearmene (15) er forbundet med en bærestruktur i dreietårnet som bidrar til at bærearmene fjærer individuelt og kan oppta ujevnheter og deformasjoner i lageret, karakterisert ved at aksiallagerbanen er anordnet på en pidestallignende forhøyning (30, 47, 57, 58) som er stiv i aksiell retning, men som er innrettet til å oppta globale relative forskyvninger mellom lagerelementene og understøttelsen på fartøydekket ved at lagerbanen understøttes av sylindriske plateelementer (30, 57) som gir strukturell fjæring i radiell retning, at den pidestallignende forhøyning er forbundet med skroget hovedsakelig i nivå med fartøyets nøytralakse, og at radiallagerelementet på fartøyet utgjøres av båndlignende strukturer (52, 54 eller 61, 57) som gir en strukturell fjæring for å kompensere for lokale toleranser eller ujevnheter i lagerelementene.

2. Dreietårn ifølge krav 1, karakterisert ved at den pidestallignenede forhøyning utgjøres av en stiv boks (47) som er forbundet med dekket (48) via en eller flere sylindriske plateelementer (30).

3. Dreietårn ifølge krav 1, karakterisert ved at den båndlignende strukturen for radiallageret utgjøres av et ringformet søyleskall (52) som er forbundet med dekket (48) via et fundament i form av en tynn skallplate (54).

4. Dreietårn ifølge krav 3, karakterisert ved at søyleskallet (52) og fundamentet (54) er forbundet med hverandre via en kobling (55).

5. Dreietårnet ifølge kravene 3 og 4, karakterisert ved at søyleskallet er forsterket med ringstivere (53).

6. Dreietårn ifølge krav 1, karakterisert ved at fundamentet for aksiallageret og radiallageret utgjøres av en integrert enhet hvor den stive boksen (58) er forbundet med dekket (48) via to sylinderiske plateelementer (57), og den båndformede strukturen (61) for radiallageret utgjøres av en innvendig ringformet plate i den stive boksen (58).

7. Dreietårn ifølge kravene 1-6, karakterisert ved at aksiallageret så vel som radiallageret er forsynt med rulleopplagring, idet det for aksiallageret er anordnet en firehjuls boggi (40) for hver arm (15) hvor hjulene løper på to på boksen (47, 58) parallelt anordnede skinner (59), og at hjulene (49) for radiallageret er montert tett inntil hverandre i en stiv krans (50) som er forbundet med armene (15).

8. Dreietårn ifølge de foregående krav, karakterisert ved at bærestrukturen består av en i hovedsak sylinderformet søyle (36), innvendig i søylen (36) vertikalt anordnede bærere (16) som armene (15) er forbundet med, en øvre topplate (32), samt en nedre ringformet boksbærer (35).

9. Dreietårn ifølge de foregående krav, karakterisert ved at den nedre boksbæreren (35) er inndelt i tanker ved hjelp av tette skott, idet tankene på basis av strekket i ankerlinene kan fylles og tømmes ved hjeip av et rør- og pumpesystem (61).