Vorrichtung zum Heben und Senken einer schwimmfähigen Offshore-Plattform

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Hubeinrichtung zum Heben und Senken einer schwimmfähigen Plattform (1), die mit relativ zu ihr bewegbaren Stützbeinen (2) versehen ist. Im Betriebszustand dieser Offshore-Konstruktion sind die Stützbeine (2) direkt auf dem Meeresboden oder auf einer auf dem Meeresboden abgesenkten Unterkonstruktion abgestützt. Die Hubeinrichtung ist in der Lage auch bei unruhiger See die Stützbeine (2) stoßfrei oder im wesentlichen stoßfrei aufzusetzen. Dazu ist sie jeweils dann entgegen einer abwärts gerichteten Bewegung blockiert, wenn bei aufgesetzten Stützbeinen (2) und schwimmender Plattform (1) sich diese gerade an dem höchsten Punkt der Wellenbewegung befindet. Es können zwei als Seilwinden (3,4) ausgebildete Hubvorrichtungen verwendet werden. Dabei ist bei aufgesetzten Stützbeinen (2) und schwimmender Plattform (1) der Antrieb der einen Hubvorrichtung ausgeschaltet, während die Seilwinde (4) der anderen Hubvorrichtung in Aufwickelrichtung freigegeben und in Abwickelrichtung blockiert ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfinung betrifft eine Vorrichtung zum Heben und Senken einer schwimmfähigen Offshore-Plattform, die mit relativ zu ihr bewegbaren Stützbeinen versehen ist, die im Betriebszustand auf dem Meeresboden oder auf einer auf den Meeresboden abgesenkten Unterkonstruktion abgestützt sind.

[0002] Um bei derartigen Offshore-Plattformen von künstlichen Inseln die Arbeitsposition herzustellen, werden die Stützbeine zum Meeresboden hin abgesenkt und dann die Plattform an den fest aufsitzenden Stützbeinen aus dem Wasser angehoben, bis die erforderliche Höhe über dem Meeresspiegel erreicht ist. Das Absetzen der Stützbeine auf die Unterkonstruktion ist immer eine kritische Operation, die, sofern keine besondere Maßnahmen getroffen werden, nur bei günstigen Wetterbedingungen durchgeführt werden kann. Die mit den Wellen auf- und abschwingende Plattform kann bei ungünstigen Seeverhältnissen mehrfach mit den ausführnden Stützbeinen auf die Unterkonstruktion aufstoßen, ehe sie endgültig feststeht. Das kann zu beträchtlichen Schäden führen.

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart weiter zu entwickeln, daß auch bei ungünstigen Seeverhältnissen das Aufsetzen der Stützbeine stoßfrei oder im wesentlichen stoßfrei erfolgen kann.

[0004] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Hubvorrichtung jeweils dann entgegen einer abwärts gerichteten Bewegung blockiert ist, wenn bei aufgesetzen Stützbeinen und schwimmender Plattform sich diese an dem höchsten Punkt der Wellenbewegung befindet. Vorzugsweise wird vorgeschlagen, daß zwei als Seilwinden ausgebildete Hubvorrichtungen vorgesehen sind und daß bei aufgesetzten Stützbeinen und schwimmender Plattform der Antrieb der einen Hubvorrichtung ausgeschaltet ist und die Seilwinde der anderen Hubeinrichtung in Aufwickelrichtung freigegeben und in Abwickelrichtung blockierbar ist.

[0005] Haben bei einer Offshore-Plattform, die mit einer solchen erfindungsgemäßen Vorrichtung versehen ist, die Stützbeine aufgesetzt, so wird bei einer aufsteigenden Welle lediglich die Plattform angehoben, während die Stützbeine ihre Position nicht verändern. Hat die aufschwimmende Plattform gerade den höchsten Punkt der Wellenbewegung erreicht, so ist dafür gesorgt, daß sie in dieser Stellung einrastet und nicht wieder mit der abfallenden Welle absinkt. Folgt auf dieser Welle eine weitere Welle mit einem höheren Wellenberg, so wird die Plattform noch einmal angehoben und wieder im höchsten Punkt der Wellenbewegung eingehängt. Auf diese Weise ist die Plattform daran gehindert, mit der abfallenden Welle abzusinken. Die Plattform kann daher nicht mehr mit den Wellen auf-und abschwingen und so die Stützbeine oder die Unterkonstruktion beschädigen.

[0006] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.

[0007] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 schematisch die Seitenansicht einer Offshore-Plattform mit einer Hubeinrichtung gemäß der Erfindung

Figur 2 die Seitenansicht einer Hubeinrichtung

Figur 3 die Draufsicht zu Figur 2

Figur 4 den Längsschnitt durch die Seiltrommel einer Hubvorrichtung

Figur 5 das Schaltschema einer Rastensperre.

[0008] Die schwimmfähig ausgebildete Plattform 1 weist einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt auf und ist mit vier relativ zu ihr bewegbaren und heb-und senkbaren Stützbeinen 2 versehen. Diese Plattform 1 wird mit hochgezogenen Stützbeinen 2_über den Errichtungsort auf See geschleppt. Nach dem Erreichen der vorgesehenen Position werden die Stützbeine 2 mit Hilfe der nachfolgend beschriebenen Hubvorrichtung abgesenkt, bis sie auf dem Meeresboden oder auf einer auf den Meeresboden abgesenkten Unterkonstruktion aufsitzen. Anschließend wird die Plattform 1 bis auf die gewünschte Höhe oberhalb des Meeresspiegels angehoben. Im Betriebzustand sind die Stützbeine 2 der Plattform direkt oder indirekt auf dem Meeresboden abgestützt.

[0009] Die Hubeinrichtung besteht aus zwei einseitig wirkenden Hubvorrichtungen in Form von Seilwinden 3 und 4, die unabhängig voneinander antreibbar sind. Die beiden Seilwinden 3 und 4 sind auf einem gemeinsamen Grundrahmen 17 auf der Plattform 1 angeordnet. In der Figur 1 sind die beiden Seilwinden 3 und 4 zum leichteren Verständnis um 90 ⁰ versetzt dargestellt. Jedes der vier Stützbeine 2 ist mit mindestens einer solchen Einrichtung versehen.

[0010] Die erste Seilwinde 3 dient zum Senken und Heben des Stützbeines 2 und arbeitet vorzugsweise an einem einfachen Seilstrang. Das Seil 5 ist über eine auf der Plattform 1 angeordneten Umlenkrolle 6 zu_' dem Befestigungspunkt am Fuß des Stützbeines 2 geführt.

[0011] Die zweite Seilwinde 4 dient zum Heben und Senken der Plattform 1 und arbeitet an einem vielfachen Seilstrang. Das Hubseil 7 ist zur Lasteinleitung auf das Stützbein 2 über einen oberen Rollenbock 8 geführt, der auf einem Joch 9 des Stützbeines 2 angeordnet ist. Der untere Rollenbock 1G mit dem Seilfestpunkt befindet sich unmittelbar vor der Seilwinde 4 auf der Plattform 1.

[0012] Der Antrieb der Seilwinden 3 und 4 erfolgt jeweils über ein Mitnehmerrastenrad 11, das mit der Seiltrommel 12 bzw. 13 verbunden ist. In die Rastzähne 14 des Mitnehmerrastenrades 11 greift der Kopf einer Kolbenstange 15 ein. Die Kolbenstange 15 ist in einem Hydraulikzylinker 16 geführt und mit einem beidseitig beaufschlagten Kolben verbunden. Der Hydraulikzylinder 16 ist schwenkbar an dem die Seilwinden 3 und 4 tragenden Grundrahmen 17 befestigt. Eine ebenfalls schwenkbar an dem Grundrahmen 17 angeordnete Zylinderanordnung 18 zieht den Kopf der Kolbenstange 15 in Eingriffsstellung bzw. drückt ihn in Leerlaufstellung. Um ein unerwünschtes Zurückdrehen des Mitnehmerrastenrades 11 bei außer Eingriffstellung der Kolbenstange 15 zu vermeiden, ist eine Rastsperre bestehend aus einer Schwenklinke 19 und einem Klinkenzapfen 20 vorgesehen. die Schwenkklinke 19 ist schwenkbar am Grundrahmen 17 angeordnet und wird ebenso wie die Kolbenstange 15 durch eine Zylinderanordnung 18 in Eingriffstellung gebracht.

[0013] Die erste Seilwinde 3 ist nach Figur 4 mit einer permanenten Seilspannvorrichtung versehen, die aus einem rückschlagarmen Freilauf und einem Antriebsmotor 30 besteht. Der Freilauf ist im vorliegenden Fall als Klemmkörperfreilauf ausgebildet, dessen Klemmkörper 39 zwischen dem Mitnehmerrastenrad 11 und der Seiltrommel 12 angeordnet sind. Der Antriebsmotor 30 ist an den Grundrahmen 17 angeflanscht und treibt ein Ritzel 31 an, das mit einem an der Seiltrommel 12 befestigten Zahnkranz 32 in Eingriff steht. Der Antriebsmotor 30 übt auf die Seiltrommel 12 in Aufwickelrichtung des Seiles 5 ein Drehmoment aus.

[0014] Die zweite Seilwinde 4 ist ebenfalls mit einer Schlaffseilsicherung versehen. Diese besteht aus einem durch ein Gewicht 21 belastetes Seil 22, das entgegen der Wickelrichtung des Hubseiles 7 um die Seiltrommel 13 der zweiten Seilwinde 4 gewickelt ist. Das Gewicht 21 ist mit einer losen Rolle 33 verbunden. Das um die Seiltrommel 13 gewickelte Seil 22 ist über die Rolle 33 zu einer auf der Plattform 1 aufgestellten Kompensationswinde 23 geführt. Durch das Gewicht 21 in Verbindung mit der Kompensationswinde 23 wird an der Seiltrommel 13 ein Drehmoment erzeugt und hierdurch das Hubseil 7 aufgewickelt oder unter Vorspannung abgewickelt. Die Kompensationswinde 23 sorgt dafür, daß das Gewicht 21 stets in der gleichen Höhenlage gehalten ist. Bei blockierter Kompensationswinde 23 erzeugt allein das Gewicht 21 das Drehmoment, wobei es seine Höhenlage verändert.

[0015] Die Seiltrommel 13 der zweiten Seilwinde 4 besteht aus einem Hohlzylinder 24, der auf einer statisch beanspruchten Grundtrommel 26 gleitend geführt ist. Bei ausgerückter Kolbenstange 15 und ausgerückter Sperrklinke 19 wird der Hohlzylinder 24 dynamisch mit geringer Last beansprucht. Während des Hubvorganges bildet der Hohlzylinder 24 mit der Grundtrommel 25 eine Einheit. Durch die Aufteilung der Seiltrommel 13 in einen Hohlzylinder 24 von geringer Masse und in die Grundtrommel 25 wird das Massenträgheitsmoment der Massen klein gehalten, die bei im Freilauf geschalteter Seiltrommel 13 einer Beschleunigung unterworfen sind.

[0016] Die aus der Sperrklinke 19 und dem Klinkenzapfen 20 gebildete Rastsperre und die Hydraulikzylinder 16 des Antriebes der Seiltrommel 13 der zweiten Seilwinde sind mit einer hydraulischen Sicherheits-Rastsperre versehen, deren Schaltschema in Figur 5 dargestellt ist. So wird sichergestellt, daß die Kolbenstange 15 und die Sperrklinke 19 stets außer Eingriff sind, wenn sich die Plattform 1 abwärts bewegt. Im einzelnen besteht die Sperre aus einer Pumpe 34, die von der Seiltrommel 13 der zweiten Seilwinde 4 angetrieben ist und aus zwei Sperrzylinder 38. Die Pumpe 34 fördert nur bei einer Abwärtsbewegung der Plattform 1 entsprechenden Drehrichtung der Seiltrommel 13 ein Druckmittel über eine Hydraulikleitung 35 zu den oberen Kolbenräumen der Sperrzylinder 38. Bei einer Druckbeaufschlagung dieser Kolbenräume werden die Kolbenstange 15 und die Sperrklinke 19 zum Einrasten freigegeben. Außerdem ist aus Sicherheitsgründen in der Hydraulikleitung 35 ein Ventil 36 vorgesehen, das vor der Entsicherung aktiviert werden muß.

[0017] Um eine gleichmäßige Lastaufnahme der an den vier Stützbeinen 2 angreifenden Hubeinrichtungen zu erreichen, sind die Seilfestpunkte des Hubseiles 7 mit kommunizierten Ausgleichzylindern 26 ausgerüstet. Diese Ausgleichszylinder 26 sind um eine waagerechte Achse schwenkbar in einer Lagergabel 27 gehalten, die mit der Plattform 1 verbunden sind. Innerhalb der Ausgleichszylinder 26 ist ein Kolben 28 mit einer Kolbenstange 29 geführt. Das Hubseil 7 ist an der Kolbenstange 29 angeschlagen.

[0018] Die erfindungsmäße Vorrichtung arbeitet auf folgende Weise. Wenn die Plattform 1 die vorgesehene Position auf See erreicht hat, wird von einem zentralen Steuerstand aus der Senkvorgang der Stützbeine 2 eingeleitet. Dabei ist der Antrieb der ersten Seilwinde 3 in Eingriff, während der Kopf der Kolbenstange 15 und die Schwenkklinke 19 der zweiten Seilwinde 4 ausgerückt sind. Mit Hilfe der ersten Seilwinde 3 werden alle vier Stützbeine 2 synchron schrittweise abgesenkt.

[0019] Während des Absenkens der Stützbeine 2 führt die schwimmende Plattform 1 Oszillationen im Seegang aus. Berührt, wenn sich die Plattform 1 in einem Wellental befindet, ein Stützbein 2 den Meeresboden oder eine auf den Meeresboden abgesetze Unterkonstruktion, reduziert sich der Hydraulikdruck in dem Hydraulikzylinder 16 der ersten Seilwinde 3. Haben alle Hydraulikzylinder eine Druckreduzierung erfahren, wird noch ein Senkschritt gefahren.

[0020] Bei der darauffolgenden Druckreduzierung werden die Kolbenstange 15 und die Sperrklinke 19 der ersten Seilwinde 3 durch die Zylinderanordnungen 18 außer Eingriff gebracht und die erste Seilwinde 3 dadurch in den Leerlauf geschaltet. Damit haben die Stützbeine 2 aufgesetzt. Die Leerlaufstellung der ersten Seilwinde 3 ist dadurch charakterisiert, daß die Plattform 1 alle Bewegungen im Seegang ausführen kann, ohne daß eine Verbindung zwischen der Plattform 1 und den Stützbeinen 2, abgesehen von Reibung, besteht. Während des Absenkvorganges verkürzt sich der Abstand zwischen dem oberen Rollenbock 8 und dem unteren Rollenbock 10. Das hierbei anfallende Hubseil wird mit Hilfe des Gewichtes 21 und )der Kompensationswinde 23 aufgespult.

[0021] Die Plattform 1 bewegt sich nach dem Aufsetzen der Stützbeine 2 im Seegang, wobei das Hubseil 7 nach einem Blockieren der Kompensationswinde 23 durch das Gewicht 21 unter Vorspannung auf- und abgespult wird. Unabhängig von der >augenblicklichen Lage der Plattform 1 im Seegang wird über eine Steuerung das Kommando "einrasten" gegeben. Dadurch wird bewirkt, daß, sobald sich die Plattform 1 in der Aufwärtsbewegung befindet, die Kolbenstange 15 und die Sperrklinke 19 der zweiten Seilwinde 4 selbsttätig eingerückt werden. Hierdurch wird die Seiltrommel 13 der zweiten Seilwinde 4 gehindert, sich entgegen der Hubrichtung bereits in Abwärtsrichtung der Plattform 1 zu drehen. Auf diese Weise wird die Plattform 1 in der obersten Seegangstellung eingehängt und ist dadurch mit den Stützbeinen 2 verbunden. Wird die Plattform 1 durch eine nachfolgende höhere Welle noch weiter-angehoben, dann wird sie in der neuen obersten Position selbstständig eingehängt.

[0022] Sind nach dem Einhängen der Plattform 1 die Kolbenstange 15 und die Schwenkklinke 19 eingerückt, beginnt sofort der schrittweise Hubvorgang der Plattform 1. Sämtliche Seilwinden 4 arbeiten synchron und heben die Plattform horizontal an. Unterschiedliche Hublängen einer Seilwinde 4 zum Beispiel beim Wechseln in eine andere Seillage, werden durch die Ausgleichszylinder 26 am Seilfestpunkt kompensiert.

[0023] Soll nach einer Verweildauer von etwa 8 bis 10 Jahren die Plattform verfahren werden, so wird die Plattform nach dem grundsätzlichen gleichen Schema abgesenkt, wobei die gleichen Vorgänge in entgegengesetzter Richtung ablaufen.

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Heben und Senken einer schwimmfähigen Offshore-Plattform, die mit relativ zu ihr bewegbaren Stützbeinen versehen ist, die im Betriebszustand auf dem Meeresboden oder auf einer auf den Meeresboden abgesenkten Unterkonstruktion abgestützt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubvorrichtung jeweils dann entgegen einer abwärts gerichteten Bewegung blockiert ist, wenn bei aufgesetzten Stützbeinen (2) und schwimmender Plattform (1) sich diese an dem höchsten Punkt der Wellenbewegung befindet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß zwei als Seilwinden (3, 4) ausgebildetete Hubvorrichtungen vorgesehen sind und daß bei aufgesetzten Stützbeinen (2) und schwimmender Plattform (1) der Antrieb der einen Hubeinrichtung ausgeschaltet ist und die Seilwinde (4) der anderen Hubeinrichtung in Aufwickelrichtung freigegeben und Abwickelrichtung blockierbar ist.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Seiltrommeln (12, 13) der Seilwinden (3, 4) mit einem mit Rastzähnen(14) versehenen Mitnehmerrastenrad (11) verbunden sind, in die die Kolbenstange (15) eines schwenkbar angeordneten Hydraulikzylinders (16) und eine einschwenkbare Rastsperre eingreifen.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Seilwinde (3), deren Seil (5) mit dem unteren Ende eines Stützbeines (2) verbunden ist, mit einer permanenten Seilspannvorrichtung verbunden ist, die aus einem rückschlagarmen Freilauf, der zwischen der Seiltrommel (12) und dem Mitnehmerrastenrad (12) angeordnet ist, und aus einem Antriebsmotor (30) besteht, der auf die Seiltrommel (12) in Aufwickelrichtung ein Drehmoment ausübt.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Antrieb der zweiten Seilwinde (4) mit einer Sicherheitrastensperre versehen ist, die aus zwei Sperrzylindern (38) besteht, die über eine Pumpe (34) mit Druckmittel beaufschlagt sind, welche von der Seiltrommel (13) angetrieben ist und nur in Aufwärtsbewegung der Plattform (1) Druck erzeugt.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Endpunkte der Hubseile (7) an Kolbenstangen (29) befestigt sind, die in mit der Plattform (1) verbundenen Ausgleichzylindern (26) geführt sind.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die eine Seilwinde (4) mit einer Schlaffseilsicherung versehen ist, die ein durch ein Gewicht (21) belastetes Seil (22) aufweist, das entgegen der Wickelrichtung des Hubseiles (7) um die Seiltrommel (13) der Seilwinde (4) geführt ist.

B. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Trommel (13) der zweiten Seilwinde (4) aus einem Hohlzylinder (24) besteht, der auf einer Grundtrommel (25) gleitend geführt ist.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet , daß das Gewicht (21) mit einer Rolle (33) verbunden ist, um die das Seil (22) zu einer Kompensationswinde (23) geführt ist.

Zeichnung