Fussgelenk zur Verbindung eines beweglichen Versorgungsturmes einer Off-Shore-Anlage mit einem Fundament

Abstract

 Bei einem begehbaren Kugelgelenk zur Verbindung des Versorgungsturms einer Off-Shore-Anlage mit dem unterseeischen Fundament ist gemäß der Zeichnung, Figur 1, die Gelenkkugel 4 einerseits über den Kugelhals 5 fest mit dem Fuß des Turms 1 verbunden und andererseits in der auf dem Fundament 2 verankerten Gelenkkapsel 6 beweglich gelagert. Beide Gelenkteile sind durch das Zugglied 7 miteinander verbunden. Die Lagerung der Gelenkkugel 4 erfolgt auf innerhalb der Gelenkkapsel 6 angeordneten, gut zugänglichen, auswechselbaren Stützlagern 11. Den Abschluß der Gelenkkapsel 6 bildet ein Deckelring 12 mit einem als Kugelzone ausgebildeten Kragen 13. Zur Abdichtung und zum Schutz ist das Kugelgelenk in seinem oberen Bereich von einer Tauchglocke 13 umgeben, in der ein Luftpolster aufrechterhalten wird. Ferner ist der Spalt zwischen Deckelring und Gelenkkugel durch eine Stopfbuchse 19 abgedichtet.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Fußgelenk zur Verbindung eines beweglichen Versorgungsturmes einer Off-Shore-Anlage mit einem im/am Meeresboden verankerten, als Fundament ausgebildeten Bauteil unter Verwendung eines zwischen dem Fuß des Versorgungsturmes und dem Fundament angeordneten allseitig schwenkbaren, gegen Wassereintritt abgedichteten Kugelgelenks bei dem das im/am Fuß des Turmes befestigte Gelenkteil mit dem anderen, auf dem Fundament fest verankerten Gelenkteil mittels eines um den Mittelpunkt des Kugelgelenks allseitig beweglichen Zuggliedes zusammengehalten ist, sowie einer das Fußgelenk teilweise umfassenden Tauchglocke.

[0002] Ein Fußgelenk vorgenannter Gattung ist aus der DE-PS 25 49 859 bekannt. Dabei ist das im Fuß des Turmes befestigte Gelenkteil als äußere Kugelzone ausgebildet, die bei Bewegungen des Turmes auf dem mit dem Fundament unbeweglich verbundenen kugeligen Gelenkteil gleitet. Die Ausbildung der Gleitflächen des Kugelgelenks ist in der DE-OS 27 55 592 beschrieben. Danach sind im Gleitbereich zwischen den beiden Kugelhalbschalen auswechselbare, sphärisch geformte, einen sphärischen Spalt zwischen diesen freilassende und auf der kugeligen Gegenfläche des anderen Gelenkteils gleitende Gleitschuhe befestigt, deren Gleitflächen aus einem Werkstoff mit niedrigem Reibwert bestehen. Der Gleitbereich zwischen den beiden Kugelhalbschalen ist nach oben und unten durch ringförmige, den Spalt zwischen den Kugelhalbschalen abschließende Dichtungen gesichert.

[0003] Die in dem relativ engen Spalt zwischen den Kugelhalbschalen angeordneten Gleitschuhe sind nur nach Entfernung der oberen Dichtung zugänglich. Eine Überwachung der Funktionsfähigkeit und des Zustandes durch Beobachtung ist daher nicht möglich. Das Auswechseln der sphärisch geformten Gleitschuhe und der oberen Dichtung ist bei den beengten Platzverhältnissen und durch die Geometrie innerhalb des Kugelgelenks schwierig. Die Herstellung des Kugelgelenks, insbesondere die Bearbeitung der Kugelhalbschalen und der Gleitschuhe, erfordert einen erheblichen Aufwand.

[0004] Die Aufgabe vorliegender Erfindung besteht darin, daß Fußgelenk dahingehend zu verbessern, daß die einer Abnutzung unterworfenen Bauteile, insbesondere die Lagerplatten und die Stopfbuchspackung, frei zugänglich sind, um eine laufende Überwachung und Wartung zu ermöglichen und ein evtl. notweniger Austausch von Teilen leicht durchführbar ist und daß die Herstellung des Gelenks vereinfacht wird. Weiterhin soll die Verankerung des Gelenks, einschließlich des Turmes, auf dem Fundament am Meeresboden erleichtert und der begehbare Raum zur mannigfaltigen Benutzung vergrößert werden.

[0005] Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß das im/am Fuß des Turmes befestigte Gelenkteil des Kugelgelenks in einer Gelenkkapsel gelagert ist, die als zylindrischer Kapselmantel mit einer mit dem Fundament fest verbundenen Fußplatte ausgeführt ist, und innerhalb der Gelenkkapsel mehrere Stützlager angeordnet sind, auf denen das über den Kugelhals mit dem Turm verbundene, als Gelenkkugel ausgebildete Gelenkteil gleitet, und auf dem Kapselmantel ein Deckelring mit als Kugelzone ausgebildetem Kragen angeordnet ist, der das Kugelgelenk bis auf einen Restspalt verschließt, der vom Innern der Gelenkkapsel her mit einer Stopfbuchse abgedichtet ist. Zur Verbindung der beiden Gelenkteile wird die mit dem Turm verbundene Gelenkkugel mittels eines Zuggliedes gegen die Auflageflächen der Stützlager gezogen. Das Zugglied ist einerseits in der Turmbasis fest eingespannt gelagert und gegenüberliegend über ein Kardangelenk im Fundament verankert. Das Kardangelenk ist so angeordnet, daß sich seine Drehachsen im Mittelpunkt des Kugelgelenks schneiden.

[0006] Die Stützlager sind in gleichen Abständen auf dem Umfang eines Kreises, dessen Durchmesser kleiner als der Äquator der Gelenkkugel ist, auf Konsolen am zylindrischen Kapselmantel bzw. auf der Fußplatte auswechselbar angeordnet. Jedes Stützlager besteht aus dem Lagerfuß, aus einer der Oberfläche der Gelenkkugel angepaßten Lagerschale und einem zwischen Lagerfuß und Lagerschale angeordneten Hydraulikzylinder, der mittels balliger Endstücke in Kugelpfannen des Lagerfußes und der Lagerschale gelagert ist. Die Hydraulikzylinder aller Stützlager sind untereinander kommunizierend verbunden. Damit wird erreicht, daß bei Schwankungen des Turmes die Anlagekräfte für alle Lager und damit auch die auf die Gelenkkapsel bzw. auf das Fundament wirkenden Reaktionskräfte stets gleich groß sind. Die Lagerung der Hydraulikzylinder in Kugelpfannen gewährleistet eine stets korrekte Anlage der Berührungsflächen und eine sichere Übertragung der Kräfte auf die Lagerkonsolen. Die Lagerschalen sind für eine hydrostatische Lagerung der Gelenkkugel ausgelegt und mit PTFE-Platten versehen, die Nuten bzw. Kammern für die Aufnahme eines Schmiermittels aufweisen.

[0007] Die Schmiermittelversorgung der Lagerschalen erfolgt einzeln und unabhängig voneinander von einer zentralen Druckschmiereinrichtung aus. Damit ist gewährleistet, daß die Stützlager ohne Beeinträchtigung der Betriebssicherheit des Kugelgelenks ausgewechselt werden können.

[0008] Die freie Zugänglichkeit der Stützlager erlaubt eine ständige Überwachung und Wartung derselben. Die auf den Lagern gleitende polierte Oberfläche der Gelenkkugel, die mit einem korrosionsbeständigen Werkstoff plattiert sein kann, ist in Abhängigkeit von der Schräglage des Turmes weitgehend zugänglich und kann ebenfalls unter Kontrolle gehalten und von evtl. anhaftenden Ansätzen leicht befreit werden. Damit besteht gegenüber der Lagerung bei bekannten Fußgelenken ein bedeutender Vorteil.

[0009] Der auf dem Kapselmantel angeordnete Deckelring schützt mit seinem als Kugelzone ausgebildeten Kragen in Verbindung mit einer Tauchglocke die Oberfläche der mit dem Turm verbundenen Gelenkkugel und verschließt den zwischen feststehendem und beweglichem Gelenkteil vorhandenen Spalt in der horizontalen Mittelpunktachse des Kugelgelenks.

[0010] Zur Abdichtung dieses Spalts ist eine vom Innenraum des Gelenks zugängliche Stopfbuchse vorhanden. Die Stopfbuchsenbrille ist mehrteilig ausgeführt, um ein Nachpacken zu ermöglichen. Die Packung kann aus Manschettendichtungen oder Packungsringen mit einem Druckölring bestehen. Das Nachstellen der Brille kann manuell, über elektrisch angetriebene Verstelleinrichtungen oder mittels hydraulisch bzw. pneumatisch betätigter Stellglieder erfolgen, wobei letztere über arretierbare Kipphebel und einen Druckring gleichmäßig auf die Packung einwirken.

[0011] Das Fußgelenk ist zum Schutz gegen die Einflüsse am Meeresboden und zur Gewährleistung seiner Beweglichkeit in seinem oberen Bereich von einer Tauchglocke umgeben, die als mehrteilige Kugelzone ausgebildet und am Kugelhals befestigt ist und in Verbindung mit dem Kragen des Deckelringes der Gelenkkapsel eine Wassersperre dadurch bildet, daß in dem Raum zwischen der Tauchglocke und dem Kragen ein Luftpolster mit einem der Wassertiefe entsprechenden Luftdruck aufrechterhalten wird. Der Bereich des Luftpolsters wird auf Eindringen von Wasser von in der Wand des Kragens des Deckelringes angeordneten Sonden kontrolliert und bei Bedarf eine Regulierung des Luftdruckes ausgelöst. Bei normalem Betriebszustand gelangt kein Wasser an die Spaltabdichtung zwischen der beweglichen Gelenkkugel und dem Deckelring. Die durch die Stopfbuchse in den Innenraum des Gelenks entweichende Luft dient der Belüftung des Raumes. Da das Volumen des Luftpolsters relativ klein ist, ist die Aufrechterhaltung des der Meerestiefe entsprechenden Druckes leicht möglich.

[0012] Zur Verankerung des Fußgelenks auf dem am Meeresboden vorhandenen Fundament ist vorgesehen, daß die Verbindungselemente zwischen Fundament und Fußplatte innerhalb der Gelenkkapsel angeordnet und mit Dichtungseinrichtungen versehen sind.

[0013] Die vorteilhafte Herstellung des beschriebenen Fußgelenks besteht darin, daß nur eine Außenfläche der Gelenkkugel bearbeitet, plattiert und geschliffen werden muß, der zylindrische Kapselmantel einfacher im Aufbau ist und der Deckelring nur eine Bearbeitung des Flansches und des Stopfbuchsensitzes erfordert.

[0014] Zur Ausgestaltung des Fußgelenks wird vorgeschlagen, daß in den zylindrischen Kapselmantel nach außen gerichtete Nebenkammern eingesetzt sind, die beidseitig druckdichte, über Hydrauliksysteme betätigbare Verschlußeinrichtichtungen aufweisen und über ein Pump- und Druckluftsystem lenz- und flutbar sind.

[0015] In den Nebenkammern sind Seilwinden angeordnet, die zur Unterstützung des Absenkmanövers des Turmes auf das _Funda- ment dienen. Vorzugsweise werden mindestens drei Nebenkammern mit Seilwinden ausgerüstet. Für die Sicherheit des Wartungspersonals ist in mindestens einer Nebenkammer ein _Tauchretter stationiert. In weiterer Ausgestaltung des Fußgelenks ist vorgesehen, daß die Nebenkammern mit Anschlußeinrichtungen für die Anordnung weiterer Satellitenkammern ausgerüstet sind.

[0016] Die Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und nachfolgend näher beschrieben.

[0017] Es zeigen:

Figur 1: Einen Schnitt durch das Kugelgelenk,

Figur 2: einen Schnitt durch ein Stützlager in größerem Maßstab,

Figur 3: die Befestigung der Gelenkkapsel am Fundament,

Figur 4: einen Teilschnitt durch das Kugelgelenk mit eingesetzter Nebenkammer und

Figur 5: den Anschluß einer Satellitenkammer an eine Nebenkammer.

[0018] Zwischen dem Versorgungsturm 1 und dem Fundament 2 ist das Kugelgelenk 3 angeordnet, das eine allseitige Verschwenkbarkeit des Turmes ermöglicht. Das Gelenkteil 4, welches als Gelenkkugel ausgebildet ist, ist einerseits über den Kugelhals 5 fest mit dem Fuß des Turmes 1 verbunden und andererseits in der auf dem Fundament 2 verankerten Gelenkkapsl 6 beweglich gelagert. Die Verbindung des Gelenkteils 4 mit der _Gelenkkapsel 6 erfolgt mittels des um den Mittelpunkt des Kugelgelenks 3 allseitig beweglichen Zuggliedes 7, welches auf der einen Seite im Fuß des Versorgungsturms 1 fest eingespannt und gegenüberliegend über die Gelenkkapsel 6 im Fundament verankert ist. Das Zugglied 7 kann in seiner Längsrichtung verstellbar sein. Die Gelenkkugel des Gelenkteils 4 weist oben und unten öffnungen auf, durch die außer der Zugstange 7 die Versorgungsleitungen sowie Erdölförderleitungen geführt werden können und die eine Begehbarkeit der Gelenkkapsel 6 ermöglichen. Die Gelenkkapsel 6 besteht aus dem zylindrischen Kapselmantel 8, der Fußplatte 9, einer Anzahl auf Konsolen 10 bzw. 10 a angeordneter Stützlager 11 und einem Deckelring 12 bzw. 12 a sowie einem als Kugelzone ausgebildeten Kragen 13. Gemäß Figur 1 sind die Konsolen 10 am inneren Durchmesser des Kapselmantels 8 befestigt und der Deckelring 12 mit dem Kragen 13 in einer Baueinheit vereinigt. Bei einem größeren Durchmesser des Kapselmantels 8 gemäß Figur 4 können die Konsolen 10 a auf der Fußplatte 9 angeordnet und der Deckelring 12 a in gewölbter Form ausgeführt sein. Figur 2 zeigt den Aufbau der unterhalb der horizontalen Mittelachse des Kugelgelenk auf einem kleineren Durchmesser gleichmäßig verteilten Stützlager 11, die sich zusammensetzen aus dem Lagerfuß 14 mit einer Kugelpfanne 15, einem Hydraulikzylinder 16 mit beiderseits balligen Endstücken 17 und der Lagerschale 18, deren Gleitfläche der Oberfläche der Gelenkkugel 4 angepaßt ist und deren dem Hydraulikzylinder 16 zugewandte Seite eine Kugelpfanne 15 aufweist. Diese Stützlager zeichnen sich aus durch eine optimale Anpassungsfähigkeit an die Bewegungen der Gelenkkugel 4. Zur Abdichtung zwischen der auf dem Fundament verankerten Gelenkkapsel 6 und der mit dem Turm 1 verbundenen Gelenkkugel 4 ist in der horizontalen Mittelachse des Kugelgelenks 3 eine Stopfbuchse 19 vorgesehen, die sich auf dem Deckelring 12 bzw. dem Kragen 13 abstützt. Eine das Kugelgelenk 3 in seinem oberen Bereich umgebende am Kugelhals 5 befestigte Tauchglocke 20 dient dem Schutz gegen die Einflüsse am Meeresboden. Figur 3 zeigt die Verankerung der Gelenkkapsel 6 auf dem _Funda- ment 2. Die Verbindungselemente 21 zwischen Fundament und Fußplatte 9 sind innerhalb der Gelenkkapsel 6 angeordnet und mit Dichtungseinrichtungen 22 versehen. Es ist auch möglich, die Verbindungselemente als hydraulisch oder pneumatisch betätigte Verriegelungseinrichtungen auszubilden. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind am Umfang des Kapselmantels 8 mehrere Nebenkammern 23 angeordnet, die nach innen und außen mit druckdichten Verschlußeinrichtungen 24 versehen sind, welche über Hydrauliksysteme 25 betätigt werden. In mindestens drei Nebenkammern 23 installierte Seilwinden vereinfachen das Absenkmanöver des Turmes und die Befestigung des Kugelgelenks 3 auf dem Fundament 2. Weiterhin können die Nebenkammern 23 Anschlußeinrichtungen 26 für die Anordnung weiterer Satellitenkammern 27 aufweisen, die als Vorratsbehälter oder dergleichen eingesetzt werden können.

Ansprüche

1. _Fußgelenk zur Verbindung eines beweglichen Versorgungsturmes einer Off-Shore-Anlage mit einem im/am Meeresboden verankerten, als Fundament ausgebildeten Bauteil unter Verwendung eines zwischen dem Fuß des Versorgungsturmes und dem Fundament angeordneten allseitig schwenkbaren, gegen Wassereintritt abgedichteten Kugelgelenks, bei dem das im/am Fuß des Turmes befestigte Gelenkteil mit dem anderen, auf dem Fundament fest verankerten Gelenkteil mittels eines um den Mittelpunkt des Kugelgelenks allseitig-beweglichen Zuggliedes zusammengehalten ist, sowie einer das Fußgelenk teilweise umfassenden Tauchglocke, dadurch gekennzeichnet, daß das im/am Fuß des Turmes befestigte Gelenkteil (4) des Kugelgelenks (3) in einer Gelenkkapsel (6) gelagert ist, die als zylindrischer Kapselmantel (8) mit einer mit dem Fundament (2) fest verbundenen Fußplatte (9) ausgeführt ist, und innerhalb der Gelenkkapsel (6) mehrere Stützlager (11) angeordnet sind, auf denen das über den Kugelhals (5) mit dem Turm (1) verbundene, als Gelenkkugel ausgebildete Gelenkteil (4) gleitet, und auf dem Kapselmantel (8) ein Deckelring (12, 12 a) mit als Kugelzone ausgebildetem Kragen (13) angeordnet ist, der das Kugelgelenk (3) bis auf einen Restspalt verschließt, der vom Innern der Gelenkkapsel her mit einer Stopfbuchse (19) abgedichtet ist.

2. Fußgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützlager (11) in gleichen Abständen auf. dem Umfang eines Kreises, dessen Durchmesser kleiner als der Äquator der Gelenkkugel (4) ist, auf Konsolen (10, 10 a) am zylindrischen Kapselmantel (8) bzw. auf der Fußplatte (9) auswechselbar angeordnet sind.

3. Fußgelenk nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Stützlager (11) besteht aus dem Lagerfuß (14), aus einer der Oberfläche der Gelenkkugel (4) angepaßten Lagerschale (18) und einem zwischen Lagerfuß und Lagerschale angeordneten Hydraulikzylinder (16), der mittels balliger Endstücke (17) in Kugelpfannen (15) des Lagerfußes und der Lagerschale gelagert ist.

4. Fußgelenk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydraulikzylinder (16) aller Stützlager (11) untereinander kommunizierend verbunden sind.

5. _Fußgelenk nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerschalen (18) der Stützlager (11) von einer zentralen Druckschmiereinrichtung mit Schmiermittel versorgt werden.

6. Fußgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tauchglocke (20) als mehrteilige Kugelzone ausgebildet und am Kugelhals (5) befestigt ist und in Verbindung mit dem Kragen (13) des Deckelringes (12, 12 a) der Gelenkkapsel (6) eine Wassersperre dadurch bildet, daß in dem Raum zwischen der Tauchglocke und dem Kragen ein der Wassertiefe entsprechender Luftdruck aufrechterhalten wird.

7. Fußgelenk nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente (21) zwischen Fundament (2) und Fußplatte (9) innerhalb der Gelenkkapsel (6) angeordnet und mit Dichtungseinrichtungen (22) versehen sind.

8. _Fußgelenk nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in den zylindrischen Kapselmantel (8) der Gelenkkapsel (6) nach außen gerichtete Nebenkammern (23) eingesetzt sind.

9. Fußgelenk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenkammern (23) beidseitig druckdichte, über Hydrauliksysteme betätigbare Verschlußeinrichtungen (24) aufweisen.

10. Fußgelenk nach Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenkammern (23) über ein Pump- und Druckluftsystem lenz- und flutbar sind.

11. Fußgelenk nach Ansprüchen 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, vorzugsweise drei Nebenkammern (23) mit Seilwinden ausgerüstet sind.

12. Fußgelenk nach Ansprüchen 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einer Nebenkammer (23) ein Tauchretter stationiert ist.

13. Fußgelenk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenkammern (23) mit Anschlußeinrichtungen (26) für die Anordnung weiterer Satellitenkammern (27) ausgerüstet sind.

14. Fußgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stopfbuchse (19) nachstell- und nachstopfbar ist und die Nachstellung über elektrisch oder pneumatisch oder hydraulisch angetriebe Stellglieder erfolgt.

Zeichnung