SHIP GEO-STATIONARY SYSTEM OF ANCHORING AND MARINE RISERS
СУДОВАЯ ГЕОСТАЦИОНАРНАЯ СИСТЕМА ЯКОРЕНИЯ И ВОДООТДЕЛЯЮЩИХ КОЛОНН

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к добыче углеводородов в открытом море с использованием геостационарно стоящего на якоре судна.
Уровень техники
Такое судно отдает якорь на морское дно посредством тела, закрепленного с возможностью вращения на судне, так называемой турели, от которой к морскому дну тянутся швартовные тросы. Снизу водоотделяющие колонны судна также проходят через вращающееся тело. Эти водоотделяющие колонны соединены с установленным над вращающимся телом распределителем текучей среды, от которого проходят трубопроводы для переноса текучей среды к танкам на борту судна.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является создание улучшенной судовой геостационарной системы якорения и водоотделяющих колонн, в частности, для переоборудованного танкера.
Изобретение специально разработано в сочетании с переоборудованием танкера, как указано в параллельной патентной заявке того же заявителя: «Способ переоборудования танкера», но не ограничено использованием в сочетании с ним. Использование решения согласно изобретению может быть предусмотрено в новых системах или как замена существующих подшипниковых систем. Согласно вышеупомянутой параллельной патентной заявке, танкер снабжен корпусом с танками. В корпусе, в одном или более танках, выполнено вертикальное отверстие путем разрезания конструктивных элементов корпуса, таких как каркас и элементы жесткости, и удаления частей из указанного спроектированного отверстия. Обеспечена конструкция в виде кассеты с пластинчатыми элементами, выполненными с возможностью подгонки к указанным разрезанным конструктивным элементам и соединения с ними в вертикальном отверстии, причем кассета имеет вертикальную сквозную шахту. Кассету вводят в вырезанное вертикальное отверстие в корпусе и соединяют ее посредством пластинчатых элементов с указанными разрезанными конструктивными элементами с образованием встроенной в корпус конструкции, частично обеспечивающей жесткость окружающего корпуса. Тело монтируют в вертикальной шахте с возможностью вращения вокруг вертикальной оси. Указанная кассета встроена в имеющийся корпус без уменьшения жесткости корпуса.
Вертикальная шахта предпочтительно имеет нижнюю цилиндрическую часть и верхнюю цилиндрическую часть, расширенную по сравнению с нижней частью, причем нижняя цилиндрическая часть при встроенном положении кассеты находится вблизи или в области дна корпуса, а тело закреплено с возможностью вращения на переходе между двумя частями.
За счет установки указанного тела на переходе между двумя частями, глубоко внизу корпуса, предпочтительно, вблизи области дна корпуса, наиболее выгодным образом используется жесткость корпуса в области его дна.
На указанном теле, внутри шахты, предпочтительно смонтирован распределитель текучей среды.
Это предоставляет возможность установки распределителя текучей среды в защищенном положении под главной палубой судна, в сухом рабочем пространстве в верхней части шахты.
Судовая геостационарная система якорения и водоотделяющих колонн, согласно изобретению, содержит тело, смонтированное в вертикальной шахте на судне, причем тело установлено в мокрой области судна с возможностью вращения вокруг вертикальной оси с помощью осевых и радиальных сегментных кольцевых подшипников, имеет верхнюю сторону и нижнюю сторону, вертикальные направляющие для водоотделяющих колонн между верхней стороной и нижней стороной и снабжено расположенным над ним распределителем текучей среды, соединенным с водоотделяющими колоннами. Система отличается тем, что между телом и шахтой предусмотрено динамическое основное уплотнение, установленное над указанными осевыми и/или радиальными подшипниками, и между телом и шахтой также предусмотрено вспомогательное уплотнение, установленное под указанными осевыми и/или радиальными подшипниками.
Динамическое основное уплотнение позволяет сохранять сухим пространство внутри шахты над закрепленным с возможностью вращения телом (турелью), где может быть установлен распределитель текучей среды, и в которое может иметь доступ персонал. Вспомогательное уплотнение предпочтительно является статическим уплотнением, вступающим в действие только тогда, когда динамическое основное уплотнение нейтрализуется с целью обеспечить доступ к осевому/радиальному подшипнику для технического обслуживания и другой работы.
Швартовные тросы могут быть присоединены к закрепленному с возможностью вращения телу с помощью устройства (якорного стола), что позволяет получить большее соответствующее плечо рычага для швартовных тросов относительно тела.
Колонна распределителя текучей среды может, особо предпочтительно, поддерживаться внутри шахты при помощи центрального стержня, выступающего от верхней стороны тела. Этот центральный стержень снабжен круговой рабочей палубой, расположенной над верхней стороной тела, а индивидуальная водоотделяющая колонна соединена с соответствующим блоком, содержащим клапан аварийного отключения, на одном уровне с рабочей палубой.
В предпочтительной реализации тело, закрепленное с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, выполнено в виде цилиндрической пластинчатой конструкции с верхней стороной и нижней стороной, с центральным стержнем, проходящим от нижней стороны вверх через верхнюю сторону, и с распределенными вокруг стержня, между нижней стороной и верхней стороной, кожухами для водоотделяющих колонн, причем стержень выполнен с возможностью поддерживания распределителя текучей среды.
Опора для тела в вертикальной шахте на судне содержит сегментный кольцевой подшипник с регулируемыми опорными сегментами, причем отдельный опорный сегмент включает часть, изнашивающуюся при контакте с телом, которая предпочтительно имеет принудительную смазку, промежуточную часть с заданной величиной упругости, и регулируемую по высоте относительно шахты или судна нижнюю часть.
Такая конструкция отдельного опорного сегмента позволяет приспособить его к неровным участкам корпуса, а также к перемещениям корпуса, происходящим в море. Механически регулируемая по высоте нижняя часть в опорном сегменте позволяет производить регулировки как в процессе установки, так и в процессе демонтажа сегмента. Таким образом, за счет сдвига сегмента нижняя часть может быть отрегулирована таким образом, что нагрузка от тела на сегмент ослабляется, что позволяет легко удалить сегмент и вставить его заново, или заменить новым.
Особенно предпочтительная механически регулируемая по высоте реализация нижней части содержит взаимодействующие клинья, подвижные друг относительно друга, для указанного регулирования высоты. За счет перемещения клиньев друг относительно друга может быть выполнена требуемая настройка высоты опорного сегмента. Для регулирования высоты сегмента могут быть предусмотрены устройства, отличные от клина.
В особенно преимущественной реализации подшипник может быть размещен в системе подачи среды под давлением, пригодной для смазывания опорных сегментов подшипника.
Смазочная среда может представлять собой известные смазки, но также может быть водой под давлением, и, когда требуется определенный «подъем» тела относительно кольцевого подшипника, между телом и опорными сегментами образуется пленка. Принудительная смазка важна для предотвращения слишком сильного «торможения» вращающегося тела, когда судно поворачивается под воздействием ветра и погоды. В частности, для смазки водой предпочтительно, чтобы она выполнялась во влажной области, по существу, открытой для морской воды.
Краткое описание чертежей
Далее изобретение будет подробно объяснено со ссылкой на чертежи, где:
Фиг.1 - часть поперечного сечения переоборудованного танкера с системой якорения и водоотделяющих колонн,
Фиг.2 - сечение осевого и радиального подшипников вращающегося тела, с основным уплотнением и вспомогательным уплотнением,
Фиг.3 - сечение в проекции на виде сверху осевого и радиального кольцевых подшипников согласно Фиг.2,
Фиг.4 - сечение на виде сверху подшипника согласно Фиг.2 и 3,
Фиг.5 - изометрическая проекция сегмента подшипника согласно изобретению,
Фиг.6 - сечение сегмента подшипника согласно Фиг.5,
Фиг.7 иллюстрирует носовую часть переоборудованного танкера с якорным столом, закрепленным под судном,
Фиг.8 иллюстрирует якорный стол с буем, в большем масштабе,
Фиг.9 иллюстрирует носовую часть переоборудованного танкера с вариантом якорного стола, закрепленного под судном,
Фиг.10 иллюстрирует якорный стол согласно Фиг.9 в увеличенном масштабе,
Фиг.11 - сечение вертикальной шахты на судне, с вращающимся телом и присоединенным якорным столом,
Фиг.12 и 13 представляют выноски, иллюстрирующие возможное соединение вращающегося тела и якорного стола.
Осуществление изобретения
На Фиг.1 вращающееся тело 11 изображено размещенным в положении внутри вертикальной шахты 6 в корпусе 1 судна. Шахта может быть выполнена в кассете 5, встроенной в корпус 1, как описано в упомянутой параллельной патентной заявке.
Тело 11 имеет нижнюю сторону 12 и верхнюю сторону 13 и, как показано на Фиг.1, выполнено в виде цилиндрической пластинчатой конструкции, с внешним цилиндром 14 и центральным стержнем 15, проходящим вверх от нижней стороны 12 тела 11 через верхнюю сторону 13. На Фиг.1 показаны две горизонтальные кольцевые пластины 16, 17, приваренные между центральным стержнем 15 и внешним цилиндром 14. Элементы жесткости и другие конструктивные элементы, известные специалисту, не показаны. Тело 11, конечно, может быть сконструировано иными способами, хорошо известными специалисту.
Тело 11 имеет фланец 18 на верхней стороне 13, также Фиг.2. Фланец 18 используется для установки тела 11 с возможностью вращения, как показано на Фиг.2. Это будет более подробно описано ниже.
В кольцевом пространстве между центральным стержнем 15 и внешним цилиндром 14 тело 11 имеет несколько кожухов 19, 20, предусмотренных для швартовных тросов 21 и для водоотделяющих колонн 22, соответственно.
Швартовные тросы 21 натягиваются при помощи лебедки 23 на палубе 24 судна. На палубе установлено несколько направляющих 25 для троса (только одна показана на Фиг.1), что позволяет управлять швартовными тросами 21 при помощи одной и той же лебедки 23. Швартовные тросы 21 подвешены не описанным способом в области 26 на верхней стороне 13 тела 11 так, что они не проходят внутрь шахты после постановки судна на якорь.
Индивидуальные водоотделяющие колонны 22 ведут к соответствующему блоку 27 клапанов, установленному в верхней части центрального стержня 15. Каждый такой блок 29 клапанов содержит клапан аварийного выключения.
На центральном стержне 15 смонтирована колонна распределителя 28 текучей среды, от которой к танкам на борту судна проходят трубопроводы 29 для текучей среды.
Вокруг центрального стержня 15 также предусмотрена рабочая палуба 30.
Пространство внутри шахты 6 над верхней стороной 13 тела 11 является сухим. Тело 11 расположено в области дна танкера, и считается мокрой областью.
Обратимся к Фиг.2 и последующим Фиг.3-6, иллюстрирующим установку тела 11 внутри шахты 6. В переходе между нижней частью 7 шахты и верхней частью 8 шахты предусмотрено устройство уплотнения и опоры, содержащее сегментный осевой кольцевой подшипник 31 и сегментный радиальный кольцевой подшипник 32. Осевой подшипник 31 имеет несколько опорных сегментов 33. Радиальный кольцевой подшипник 32 также содержит опорные сегменты 34, в данном случае - меньшее (вдвое) количество, чем количество опорных сегментов 33 в осевом подшипнике.
Над двумя кольцевыми подшипниками 31, 32 установлено динамическое основное уплотнение 35 между фланцем 18 тела 11 и консолью 36. Над этим основным уплотнением установлен поддерживающий подшипник 37 для предотвращения подъема вращающегося тела 11. Этот поддерживающий подшипник 37 составляет часть нескольких пластинчатых сегментов 38, привинченных к консоли 36 винтами 39, также Фиг.3. Пластинчатые сегменты 38 снабжены соединительными фланцами 49, которые могут быть привинчены к соединительным фланцам смежных пластинчатых сегментов, таким образом образуя круговую палубную заслонку.
Под фланцем 18 установлено вспомогательное уплотнение 41. Оно предназначено для активации только в процессе проверки и/или замены сегментов 33, 34 подшипников. Кроме того, предусмотрено уплотнение 42. Оно предназначено для использования только тогда, когда необходимо заменить вспомогательное уплотнение 41, и в этом случае, следовательно, выполняет лишь функцию монтажного уплотнения.
Как упоминалось выше, два кольцевых подшипника 31, 32 состоят из опорных сегментов 33 и 34, соответственно. Эти опорные сегменты, по существу, имеют сходную конструкцию, и, следовательно, только устройство одного опорного сегмента 33 будет подробно описано ниже со ссылкой на Фиг.5 и 6.
Как показано на Фиг.5 и 6, опорный сегмент 33 состоит из ящика 43, в котором установлены верхняя изнашивающаяся часть 44, промежуточная часть 45 и регулируемая по высоте нижняя часть 46, состоящая из двух взаимодействующих элементов 47, 48 в виде клиньев. Изнашивающаяся часть 44 изготовлена из соответствующего материала, хорошо известного специалисту, а промежуточная часть 45, преимущественно, изготовлена из армированного резинового материала, который обеспечивает заданную величину упругости. Клинья 47, 48 могут перемещаться друг относительно друга при помощи регулировочных элементов 49, изображенных только на Фиг.5 и 6. За счет изменения взаимного расположения клиньев может регулироваться высота опорного сегмента 33.
В опорном сегменте 33 предусмотрено обеспечение принудительной смазки через трубку 50, от которой к крестообразным пазам 52 в изнашивающейся части 44 отходят патрубки 51. Как уже упоминалось, особо выигрышно может быть применена смазка водой под давлением.
Здесь следует упомянуть, что опорные сегменты могут работать в нескольких режимах, в зависимости от условий работы: пассивный, без всякого смазывания, стандартный подшипник скольжения; подшипник скольжения с возможностью ввода смазки; активная принудительная смазка за счет ввода среды, обычно воды, обеспечивающей разделение поверхностей, т.е. гидростатический подшипник.
Тело 11 также устанавливается на дно судна, по сути, известным образом. Нижний радиальный подшипник не показан, но он также выполнен в виде сегментного кольцевого подшипника. Для того чтобы свести влияние отклонения от круглой формы тела 11 к минимуму, предпочтительно закрепить обработанное на станке кольцо из нержавеющей стали в точке приложения нагрузки. Стальное кольцо обеспечит равномерное и непрерывное распределение нагрузки по окружности тела 11. Для защиты стального кольца от коррозии предусмотрена система катодной защиты.
Существенным преимуществом является наличие доступа для контроля, настройки и замены всех подшипников и их сегментов.
На Фиг.1 швартовные тросы и водоотделяющие колонны проходят через направляющие в закрепленном с возможностью вращения теле 11. Известно, что вращающееся тело 11, как геостационарно закрепленное тело, стремится следовать повороту судна под воздействием ветра и погоды, или когда судно поворачивается под действием системы динамического позиционирования. Это вызвано инерцией в креплении вращающегося тела. Один способ избежать такой ситуации заключается в обеспечении механического привода во вращающемся теле, что дает возможность непосредственно поворачивать тело. Другим способом является обеспечение больших плеч рычагов для швартовных тросов в местах, где они соединены с вращающимся телом, т.е. на нижнем кольцевом подшипнике для вращающегося тела внутри шахты.
На Фиг.11 показана возможная реализация, где установлен якорный стол 53, прикрепленный к дну вращающегося тела 11. Якорный стол 53 имеет захватные средства 54, расположенные на большем диаметре, чем диаметр вращающегося тела 11, в результате чего швартовные тросы 21, так как они подвешены в захватных средствах 54 в столе 53, получают большее плечо рычага относительно вращающегося тела 11. На Фиг.11 показаны вертикальные направляющие 55 для подъемного устройства 58 для подъема якорного стола 53 к вращающемуся телу 11. Между вращающимся телом 11 и якорным столом 53 предусмотрены соединительные средства 57, Фиг.11 и 12. Водоотделяющие колонны 22 присоединены к якорному столу 53, а внутри вращающегося тела 11 установлены соответствующие муфтовые концы 58 для взаимодействия с водоотделяющими колоннами 22, когда колонны поднимаются вместе со столом 53.
Якорный стол может быть присоединен к вращающемуся телу несколькими возможными способами: он может быть приварен к вращающемуся телу на судостроительном заводе, прикреплен к вращающемуся телу посредством болтового/монтажного соединения, которое может быть легко демонтировано, притянут к вращающемуся телу в полевых условиях и присоединен к вращающемуся телу вручную с судна; либо он может быть присоединен дистанционно управляемым способом.
Якорный стол 53 с присоединенной к нему водоотделяющей колонной 22 закреплен с погружением в воду, когда судно проходит над ним. Подъемные устройства (тросы) 56 прикреплены к якорному столу 53 и при помощи лебедок (не показаны) якорный стол 53 поднимается и соединяется с вращающимся телом 11 посредством соединительных средств 57, показанных на Фиг.12 и 13. Может использоваться, например, устройство лебедки, такое же или аналогичное тому, которое показано на Фиг.1. Соединительные средства 57 содержат закрепленные с возможностью вращения зубцы 59, которые при помощи рабочих цилиндров 60 могут входить в зацепление с вырезами внутри якорного стола 53.
Для того чтобы якорный стол 53 удерживался перед соединением наплаву в погруженном в воду состоянии, якорный стол 53 прикрепляется к бую, как это можно видеть, например, на Фиг.7 или 9.
На Фиг.7 буй 62 установлен на верхней поверхности якорного стола 53. Когда необходимо выполнить соединение вращающегося тела 11 и якорного стола 53, трос 63 (или несколько тросов) спускается с судна к бую 62 посредством непоказанного судового крана. Подъемные устройства 56 (не показаны) прикреплены к якорному столу 53, в данном случае будучи присоединенными к тросам 64. Буй 62 накачан. Посредством управляемого выпуска воздуха из буя 62 и введения воды в буй 62 после того, как якорный стол 53 прикреплен к подъемным устройствам 56, буй 62 может быть уравновешен и отцеплен от якорного стола 53, оставаясь подвешенным на тросе 63. Затем буй 62 может быть удален в сторону контролируемым способом, и далее в воду (не показана), после чего якорный стол 53 может быть поднят при помощи подъемных устройств 56 и соединен с вращающимся телом 11, как показано на Фиг.11-13.
На Фиг.9 буй 65 расположен под столом 53 и следует вместе с якорным столом 53 вверх к вращающемуся телу 11 после того, как присоединены тросы 56. И в этом случае плавучесть буя может регулироваться за счет воздуха и воды, как это известно специалисту. Здесь водоотделяющие колонны 22 проходят через буй 65.
На Фиг.7 и 9 видно, что система якорения и водоотделяющих колонн расположена вблизи носового перпендикуляра, где момент и деформации бимса судна малы, наряду с сохранением достаточной конструкционной жесткости.
Изобретение описано с помощью не ограничивающих реализаций. Для специалиста понятно, что в описанные реализации может быть внесено множество изменений и модификаций, находящихся в рамках изобретения, определенных в нижеследующей формуле.