Турельная система
TURRET SYSTEM

Изобретение относится к турельной системе для судна, содержащей буровую шахту, образованную в судне, и турельную конструкцию, установленную с возможностью вращения в указанной буровой шахте и содержащую турельный стол, который установлен с возможностью вращения с помощью главного подшипника в указанной буровой шахте, и полый турельный ствол, который образован окружающей стенкой, причем турельный ствол имеет верхний конец, присоединенный к указанному столу, по существу цилиндрическую часть, которая проходит вниз от турельного стола, и нижний конец, на котором расположены нижние средства, предназначенные для взаимодействия с нижним подшипником.
Такая турельная система позволяет судну поворачиваться, подобно флюгеру, вокруг турельной конструкции, на нижнем конце которой (обычно на нижнем конце отсека судна, возможно, вблизи подъема киля судна) расположено нижнее средство (такое, как цепной стол или, например, съемный буй) для постановки на якорь и/или для поддержки восходящих труб и составных шлангов, например, для перемещения газа, флюидов, энергии и сигналов. Главный подшипник образует связь между буровой шахтой (судном) и турельной конструкцией (турельным столом) и его преобладающей задачей является выполнение установки на якорь, передачу восходящих труб и инерционных нагрузок от турельной системы на судно, когда судно поворачивается подобно флюгеру. Турельный стол может поддерживать поворотную платформу или технологический трубопровод, как в целом известно для таких турельных систем.
Назначение нижнего подшипника, среди прочего, состоит в том, чтобы ограничить горизонтальное усилие на главном подшипнике и изгибающий момент в стволе. Нижний подшипник, как правило, специально переносит усилия в горизонтальном направлении. Нижний подшипник может быть подшипником скользящего типа с изначальным зазором (также известным как «клиренс» или «люфт») в несколько миллиметров, среди прочего, для того, чтобы судно могло деформироваться («провисание» и «прогибание») без «сжатия» или без чрезмерного «сжатия» турельной системы. Зазор также может возникать с течением времени вследствие износа деталей нижнего подшипника.
Зазор разъединяет цепной стол и судно, и поэтому любые горизонтальные нагрузки на цепной стол перемещают турельный ствол к главному подшипнику. Это вызывает появление изгибающих моментов в турельном стволе и дополнительных нагрузок на главный подшипник, и эти моменты и нагрузки могут быть значительными. Эти воздействия в значительной степени ограничены закрытием нижнего подшипника, которое происходит, когда турельный ствол значительно изгибается, так что цепной стол перекрывает зазор с судном. Дальнейшее увеличение горизонтальной нагрузки будет по существу передаваться от цепного стола на судно через нижний подшипник.
Существует несколько путей для содействия закрыванию нижнего подшипника и уменьшения свободных перемещений в пределах заданного люфта, такой, например, как уменьшение размера зазора в нижнем подшипнике, подбор альтернативной конструкции для нижнего подшипника, предварительное прижатие цепного стола к судну во время установки турельной системы (для устранения первоначального люфта) и использование конструктивных элементов с меньшими значениями модуля Юнга, чем у стали (например, из резины).
Ввиду сказанного выше, цель настоящего изобретения состоит в создании усовершенствованной турельной системы, в которой гибкость турельного ствола увеличена настолько, что он изгибается более легко и поэтому намного легче закрывает нижний подшипник, ограничивая чрезмерные нагрузки в турельном стволе или в главном подшипнике.
В соответствии с настоящим изобретением, турельная система отличается тем, что стенка верхнего конца турельного ствола содержит расширенную часть, окружающую цилиндрическую часть турельного ствола, и образует окружной гребень, причем стенка верхней части турельного ствола, начиная от указанного окружного гребня, проходит вниз в направлении к месту, в котором верхний конец турельного ствола соединен с турельным столом.
Настоящее изобретение предлагает путь для увеличения эффективной длины и, следовательно, гибкости турельного ствола. В результате такой увеличенной эффективной длины и гибкости, нижний подшипник закрывается уже при меньших нагрузках.
Изобретение может быть воплощено во многих вариантах выполнения. Так, в одном варианте выполнения стенка верхнего конца ствола, по существу, образует форму половины тора.
В другом варианте выполнения стенка верхней части ствола по существу образует эллиптическую форму, полученную путем вращения эллипса. Это означает, что, как видно на разрезе верхней части ствола, указанная стенка образует, по меньшей мере, часть эллипса.
В одном варианте выполнения, по меньшей мере часть стенки ствола между окружным гребнем и турельным столом проходит вертикально, образуя по существу удлиненную цилиндрическую часть стенки ствола. Это дает конструктивно простое, но, тем не менее, эффективное решение.
В качестве альтернативы, по меньшей мере, часть стенки ствола между окружным гребнем и турельным столом проходит под наклоном в наружном направлении для создания расширяющейся части стенки ствола или проходит под наклоном во внутреннем направлении для создания сужающейся части стенки ствола.
В другом варианте выполнения стенка ствола, начиная от соединения между цилиндрической частью ствола и его верхним концом, проходит горизонтально для создания окружного гребня в форме кольца. В таком варианте выполнения верхний конец ствола имеет плоский гребень и также может образовывать квадратное или прямоугольное сечение.
В таком варианте выполнения дополнительно возможно, чтобы на указанном окружном гребне кольцевой формы была расположена коробчатая конструкция или сплошной блок. Это обеспечивает дополнительные средства для воздействия на свойства и поведение турельного ствола.
В еще одном варианте выполнения турельный стол имеет верхнюю поверхность и нижнюю поверхность, между которыми проходит канал, через который проходит турельный ствол (так что цилиндрическая часть ствола не соприкасается с турельным столом), причем окружной гребень верхнего конца ствола расположен на уровне выше верхней поверхности турельного стола. Однако, в качестве альтернативы, возможно, что турельный стол имеет верхнюю поверхность и нижнюю поверхность, причем вверх от нижней поверхности проходит углубление, в котором расположен верхний конец ствола, при этом окружной гребень верхнего конца ствола расположен на уровне между указанными верхней и нижней поверхностями. В последнем случае дополнительно возможно, что указанное углубление имеет закрытый верхний конец, расположенный ниже указанной верхней поверхности, в результате чего верхняя поверхность турельного стола может быть выполнена без каких-либо мешающих отверстий.
Далее, возможно, что толщина по меньшей мере части стенки верхнего конца ствола может быть больше, чем толщина остальных частей стенки ствола. Такая особенность может быть использована для задания характеристик турельного ствола, в особенности, его верхнего конца.
В таком варианте выполнения сопряжение между частями стенки ствола различной толщины может быть симметричным (одинаковым на обеих сторонах стенки) или асимметричным (отличающимся на обеих сторонах, или только на одной стороне стенки).
Средства, расположенные на нижнем конце ствола и предназначенные для взаимодействия с нижним подшипником, могут представлять собой цепной стол, предназначенный для поддержки, среди прочего, якорных или швартовочных тросов. Он также может поддерживать восходящие трубы и составные шланги.
Вообще говоря, турельный ствол, имеющий конструкцию в соответствии с настоящим изобретением, является более гибким, чем известные конструкции, потому что (эффективная) длина турельного ствола увеличена. Принимая во внимание, что боковая жесткость турельной системы зависит от длины турельного ствола, возведенной в третью степень, и что дополнительная длина турельного ствола значительна по сравнению с длинами в известных конструкциях, увеличение гибкости турельного ствола является большим.
Предложенная в изобретении конструкция обеспечивает прикрепление указанного верхнего конца ствола к турельному столу с дополнительной гибкостью. Например, горизонтальная нагрузка на нижние средства (такие как цепной стол) старается повернуть изначально горизонтальную плоскость верхнего конца на окружном гребне в наклонное положение. Поэтому турельный ствол будет «начинать под углом». Даже если этот угол мал, он имеет существенное влияние на горизонтальное смещение нижних средств (например, цепного стола), и, поэтому, на гибкость турельного ствола, вследствие увеличения его длины.
Далее изобретение описано со ссылками на чертежи, на которых:
Фиг. 1а схематично изображает разрез известной турельной системы;
Фиг. 1b упрощенно изображает разрез другой известной турельной системы;
Фиг. 2 упрощенно изображает разрез первого варианта выполнения турельной системы в соответствии с настоящим изобретением и
Фиг. 3-8 упрощенно изображают частичные разрезы альтернативных вариантов выполнения турельной системы в соответствии с настоящим изобретением.
Известная турельная система для судна упрощенно показана на фиг. 1а. Она содержит буровую шахту 1, размещенную в судне 2, и турельную конструкцию 3, установленную с возможностью вращения в буровой шахте 1. Турельная конструкция 3 содержит турельный стол 4, который с помощью верхнего главного подшипника 5 установлен с возможностью вращения в буровой шахте 1 вокруг вертикальной оси 6 (так что судно 2 может поворачиваться вокруг турельной конструкции 3 по течению или по ветру подобно флюгеру). Турельный стол 4 также может быть частью так называемой поворотной платформы, или такая поворотная платформа (упрощенно изображенная пунктирной линией под номером 7 позиции) может быть расположена на верхней части стола 4.
Турельная конструкция 3 дополнительно содержит полый турельный ствол 8, ограниченный окружающей стенкой 9. Верхний конец 10 турельного ствола 8 присоединен к столу 4, и вниз от стола 4 проходит по существу цилиндрическая часть турельного ствола.
Следует отметить, что цилиндрическая часть ствола не обязательно должна иметь круговое сечение, а также допустимы сечения другой формы (например, шестиугольные или многоугольные). Цилиндрический ствол может быть коническим в одной или нескольких частях или целиком, и в нем могут изменяться диаметр и толщина вдоль его длины.
На нижнем конце 11 ствола расположен цепной стол 12, предназначенный для поддержки, среди прочего, якорных линий или цепей 13 и восходящих труб 14. Цепной стол 12 имеет наружную окружную поверхность 15, которая предназначена для взаимодействия с нижним подшипником 16, расположенным на внутренней поверхности 17 буровой шахты 1 или встроенным в нее. Также, по существу, известно, что нижний подшипник 16 может быть прикреплен к буровой шахте 1 и цепному столу 12 или частям буровой шахты 1 и другим частям цепного стола 12 с указанным зазором между ними.
Как, в целом, известно, окружная поверхность 15 цепного стола 12 и нижний подшипник 16 отделены небольшим зазором (нижний подшипник «открыт»), когда только малые горизонтальные нагрузки действуют на цепной стол 12 или такие нагрузки вообще отсутствуют. Однако, когда такие горизонтальные нагрузки возникают (например, создаются от нагрузок при постановке на якорь, действующих на якорные линии 13), турельный ствол 8 будет изгибаться до тех пор, пока существенная часть окружной поверхности 15 не войдет во взаимодействие с нижним подшипником 16 (нижний подшипник «закрыт»).
Понятно, что как только поверхность 15 входит во взаимодействие с буровой шахтой 1 через нижний подшипник 16, нагрузки на ствол 8 (особенно моменты, действующие на верхний конец 10 ствола) и на главный подшипник 5 перемещаются вниз. Поэтому первостепенным достижением представленного изобретения является изменение конструкции турельной системы таким образом, что ствол 8 может намного проще занимать положение, в котором нижний подшипник «закрыт», без необходимости в больших горизонтальных нагрузках, действующих на цепной стол 12 (и поэтому без результирующих больших сил (моментов) на верхнем конце 10 ствола и нагрузок в главном подшипнике 5).
Фиг. 1b изображает частичный разрез другой известной турельной системы. В этой конфигурации стол 4 уменьшен до фланца, который соединяет верхний конец 10 ствола с главным подшипником 5. Одинаковые части имеют такие же номера позиции, как на фиг. 1а.
Фиг. 2 упрощенно частично изображает вариант выполнения турельной системы в соответствии с настоящим изобретением. Он представляет только часть турельного стола 4 и часть ствола 8 с его верхним концом 10. Стенка 9' верхнего конца 10 ствола содержит расширенную часть, окружающую цилиндрическую часть ствола 8. Эта расширенная часть образует окружной гребень 20. Стенка 9' верхнего конца 10 ствола, начиная от указанного гребня 20, проходит вниз по направлению к месту, где верхний конец 10 ствола присоединен к столу 4. В этом варианте выполнения соединение между цилиндрической частью ствола 8 и его верхним концом 10 схематично показано пунктирной линией 19. В проиллюстрированном варианте выполнения стенка 9' верхнего конца 10 ствола ограничивает, по существу, «форму половины тора». Внутренние размеры могут быть такими, что человек может иметь туда доступ.
Кроме того, видно, что нижняя часть стенки 9' ствола между гребнем 20 и столом 4 проходит вертикально, ограничивая по существу удлиненную цилиндрическую часть 9ʺ стенки ствола. Однако, это не является необходимым для всех вариантов выполнения и может зависеть от особенных обстоятельств (как может быть справедливым для многих описанных деталей конструкции).
2
1
Фиг. 2 также изображает, что в этом варианте выполнения по меньшей мере часть стенки 9' верхнего конца 10 ствола может иметь толщину t, которая больше, чем толщина остальных частей стенки 9', 9ʺ (которые, например, имеют толщину t). Переходы между частями стенки ствола с различными толщинами могут быть симметричными (такими, как между частями 9' и 9ʺ) или асимметричными (такими, как между частями 9' и 9).
Стол 4 имеет верхнюю поверхность 21 и нижнюю поверхность 22, и между указанными поверхностями 21, 22 проходит канал 23, через который ствол 8 проходит без взаимодействия со столом 4. Гребень 20 верхнего конца 10 ствола расположен на уровне выше верхней поверхности 21 стола 4.
Форму и расположение верхнего конца 10 ствола можно изменять разными путями. Некоторые примерные варианты выполнения изображены на Фиг. 3-8, на каждой из которых, в отличие от фиг. 2, показана примерно половина разреза.
В варианте выполнения, изображенном на фиг. 3, часть стенки 9' между гребнем 20 и столом 4 проходит наклонно в наружном направлении, образуя расширяющуюся часть стенки ствола.
В варианте выполнения, изображенном на фиг. 4, часть стенки 9' ствола между гребнем 20 и столом 4 проходит наклонно во внутреннем направлении, образуя сужающуюся часть стенки ствола.
На фиг. 5 часть стенки 9' верхнего конца 10 ствола, присоединенная к стенке 9 цилиндрической части ствола 8 проходит наклонно в наружном направлении (но также может иметь другую ориентацию).
Следует отметить, что хотя на фиг. 2-5 верхний конец 10 ствола образует часть тора с постоянным радиусом (как видно в разрезе), он также может иметь различные радиусы, изменяющиеся локально, или другую форму (например, коническую).
В варианте выполнения турельной системы, соответствующем фиг. 6, стол 4 имеет верхнюю поверхность 21 и нижнюю поверхность 22, причем имеется углубление 24, проходящее вверх от нижней поверхности 22 и имеющее зарытый верхний конец ниже верхней поверхности 21. Верхний конец 10 ствола расположен в этом углублении 24. В этом варианте выполнения окружной гребень 20 на верхнем конце 10 ствола расположен на уровне между верхней 21 и нижней 22 поверхностями. Верхняя поверхность 21 в таком варианте выполнения может проходить непрерывно по всей протяженности стола 4 (за исключением любых отверстий или углублений, предназначенных для других целей) (или может не проходить указанным образом).
Фиг. 7 и 8 изображают варианты выполнения, в которых верхний конец 10 ствола не образует форму «половины тора» (которая представлена как гребень 20, показанный в виде линии, как на фиг. 2-6), а имеет квадратную или прямоугольную форму. В этих вариантах выполнения имеется плоский окружной гребень 20 в форме кольца. Такая конструкция также может быть скомбинирована с другими положениями и формами некоторых частей стенок ствола (например, с наклонными частями, как изображено на фиг. 3-5). Плоский гребень 20 также может иметь наклонное расположение.
На фиг. 7 на кольцевидном окружном гребне 20 расположена коробчатая конструкция 25, а на фиг. 8 на кольцевидном гребне 20 расположен сплошной блок 26, смотря что лучше подходит к конструктивным требованиям.
На фиг. 7 верхняя стенка коробчатой конструкции также может быть изготовлена как часть стенки ствола, проходящая горизонтально. На фиг. 8 такая отдельная проходящая горизонтально стенка ствола реально не представлена, но может рассматриваться как выполненная за одно целое с блоком 26. В другом, не изображенном, варианте выполнения, тем не менее, сплошной блок 26 может быть расположен ниже такой стенки ствола.
Изобретение не ограничено описанными выше вариантами выполнения, которые могут быть широко изменены в пределах объема изобретения, определенного в прилагаемой формуле изобретения.