Нижняя опора швартовочного устройства судна
BOTTOM SUPPORT OF THE MOORING SYSTEMS OF THE VESSEL

Изобретение относится к швартовочному устройству для судна, содержащему буровую шахту, выполненную в указанном судне и содержащую корпус, башню, расположенную в указанной буровой шахте и установленную в ней с возможностью поворота вокруг оси вращения башни относительно буровой шахты с помощью верхнего опорного узла и нижнего опорного узла, и швартовные тросы, присоединенные к нижней части башни, причем нижний опорный узел содержит жесткое внутреннее опорное кольцо, присоединенное к указанной нижней части башни, наружное опорное кольцо, присоединенное к корпусу буровой шахты, набор опорных блоков, разнесенных в окружном направлении и расположенных между внутренним и наружным опорными кольцами для обеспечения передачи нагрузки между указанными кольцами, и крепежные средства, взаимодействующие с указанными опорными блоками для поддержания по существу фиксированного положения блоков относительно наружного опорного кольца.
Помимо швартовных тросов (которые, например, могут содержать швартовные цепи) к нижней части башни также могут быть присоединены водоотделяющие колонны (например, для нефти или газа), а также другое оборудование (например, буровое оборудование). Башня обеспечивает возможность поворота судна (флюгером) в ответ на изменение внешних условий (таких как, например, ветер, волны и течение) без отсоединения швартовных тросов и водоотделяющих колонн. Обычно верхняя опора (также иногда называемая главной опорой) передает  часть вертикальных усилий (которые в основном представляют собой гравитационные силы и силы ускорения, обусловленные весом башни, швартовных тросов и водоотделяющих колонн). Нижняя опора преимущественно отвечает за передачу радиальных нагрузок (которые в основном представляют собой нагрузку со стороны швартовных тросов и водоотделяющих колонн) между башней и судном.
Благодаря наличию крепежных средств опорные блоки швартовочного устройства по существу находятся в неподвижном положении относительно наружного опорного кольца. В известном швартовочном устройстве опорные блоки размещены или зафиксированы в креплениях, присоединенных к наружному опорному кольцу таким образом, что соответствующие нагрузки, воспринимаемые между внутренним опорным кольцом и наружным опорным кольцом, в основном передаются через указанные крепления. Однако это может привести к неблагоприятным условиям, в том числе к концентрации напряжений в тех местах наружного опорного кольца, где эти крепления присоединены к нему.
Целью данного изобретения является создание усовершенствованного швартовочного устройства вышеуказанного типа.
Согласно данному изобретению швартовочное устройство отличается тем, что крепежные средства выполнены с обеспечением возможности совершения опорными блоками установочного перемещения относительно наружного опорного кольца для занятия положения, в котором передача нагрузки между опорными блоками и наружным опорным кольцом происходит с минимальной концентрацией напряжений внутри указанного кольца и при котором  часть нагрузки передается непосредственно между опорными блоками и наружным опорным кольцом без ее направления через крепежные средства.
В то время как известный способ крепления опорного блока к наружному опорному кольцу приводит до некоторой степени к неподвижному присоединению опорного блока к указанному кольцу, способ, с помощью которого опорный блок присоединяют к наружному опорному кольцу согласно данному изобретению, создает более динамичное соединение, которое дает опорному блоку возможность корректировать (устанавливать) свое положение относительно наружного опорного кольца так, что передача нагрузки может происходить без нежелательной концентрации напряжений в указанном кольце. Кроме того, крепежное средство не играет существенной роли в передаче нагрузки, которая в данном случае происходит непосредственно между внутренним и наружным опорными кольцами, что также способствует снижению концентрации напряжений в наружном кольце. Другие преимущества, получаемые с помощью данного изобретения, могут относиться к уменьшению операций по сварке и механической обработке, исключению фрезерования для образования выемок и уменьшению срока пребывания в доке на этапе производства во время проведения инспекционных и ремонтных работ.
В одном варианте выполнения швартовочного устройства согласно данному изобретению каждый опорный блок имеет наружную поверхность, непосредственно взаимодействующую с внутренней поверхностью наружного опорного кольца, при этом опорный блок по меньшей мере на одной своей стороне содержит поворотное соединение с наружным опорным кольцом. Указанное поворотное соединение обеспечивает возможность установочного перемещения, тогда как непосредственное взаимодействие между указанной наружной поверхностью опорного блока и внутренней поверхностью наружной опоры обеспечивает возможность достижения непосредственной передачи нагрузки.
Более конкретно, в таком варианте выполнения указанное поворотное соединение может содержать поворотный элемент, первый конец которого присоединен к указанной стороне опорного блока, а противоположный второй конец с возможностью поворота присоединен к поворотной оси, присоединенной к наружному опорному кольцу. Поворотный элемент может быть выполнен множеством различных способов, например, в виде стержня или пластины.
В другом варианте выполнения швартовочного устройства указанное поворотное соединение содержит гибкий элемент, первый конец которого присоединен к указанной стороне опорного блока, а противоположный второй конец присоединен к наружному опорному кольцу.
В таком варианте выполнения гибкий элемент образует поворотное соединение без выполнения фактического шарнира. По существу соединение гибкого элемента с опорным блоком и наружным опорным кольцом является жестким (и может быть непосредственным или опосредованным). «Шарнир» обеспечивается гибкостью указанного элемента.
Гибкий элемент может представлять собой гибкую пластину. Например, такая гибкая пластина может быть изготовлена из пружинной стали, резины, синтетического материала или материала, обладающего естественной упругостью (например, из стали ограниченной толщины).
В одном варианте выполнения указанный противоположный второй конец гибкого элемента присоединен к кронштейну, выступающему во внутреннем направлении от наружного опорного кольца. Это обеспечивает непосредственное присоединение гибкого элемента к наружному опорному кольцу, что может обеспечить возможность простого монтажа и демонтажа.
В конкретном варианте выполнения швартовочного устройства указанная сторона опорного блока, на которой имеется поворотное соединение с наружным опорным кольцом, является верхней стороной опорного блока. В результате опорный блок проходит вниз от поворотного соединения, что содействует устойчивости положения указанного блока.
Однако возможен также вариант, при котором поворотное соединение с наружным опорным кольцом имеется на двух противоположных сторонах опорного блока. Такой вариант выполнения также приводит к очень стабильному положению опорного блока, но в целом усложняет процесс его монтажа и демонтажа (например, для текущего ремонта). По существу, поворотное соединение в таком варианте выполнения также обеспечивает возможность некоторого поступательного перемещения для осуществления желаемого установочного перемещения.
В соответствии с различными вариантами выполнения указанные две противоположные стороны могут быть сторонами, обращенными в окружном направлении (что обеспечивает преимущество, заключающееся в упрощении монтажа и демонтажа, так как обе стороны легко доступны изнутри буровой шахты и из местоположения над нижним опорным узлом, однако этот вариант выполнения может противоречить необходимости расположения соседних опорных блоков близко друг к другу в окружном направлении), или могут быть сторонами, обращенными в направлении вверх и вниз (что обеспечивает возможность расположения соседних опорных блоков близко друг к другу, но в целом усложняет монтаж и демонтаж).
Если крепежные средства (например, поворотное соединение) являются регулируемыми, положение опорных блоков может быть по мере возможности отрегулировано уже во время монтажа, так что требуемые установочные перемещения (обеспечиваемые крепежными средствами) могут быть сведены к минимуму.
В одном варианте выполнения швартовочного устройства согласно данному изобретению опорные блоки имеют внутреннюю поверхность, взаимодействующую с наружной поверхностью внутреннего опорного кольца, и наружную поверхность, взаимодействующую с внутренней поверхностью наружного опорного кольца, причем коэффициент трения между внутренней поверхностью опорных блоков и наружной поверхностью внутреннего опорного кольца меньше коэффициента трения между наружной поверхностью опорных блоков и внутренней поверхностью наружного опорного кольца.
Следствием этого является то, что во время вращения башни внутри буровой шахты скольжение между опорными блоками и внутренним опорным кольцом (где силы трения наименьшие) возникает еще до того, как опорные блоки начнут пытаться скользить относительно наружного кольца (что приведет к нагрузке на крепежные средства). Таким образом, нагрузки, действующие в окружном направлении на крепежные средства, исключаются или по меньшей мере сводятся к минимуму.
Предпочтительно внутреннее опорное кольцо по меньшей мере имеет наружную поверхность для контакта с опорными блоками, которая выполнена из коррозионно-устойчивого твердого материала, такого как, например, сталь, покрытая сплавом Inconel (или аналогичным), обеспечивающим низкий коэффициент трения. Однако аналогичным образом также могут быть выполнены другие поверхности других элементов.
В одном варианте выполнения опорные блоки имеют внутреннюю и наружную поверхности для контакта соответственно с внутренним и наружным опорными кольцами, причем по меньшей мере наружная поверхность выполнена из материала с относительно низким модулем упругости (такого как синтетический материал). Возможно также выполнение обеих поверхностей опорного блока, наружной и внутренней, из такого материала.
Несмотря на то что опорные блоки могут быть полностью изготовлены из такого материала, в другом варианте выполнения указанные блоки содержат металлический, предпочтительно стальной сердечник.
В конкретном варианте выполнения швартовочного устройства согласно данному изобретению башня выполнена с возможностью изгиба относительно ее оси вращения, причем части корпуса, соединенные с наружным опорным кольцом, являются гибкими для обеспечения возможности перемещения наружного опорного кольца относительно буровой шахты, при этом указанное наружное кольцо является гибким.
Гибкость башни приводит к ситуации, в которой радиальные усилия передаются главным образом через нижнюю опору (и, следовательно, не передаются или передаются в незначительном количестве к верхней опоре, что приводит к большим моментам, которые обычно требуют увеличенных размеров и, следовательно, избыточного веса такой верхней опоры). Сама башня и окружающие/поддерживающие конструкции также могут быть выполнены с меньшим общим весом. Возможность перемещения наружного опорного кольца относительно буровой шахты (и, следовательно, относительно судна) в комбинации с относительно увеличенной гибкостью наружного опорного кольца также позволяют решить вопрос овализации, вызванной деформациями судна (например, известной в данной области техники как «выгибание» и «прогиб»). Благодаря возможному установочному перемещению опорных блоков в соответствии с данным изобретением результирующие деформации наружного опорного кольца, тем не менее, не оказывают отрицательного воздействия на способность опорных блоков эффективно передавать нагрузки между внутренним и наружным опорными кольцами. Гибкость наружного кольца дополнительно способствует надлежащему взаимодействию с опорными блоками.
Башня в своей нижней части может содержать жесткую цилиндрическую пластину, к которой прикреплены швартовные тросы и которая на своей наружной периферии содержит указанное внутреннее опорное кольцо или выполнена в виде него.
Такая нижняя пластина (которую в соответствующей области техники также называют цепным столом) обеспечивает очень устойчивую, жесткую форму внутреннего опорного кольца.
В предпочтительном варианте выполнения взаимодействие между наружным опорным кольцом и опорным блоком является более упругим и характеризуется более высоким коэффициентом трения, чем взаимодействие между внутренним опорным кольцом и опорным блоком.
Ниже приведено описание изобретения со ссылкой на чертежи, на которых:
фиг. 1 схематически изображает разрез известного швартовочного устройства,
фиг. 2 изображает разрез в радиальном направлении части швартовочного устройства согласно первому варианту выполнения данного изобретения,
фиг. 3 изображает вид по стрелке III на фиг. 2,
фиг. 4 иллюстрирует способ закрепления опорного блока.
Фиг. 5-8 схематически и частично изображают альтернативные варианты выполнения согласно данному изобретению.
На фиг. 1 схематически изображена основная конструкция швартовочного устройства для судна, относящегося к типу, рассматриваемому в данном изобретении. Такая швартовочная конструкция содержит буровую шахту 1, расположенную в судне 2 и содержащую корпус 3. В фактическом варианте выполнения такая шахта 1 может, например, иметь диаметр от 5 до 25 метров. Внутри шахты 1 расположена башня 4. В верхней части башни 4 выполнен поворотный стол 5 (или аналогичная конструкция), который взаимодействует с верхним главным опорным узлом 6, так что башня 4 может поворачиваться относительно шахты 1 (и судна 2) вокруг оси 7 вращения башни.
Как по существу известно, на поворотном столе 5 (или другой конструкции в верхней части башни 4) могут быть установлены другие элементы, такие как вертлюг, подъемное оборудование и т.д. Верхний опорный узел 6 обычно воспринимает основную часть веса башни 4 и компонентов, присоединенных к ней и расположенных на ней, и воздаваемые ими осевые (вертикальные) усилия.
В нижней части башни 4 расположен нижний опорный узел 8, который в целом передает радиальные нагрузки (преимущественно со стороны швартовов и водоотделяющих колонн) между башней 4 и корпусом 3 шахты 1 (и, следовательно, судном 2). Башня 4 может быть выполнена с возможностью некоторого изгиба относительно оси 7 ее вращения.
Дополнительные швартовные тросы 9 (например цепи) присоединены к нижней части или цепному столу 10 башни 4 (и проходят до места швартовки, например, на дне моря). Стол 10 по существу также поддерживает водоотделяющие колонны 11, с помощью которых нефть или газ перемещается к судну 2 или от него. Разумеется, такие колонны 11 проходят далее вверх вдоль башни 4 по направлению к верхнему оборудованию, такому как вертлюг, как указано выше, однако этот факт не отражен на чертежах как известный в области техники и не являющийся важным для понимания данного изобретения. Стол 10 также может поддерживать другое оборудование (например, буровое оборудование).
Нижний опорный узел 8 в целом содержит жесткое внутреннее опорное кольцо 12, присоединенное к столу 10, наружное опорное кольцо 13, присоединенное к корпусу 3 шахты 1, и набор опорных блоков 14, разнесенных в окружном направлении и расположенных между внутренним и наружным кольцами 12, 13 для обеспечения передачи нагрузки между указанными кольцами. Внутреннее кольцо 12 может по меньшей мере иметь наружную поверхность для контакта с блоками 14, которая выполнена из коррозионно-устойчивого твердого материала, такого как, например, сталь, покрытая сплавом Inconel (или аналогичным), обеспечивающим низкий коэффициент трения.
В результате принятия определенных конструктивных мер, например выполнения выемок 15 в конструкции 16 судна непосредственно вблизи наружного кольца 13, части 3' корпуса 3, соединенные с кольцом 13, являются гибкими для обеспечения возможности ограниченных перемещений кольца 13 относительно шахты 1. Более того, само кольцо 13 является гибким для обеспечения возможности принятия им некруговой формы.
Не показаны на фиг. 1, но подробно описаны в связи со следующими чертежами крепежные средства, взаимодействующие с блоками 14 для поддержания по существу фиксированного положения блоков 14 относительно наружного кольца 13. Такие крепежные средства известны в данной области техники, но согласно данному изобретению имеют особую конструкцию.
На фиг. 2 и 3 изображен первый вариант выполнения таких крепежных средств. Блок 14 содержит пластину 17, которая расположена на его верхней стороне и верхний конец которой с возможностью поворота соединен с поворотной осью 18, поддерживаемой кронштейнами 19, прикрепленными к наружному кольцу 13 и выступающими от него во внутреннем направлении. В результате эти крепежные средства обеспечивают возможность совершения блоками 14 установочных перемещений относительно наружного кольца 13 для занятия положения, в котором передача нагрузки между блоками 14 и кольцом 13 происходит с минимальной концентрацией напряжений внутри кольца 13.
Следует отметить, что хотя такие установочные перемещения в данном случае являются следствием некоторого поворотного перемещения, также возможен вариант, при котором такие установочные перемещения являются следствием других типов перемещения, например поступательных перемещений (что обеспечивается соответствующими преобразующими механизмами).
Как ясно видно на фиг. 2, опорный блок 14 имеет наружную поверхность, непосредственно взаимодействующую с внутренней поверхностью наружного кольца 13. В результате  часть нагрузки передается непосредственно между блоком 14 и кольцом 13 без ее направления через крепежные средства (пластину 17, ось 18 и кронштейны 19).
Следует отметить, что пластина 17 также может быть заменена другим элементом, таким как, например, стержень.
Опорный блок 14 содержит внутреннюю пластину 20 (например, выполненную из синтетического или другого конструкционного материала) с обращенной внутрь поверхностью для взаимодействия с наружной поверхностью внутреннего кольца 12 (которая, как указано выше, может быть выполнена из коррозионно-устойчивого твердого материала, такого как, например, сталь, покрытая сплавом Inconel (или аналогичным), обеспечивающим низкий коэффициент трения) и наружную пластину 21 (например, также выполненную из упругого материала) с обращенной наружу поверхностью, взаимодействующей с внутренней поверхностью наружного кольца 13. Предпочтительно коэффициент трения между внутренней поверхностью пластины 20 и наружной поверхностью кольца 12 меньше коэффициента трения между наружной поверхностью пластины 21 и внутренней поверхностью кольца 13.
В варианте выполнения, изображенном на фиг. 2, между внутренней пластиной 20 и наружной пластиной 21 расположен сердечник 22 (например, изготовленный из металла, такого как сталь). В другом варианте выполнения (не показанном на чертежах) такой сердечник 22 может отсутствовать.
На фиг. 4 проиллюстрирован пример процесса закрепления опорного блока 14. Ось 18 образуют двумя подвижными штифтами 18'. В положении, при котором штифты 18' сдвинуты в направлении друг к другу (см. блок 14'), опорный блок опускают между двумя кронштейнами 19 (например, с помощью подъемного троса 23 подъемного механизма, который может быть присоединен к корпусу 3 в местоположении, находящемся на более высоком уровне в шахте 1). После опускания и установки в надлежащее положение между кронштейнами 19 штифты 18' отодвигают друг от друга и закрепляют (как показано для штифтов 18'' блока 14'').
На фиг. 5 очень схематично изображен другой вариант выполнения, в котором подвижное соединение между блоком 14 и наружным кольцом 13 (или смежной частью 3' корпуса), обеспечивающее возможность окончательной установки, содержит гибкий элемент 24, например гибкую пластину, первый (в данном случае нижний) конец которого присоединен к верхней стороне блока 14, а противоположный второй (в данном случае верхний) конец присоединен к наружному кольцу 13 (непосредственно или, как показано в данном документе, с помощью дополнительного элемента, такого как кронштейн 25 и часть 3' корпуса).
На фиг. 6 и 7 изображены два различных варианта выполнения, в которых не только одна, а две, противоположные стороны опорного блока 14 снабжены крепежными средствами 26 для обеспечения подвижного соединения с наружным кольцом 13. На фиг. 6 указанные противоположные стороны представляют собой стороны, обращенные в направлении вверх и вниз, а на фиг. 7 - стороны, обращенные в окружном направлении. Крепежные средства 26 могут быть выполнены в различных вариантах.
Наконец, фиг. 8 приведена для схематичной иллюстрации того, что крепежные средства (или подвижное соединение) могут быть выполнены с возможностью регулирования. В изображенном варианте выполнения блок 14 присоединен к пластине 17, которая может поворачиваться вокруг оси 18, поддерживаемой кронштейнами 19. Как схематично показано с помощью регулировочных винтов 27, положение и/или ориентация оси 18 могут быть изменены (следует отметить, что такое регулирование может происходить в любом направлении, несмотря на приведенное изображение, на котором в основном проиллюстрировано регулирование в вертикальном направлении). После достижения требуемого положения оси 18 и, следовательно, блока 14 может быть выполнено (полу)постоянное запирание, например, с использованием запирающего материала, такого как эпоксидная смола Chockfast Orange. Разумеется, такая регулировка блоков 14 также может быть осуществлена с помощью других вариантов выполнения крепежных средств.
Изобретение не ограничено вышеописанными вариантами выполнения, которые могут быть подвергнуты широкому ряду изменений в рамках объема изобретения, определяемого прилагаемой формулой изобретения. Таким образом, несмотря на то что опорные блоки описаны как расположенные на наружном опорном кольце, также возможен вариант, при котором они установлены на части корпуса, расположенной непосредственно смежно с наружным опорным кольцом. Кроме того, несмотря на то что изобретение описано применительно к судну, содержащему буровую шахту, его принципы и объем также распространяются на ситуацию, в которой отсутствует традиционная буровая шахта, но при этом судно содержит надставку, которая действует аналогично такой буровой шахте. Наконец, следует отметить, что данное изобретение также охватывает варианты выполнения, в которых внутреннее кольцо занимает функциональное место вышеописанного наружного кольца и обладает его функциональными свойствами, и наоборот (таким образом, они взаимно заменяют друг друга с функциональной точки зрения). Соответственно, в таких вариантах выполнения крепежные средства могут быть выполнены с обеспечением возможности выполнения опорными блоками установочного перемещения относительно внутреннего опорного кольца для занятия положения, в котором передача нагрузки между блоками и внутренним кольцом происходит с минимальной концентрацией напряжений внутри указанного кольца, при этом  части нагрузки передается непосредственно между опорными блоками и внутренним кольцом без ее направления через крепежные устройства. Более того, в таких вариантах выполнения взаимодействие между внутренним кольцом и опорным блоком может быть более упругим и характеризоваться более высоким коэффициентом трения, чем взаимодействие между наружным кольцом и опорным блоком.