ЯКОРЬ С ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ МУФТОЙ
ANCHOR WITH TEST COUPLING

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к якорю, в частности, к якорю закрепления тяжелых морских объектов, таких как буровая платформа, в грунте якорного места в течение длительного периода эксплуатации, который может продолжаться многие годы.
Уровень техники
Такие якоря на якорном канате размещаются на грунте якорного места с монтажного судна, после чего монтажное судно тянет якорную цепь для заглубления якоря в грунт якорного места. Во время перемещения тянущее усилие на якорном канате измеряется с монтажного судна. Тянущее усилие и траектория перемещения монтажного судна образуют параметр для траектории заглубления якоря, и якорь может обеспечивать ожидаемую прочность крепления.
Владельцы тяжелых морских объектов предъявляют высокие требования к степени надежности ожидаемой прочности крепления. Таким образом, должно быть исключено, что рассматриваемый компонент прочности крепления, измеренной на монтажном судне, будет иметь отношение к препятствиям, которые цепляются за якорный канат во время заглубления якоря.
Задача изобретения состоит в том, чтобы предложить якорь, обеспечивающий приемлемую степень траектории заглубления якоря и ожидаемую прочности крепления
Раскрытие изобретения
Изобретение предлагает якорь, содержащий лапу, которая может быть заглублена в грунт якорного места в соответствии с направлением заглубления за счет воздействия тянущего усилия на якорную цепь, соединенную с якорем, и измерительную муфту, которая во время заглубления лапы образует передачи усилия между якорным канатом и лапой, при этом измерительная муфта снабжена первым соединительным элементом, который соединен с лапой, вторым соединительным элементом, который соединен с якорным канатом, полой соединительной штангой, которая соединяет соединительные элементы друг с другом, при этом соединительные элементы в продольном направлении штанги зацепляются за соединительную штангу в различных местах для ее деформирования, и измерительным элементом, продолжающимся через полую соединительную штангу, и который, по меньшей мере, на концах соединен с соединительной штангой для деформирования вместе с соединительной штангой, при этом измерительный элемент снабжен датчиками деформации для регистрирования параметров деформирования измерительного элемента.
Соединительная штанга деформируется, в частности изгибается, в зависимости от усилий, прикладываемых к соединительной штанге первым и вторым соединительным элементом. Вышеуказанная деформация прикладывается к измерительному элементу, и эта деформация регистрируется датчиками деформации. Таким образом, деформация, регистрируемая датчиками деформации, представляет собой параметр для действия усилий между первым и вторым соединительным элементом на стороне якоря, что означает независимость усилий, которые могут действовать на якорный канат при воздействии препятствий. Таким образом, ожидаемая прочность крепления якоря может быть спрогнозирована с высокой степенью достоверности. Соотношение между действием усилий и деформациями может быть определено на основе интерполяции данных испытаний, полученных ранее, или может быть вычислено по правилам механики, например, с помощью анализа конечных элементов.
По варианту выполнения измерительный элемент неподвижно соединен с соединительной штангой, в результате чего деформации соединительной штанги могут непосредственно воздействовать на измерительный элемент.
По варианту выполнения измерительный элемент свободно продолжается через соединительную штангу между концами, соединенными с соединительной штангой, в результате чего измерительный элемент может быть легко вставлен в полость соединительной штанги.
Полость соединительной штанги может быть образована прямым отверстием через соединительную штангу. По варианту свободного прохождения измерительный элемент может быть более узким по длине между концами, чем у его концов.
По варианту выполнения измерительный элемент содержит, по меньшей мере, одну вытянутую полосу или пластину. Благодаря своей форме полоса или лист пригодны для механических расчетов.
По варианту выполнения измерительный элемент содержит, по меньшей мере, две вытянутых полосы или пластины, который по их длине расположены, по существу, поперек друг друга. Положение поперек друг друга предлагает возможность анализа деформаций по системе прямоугольных координат.
В простом варианте выполнения полосы неподвижно соединены друг с другом.
В варианте выполнения полосы в поперечном сечении имеют форму креста. Датчики деформаций могут быть предусмотрены на всех полках крестообразного элемента для точного определения деформации соединительной штанги.
В варианте выполнения измерительный элемент изготовлен из металла, предпочтительно, из стали.
В варианте выполнения датчики деформации сгруппированы, по меньшей мере, в одном прямом ряду, продолжающемуся, по существу, поперек продольного направления измерительного элемента. Деформация измерительного элемента может регистрироваться на большей части его ширины, включая сюда различия деформаций по длине группы, что представляет собой точное определение деформации всего измерительного элемента и, тем самым, возможно, соединительной штанги.
В варианте выполнения датчики деформации сгруппированы в несколько прямых рядов, распределенных по измерительному элементу в продольном направлении измерительного элемента, так чтобы можно было зарегистрировать деформацию в нескольких местах, распределенную по длине по большей части ширины измерительного элемента.
В варианте выполнения измерительная муфта содержит два первых соединительных элемента, которые находятся на расстоянии друг от друга и зацепляются за соединительную штангу. Первые соединительные элементы, соединенные с лапой, могут нагружать соединительную штангу для изгибания совместно со вторым соединительным элементом, в результате чего изгибание и специфическая форма изгибания будут представлять собой параметр для усилия, с которым якорный канат действует на лапу, и для направления вышеуказанного усилия. Аналогично этому, измерительная муфта может содержать два вторых соединительных элемента, которые находятся на расстоянии друг от друга и зацепляются за соединительную штангу.
По варианту выполнения две первых соединительных элемента или два вторых соединительных элемента в измерительной муфте образуют наиболее удаленное зацепление на соединительной штанге. Между ними другие соединительные элементы могут зацепляться друг с другом для нагружения соединительной штанги с целью изгибания.
В варианте выполнения якорь содержит веретено, которое неподвижно соединено с лапой, при этом первый соединительный элемент образует часть веретена, и первый соединительный элемент предпочтительно расположен на конце веретена, который повернут в сторону от лапы.
По варианту выполнения соединительная штанга относительно ее поворачивания, неподвижно соединена с веретеном, в результате чего направление усилия, прикладываемого к соединительной штанге вторым соединительным элементом, может относиться к веретену и лапе.
По варианту выполнения второй соединительный элемент образует конец соединителя якорного каната, соединенного с якорным канатом. Соединителем якорного каната может быть, например, прямая скоба, которая может поворачиваться вокруг соединительной штанги.
Направление заглубления и, тем самым, усилий заглубления, будет, по существу, параллельно продольно плоскости симметрии якоря. По варианту выполнения соединительная штанга в продольном направлении продолжается поперек продольной плоскости симметрии якоря, в результате чего соединительная штанга, продолжающаяся поперек продольной плоскости симметрии, может быть надлежащим образом нагружена для изгибания с целью определения действия усилий.
По варианту выполнения измерительная муфта дополнительно снабжена угломером, который расположен в соединительной штанге, так чтобы в дополнение к воздействию усилий на соединительную штангу можно было определять наклоны соединительной штанги относительно воображаемой плоскости, что является параметром для наклона и поворачивания якоря.
По варианту выполнения измерительная муфта снабжена измерителем ускорений, который расположен в соединительной штанге, так чтобы с помощью своевременного моментного ускорения можно было определить траекторию соединительной штанги, что является параметром для траектории заглубления якоря в грунт якорного места.
По варианту выполнения измерительная муфта снабжена датчиком давления для регистрирования давления воды в месте расположения измерительной муфты. Давление воды является параметром для глубины нахождения якоря относительно горизонта воды, из которого может быть определена глубина грунта якорного места. Совместно, например, с наклоном, горизонтальный компонент траектории крепления также может быть определен из глубины.
Данные, полученные с помощью вышеуказанного измерительного устройства, могут быть обработаны и интерпретированы на удалении от якоря, например, на монтажном судне, когда измерительная муфта содержит электронную схему, которая соединена с датчиками деформации и, предпочтительно, с угломером и/или измерителем ускорений и/или датчиком давления, при этом электронная схема адаптирована для обработки и передачи данных измерения на удаленное устройство расчета и обработки.
Угломер, измеритель ускорений и/или электронная схема могут быть размещены в полой соединительной штанге как одно сборное устройство с измерительным элементом и могут быть прикреплены, когда они неподвижно соединены измерительным элементом.
Аспекты и характеристики, представленные в этом описании и формуле изобретения заявки, и/или показанные на чертежах этой заявки, также могут использоваться по отдельности. Вышеуказанные отдельные аспекты могут быт предметом соответствующих выделенных заявок на патент. Это, в частности, относится к характеристикам и аспектам, описанным, по существу, в зависимых пунктах формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение будет описано на основе ряда примерных вариантов выполнения со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:
фиг.1 - вид спереди в изометрии якоря по изобретению, соединенного с якорным канатом с помощью измерительной муфты;
фиг.2 - вид сбоку на якорь из фиг.1, заглубленный в грунт якорного места;
фиг.3A-3D - продольный разрез, поперечный разрез, и детальные виды измерительной муфты из фиг.1 и 2;
фиг.4A-4C - примеры действия усилий на измерительную муфту из предыдущих фигур во время заглубления якоря в грунт якорного места.
Осуществление изобретения
На фиг.1 и 2 показан стальной якорь 1 по варианту выполнения изобретения. Якорь 1 предназначен для закрепления тяжелых морских объектов, таких как буровая платформа, которая не показана, в грунте 2 якорного места в течение длительного периода эксплуатации, который может продолжаться многие годы. Якорь 1 содержит лапу 10 и веретено 30, которое наклонено вперед относительно лапы 10 и которое на конце снабжено измерительной муфтой 50, с помощью которой якорь 1 соединен с якорным канатом 4. Якорь 1, по существу, симметричен относительно его продольной плоскости М симметрии. Якорь 1 предназначен для перемещения в переднем направлении P заглубления при его введении в грунт 2 якорного места, по существу, параллельно продольной плоскости М симметрии.
Лапа 10 изготовлена из листовых элементов и содержит у задней стороны по ширине основную плиту 11, и эта основная плита с обеих сторон от центра продольной плоскости М соединена с двумя треугольными передними концами 12. С обеих сторон основания 11 предусмотрены две ориентированные вниз боковых плиты 13, продолжающиеся параллельно друг другу, и ниже передних концов 12 от вершин 14 продолжаются две параллельных продольных подпорки 15. На верхней стороне лапа 10 предусмотрены вертикальные крепежные выступы 16, 17 с крепежными пальцами 18, 19 для крепления веретена 30.
Веретено 30 изготовлено с двумя листообразными стойками 31 веретена, которые в верхнем направлении наклонены в направлении друг друга. Стойки 31 веретена соединены друг с другом по всей длине с помощью поперечных плит 34. С нижней стороны стойки 31 веретена имеют изогнутый участок 37, расположенный между крепежными выступами 16, 17, в которых крепежные пальцы 18, 19 продолжаются через установочные отверстия, непоказанные на изогнутых участках 37. С задней стороны установочные отверстия образованы в усиленной части 32 на изогнутом участке 37, и эта усиленная часть 32 снабжены группой дополнительных отверстий 33 для регулирования угла между лапой 10 и веретеном 30. У верхнего конца стойки 31 веретена снабжены концевыми выступами 35, продолжающимися параллельно друг другу и имеющими установочные отверстия 36 для измерительной муфты 50, соединенной с якорным канатом 4.
Измерительная муфта 50 также подробно показана на фиг.3A-3D и содержит прямой цилиндрический стальной соединительный валик 54, который продолжается через установочные отверстия 36 концевых выступов 35. Осевая линия S соединительного валика 54 ориентирована, по существу, перпендикулярно продольно плоскости М симметрии. Между концевыми выступами 35 соединительный валик 54 также продолжается через выступы 52 прямой скобы 51, соединенной с якорным канатом 4. Соединительный валик 54 установлен с плюсовыми допусками в установочных отверстиях 36 и выступах 52, при этом предусматривается непоказанное индексирование, которое противодействует вращению соединительного валика 54 вокруг его осевой линии S относительно веретена 30. Прямая скоба 51 может поворачиваться вокруг соединительного валика 54 в продольной плоскости М симметрии.
Соединительный валик 54 снабжен цилиндрическим отверстием или внутренним пространством 55, которое на концах закрыто торцевыми крышками 56, приваренными по окружности сварным швом 57, в результате чего внутреннее пространство 55 становится водонепроницаемым. Во внутреннем пространстве 55 установлен вытянутый измерительный элемент 60.
Измерительный элемент 60 содержит вытянутый вертикальный стальной лист 61 и вытянутый горизонтальный стальной лист 62, имеющие, по существу, постоянную толщину. В этом примере стальные листы 61, 62 являются идентичными. Оба стальных листа 61, 62 снабжены двумя прямыми верхними концевыми краями 65, которые через четыре прямых продольных концевых края 63 соединены с двумя отступающими прямыми продольными боковыми краями 64, которые образуют сужение соответствующих пластин 61, 62 относительно продольных концевых краев 63. Обе пластины 61, 62 снабжены центральным пазом 66, который продолжается от одного из прямых верхних концевых краев 65 на половину длины соответствующей пластины 61, 62, после чего пластина 61, 62 вставляются в центральные пазы 66 друг друга и свариваются по всей длине. Таким образом, измерительный элемент 60 имеет призматическую форму с перпендикулярными сторонами и крестообразным сечением по длине. Благодаря вышеуказанному продольному шву ребра крестообразного измерительного элемента жестко соединены друг с другом.
Верхние концевые края 65 и продольные концевые края 63 измерительного элемента 60 упираются в граничную стенку 58 внутреннего пространства 55 и внутреннюю поверхность 59 торцевых крышек 56, соответственно, при этом между продольными концевыми краями 63 и граничной стенкой 58 выполнен сварной шов для ее неподвижного соединения с соединительным валиком 54. В результате упругая деформация на концах соединительного валика 54 прикладывается к измерительному элементу 60, в то время как он остается свободным от граничной стенки 58 по всему сужению, образованному продольными боковыми краями 64.
Как показано на фиг.3A и 4C, с обеих сторон центральной части и с обеих сторон продольно плоскости М симметрии обе пластины 61, 62 измерительного элемента 60 в этом примере снабжены в общей сложности восемью несущими полосами 71-78, продолжающимися поперек осевой линии S. Каждая несущая полоса 71-78 в этом примере снабжена группой из двенадцати электрических датчиков 80 деформации. Измерительный элемент 60 снабжен несущей пластиной 67, которая соединена с вертикальной стальной пластиной 61. Несущая пластина 67 снабжена печатной платой 81, имеющей электронную схему, электрически соединенную с каждым из датчиков 80 деформаций.
Вертикальная пластина 61 также снабжена устройством, имеющим электронные угломеры и измерители ускорений, которые электрически соединены с печатной платой 81. Печатная плата 81, кроме того, соединена с датчиком 90 наружного давления для измерения давления воды. Печатная плата 81, кроме того, соединена с кабелем 83 питания, который с помощью устройства 84 ослабления натяжения вставлен в соединительный валик 54 и соединен с отделением для батареи, которое не показано, на веретене 30. Печатная плата 81, кроме того, соединена с кабелем 85 связи, который с помощью устройства 86 ослабления натяжения вставлен в торцевую крышку 56 и соединен с акустическим модемом 87, который, по существу, известен как устройство для акустической передачи 88 данных под водой. Вышеуказанное устройство 86 ослабления натяжения защищено с помощью кожуха, приваренного к торцевой крышке. Электронная схема на печатной плате 81 адаптирована для приема, обработки и передачи электронных сигналов от датчиков 80 деформаций, угломеров, измерителей ускорений и датчика 90 давления. Благодаря неподвижной ориентации измерительного элемента 60 относительно веретена 30, может быть определено положение якоря 1 относительно воображаемой горизонтальной плоскости Н и воображаемой вертикальной плоскости V, и, тем самым, наклон и поворачивание якоря 1. С помощью датчика 90 давления может быть определена высота толщи воды над соединительным валиком 54 и, тем самым, глубина нахождения якоря 1 относительно горизонта воды.
На фиг.2 показан якорь 1 во время его введения в грунт 2 якорного места, например, морское дно, под уровнем моря 3 с непоказанного монтажного судна, находящегося на горизонте 5 воды. Монтажное судно оборудовано непоказанным акустическим модемом для связи с модемом 87 на якоре 1, и этот модем соединен с устройством расчета и обработки данных. На предыдущем этапе якорь 1 был помещен с монтажного судна на грунт 2 якорного места на глубину D с вершиной 14 лапы 10 в направлении монтажного судна. Акустический модем 87 и кабель 85 связи находятся в воде 3. Затем монтажное судно воздействует с усилием F на якорь 1 через якорный канат 4, в результате чего якорь 1 перемещается по траектории J заглубления на некоторую глубину Е в грунте 2 якорного места.
Во время перемещения по траектории J заглубления концевые выступы 35 веретена 30, с одной стороны, и выступы 52 прямой скобы 51, с другой стороны, прикладывают изгибающие усилия и изгибающие моменты к соединительному валику 54, при этом на измерительный элемент 60 воздействуют соответствующие деформации. Это имеет место в области упругих деформаций соединительного валика 54 и измерительного элемента 60. Затем датчики 80 деформации подвергаются деформации через пластины 61, 62 измерительного элемента 60, например, для каждой пластины 61, 62 согласно распределению Q, как показано векторами на фиг.4C. Деформации отдельных датчиков 80 деформации и данные угломеров и измерителей ускорений регистрируются электронной схемой и передаются непосредственно в устройство расчета и обработки данных на монтажном судне. Устройство расчета и обработки данных может выводить из этих данных траекторию J заглубления и соответствующее действие усилий F1-F3 между якорем 1 и якорным канатом 4, например, посредством интерполяции известных данных испытаний или с помощью анализа конечных элементов. Усилие, может быть, например, ориентировано горизонтально, как показывает усилие F1, может быть наклонено вверх под углами A, B, как показывает усилие F2, или может быть наклонено вниз под углами K, N. На основе амплитуды и направления усилий F1-F3 относительно траектории J заглубления можно определить с приемлемой надежностью, установлен ли якорь 1 надлежащим образом и сможет ли он обеспечить заданную прочность крепления.
В описываемом якоре 1 соединительный валик 1 образует соединение между прямой скобой 51 и лапой 10. Как вариант, соединительный валик 54 занимает место одного из пальцев 18, 19, с помощью которых веретено 30 соединяется с лапой 10.
Описанный якорь 1 снабжен лапой 10 и веретеном 30, которое неподвижно соединено с лапой и которое обеспечивает соединение между лапой и якорным канатом. 4. Как вариант, лапа 10 может быть соединена с помощью крепежных выступов 16, 17 с тянущими кабелями, которые соединены в месте нахождении измерительной муфты 50.
Вышеприведенное описание предназначено для объяснения эксплуатации по предпочтительным вариантам выполнения изобретения, а не для ограничения объема изобретения. Начиная с вышеприведенного объяснения, эксперту будут многие варианты, соответствующие сущности и объему настоящего изобретения,