DE3516289A1 - SEW FOLLOWING DEVICE - Google Patents
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Description
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft eine Seegangsfolgeeinrichtung. Dieser Begriff ist bei Winden zum Aufnehmen und Absetzen von schwimmenden Lasten, also von Lasten bekannt, die von einem Schiff auf eine Bohrinsel gehievt oder auf das Schiff abgesetzt werden sollen. Solche Lasten müssen bei hohem Seegang, insbesondere bei Wellenhöhen von beispielsweise bis zu 6 m und Wellenperioden von 7 Sekunden aufgenommen werde. Dabei muß die Drehung der Trommel in beiden Drehrichtungen so gesteuert werden, daß das Seil straff gehalten wird, um Stöße beim Aufnehmen und Absetzen der Last auf dem Schwimmkörper zu vermeiden.The invention relates to a sea state follower. This term is used for lifting and lowering winches of floating loads, i.e. known loads that are hoisted from a ship onto an oil rig or to be set down on the ship. Such loads must be in heavy seas, especially when Wave heights of, for example, up to 6 m and wave periods of 7 seconds can be recorded. Included the rotation of the drum must be controlled in both directions so that the rope is kept taut in order to avoid impacts when picking up and setting down the load on the float.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Seegangsfolgeeinrichtung so auszubilden, daß die dem Wasser bei Seegang innewohnende Energie ausgenützt und in hydraulische Energie verwandelt wird, die entweder einem Drucknetz zuführbar ist und/oder zum Antrieb eines Windenmotors dienen kann.The invention is based on the object of a sea state follower to train in such a way that the energy inherent in the water is exploited and converted into hydraulic energy, either can be fed to a pressure network and / or can be used to drive a winch motor.
Die genannte Aufgabe ist durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.The stated object is achieved by the features specified in claim 1.
Von dem im Seegang mitgenommenen Schwimmkörper wird das Seil in eine hin- und hergehende Bewegung versetzt. Die Seilbewegung wird auf die Antriebseinrichtung übertragen, die somit in der Lage ist, die von dem Seil ausgeübte Kraft auszunützen und dabei Arbeitsflüssigkeit in ein hydraulisches Drucknetz zu pumpen bzw. aus diesem zu entnehmen. Zum Anheben der Last muß in dem durch die Wasserbewegung vorgegebenen Bewegungstakt des Schwimmkörpers der Antriebseinrichtung Energie zugeführt werden, bzw. zum Senken der Last Energie entzogen werden.The rope is moved back and forth by the floating body carried along in the rough sea offset. The rope movement is transmitted to the drive device, which is thus able to drive the to use the force exerted on the rope and to pump working fluid into a hydraulic pressure network or to be taken from this. To lift the load must be in the predetermined by the movement of the water Movement cycle of the floating body of the drive device are supplied with energy, or for Lowering the load energy is withdrawn.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann die Antriebseinrichtung entweder ein doppelt wirkender hydraulischer Zylinder oder eine hydrostatische Ma-In an advantageous embodiment of the invention, the drive device can either be a double-acting one hydraulic cylinder or a hydrostatic machine
schine sein, die mit einem endlosen Seil verbunden ist, das in beiden Antriebsrichtungen Kraft überträgt.be a machine connected by an endless rope, that transmits power in both drive directions.
Mit der erfindungsgemäßen Seegangsfolgeeinrichtung ist es somit in einfacher Weise möglich, beispielsweise für eine Bohrinsel die für die hydraulischen Antriebe erforderliche Energie aus dem Seegang zu erzeugen. With the sea state follower device according to the invention, it is thus possible in a simple manner, for example to generate the energy required for the hydraulic drives for an oil rig from the sea.
Die vorgenannte Aufgabe ist darüber hinaus auch durch die in den Patentasprüchen 6 und 12 angeführten Merkmale gelöst. Dabei handelt es sich um eine Seegangsfolgeeinrichtung für eine Winde, deren Trommel in beiden Drehrichtungen angetrieben werden muß, damit die Last dem Seegang folgen kann. Um Stöße zu vermeiden, muß das Seil stets straff gehalten werden. Eine solche Einrichtung läßt sich erfindungsgemäß mit sehr einfachen Mitteln verwirklichen, wenn der Schwimmkörper, von dem die Last aufgenommen wird, mit dem Seil verbunden wird. Durch das Seil und die Antriebseinrichtung läßt sich die Windentrommel synchron mit dem Heben und Senken des Schwimmkörpers im Seegang mit der richtigen Dreh- und Kraftrichtung antreiben, wobei die hierfür erforderliche Energie aus der Wasserenergie stammt und die Synchronisierung der Bewegung zwischen Last und Schwimmkörper selbsttätig erfolgt. Grundsätzlich muß nur zum Hieven bzw. Fieren der Last Antriebsenergie von außen zugeführt werden.The aforementioned task is also due to the claims 6 and 12 cited Features solved. It is a sea state follower for a winch, its drum must be driven in both directions of rotation so that the load can follow the sea. To give shocks avoid, the rope must always be kept taut. Such a device can be according to the invention with implement very simple means if the float, from which the load is taken, is connected to the rope. The winch drum can be synchronized by the rope and the drive device with the lifting and lowering of the float in rough seas with the correct direction of rotation and force drive, whereby the energy required for this comes from the water energy and the synchronization the movement between the load and the float takes place automatically. Basically only has to be used for lifting or lowering of the load, drive energy can be supplied from the outside.
Bei bekannten Seegangsfolgeeinrichtungen ist die Antriebsleistung der Windentrommel dann besonders groß, wenn die aufzunehmende Last am Haken hängt und vom Schiff abgehoben worden ist. In diesem Fall darf beim Hochsteigen einer Welle die Last nicht mehr von dem sich hebenden Schiff eingeholt werden. Es muß also die Last mit sehr großer Geschwindigkeit und Beschleunigung vom Schiff weggezogen werden, wofür ein entsprechend groß dimensionierter Antrieb vorgesehen sein muß. Erfindungsgemäß kann die Leistung des Antriebsmotors viel geringer sein, weil die zum Heben der Last entsprechend dem Seegang erforderliche Energie von der Bewegung des Schwimmkörpers, z.B. eines Schiffes aufgebracht wird.In known sea state followers, the drive power of the winch drum is then special great when the load to be picked up is hanging on the hook and has been lifted off the ship. In this case the load is no longer allowed when climbing a wave be overtaken by the lifting ship. So it has to carry the load with very great speed and acceleration be pulled away from the ship, for which a correspondingly large drive is provided have to be. According to the invention, the power of the drive motor can be much lower because of the lifting of the Load according to the sea state required energy from the movement of the floating body, e.g. one Ship is applied.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawing. Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Seegangsfolgeeinrichtung für eine Winde, Fig. 1 is a schematic representation of a sea state follower for a winch,
Fig. 2 eine Seegangsfolgeeinrichtung ähnlich Fig. 1 zur Energiegewinnung, FIG. 2 shows a sea state follower similar to FIG. 1 for generating energy,
Fig. 3 eine Seegangsfolgeeinrichtung in abgeänderter Ausführungsform zur Energiegewinnung und zumAntrieb einer Winde, Fig. 3 shows a modified embodiment in swell compensators for energy and zumAntrieb a winch,
Fig. 4 eine abgeänderte Ausführung der Drehzahlregelung der in Fig. 3 dargestellten Maschine, FIG. 4 shows a modified embodiment of the speed control of the machine shown in FIG. 3,
Fig. 5 und 6 weitere Ausführungsformen mit einseitig wirkendem Zylinder. Fig. 5 and 6 show further embodiments with one side acting cylinder.
In Fig. 1 sind an einem stationären senkrechten Träger, der Bestandteil einer verankerten Bohrinsel oder einer Mole sein kann, im Abstand voneinander zwei Umlenkrollen 11 und 12 drehbar angeordnet, um die ein Seil 15 geschlungen ist, dessen Enden an der Kolbenstange 16 eines doppelt wirkenden hydraulischen Zylinders 20 befestigt sind.In Fig. 1, two pulleys 11 and 12 are rotatably arranged at a distance from one another on a stationary vertical carrier, which can be part of an anchored drilling rig or a mole, around which a rope 15 is looped, the ends of which on the piston rod 16 of a double-acting hydraulic cylinder 20 are attached.
Der Zylinder 20 sowie die zu ihm gehörenden Einrichtungen sind ebenfalls ortsfest auf der Bohrinsel angeordnet. Die beiderseitigen Zylinderräume 17, 17' des Zylmders 20 sind über Schaltventile 18,18' und Leitungen 19, 19' mit zwei zueinander parallel liegenden hydrostatischen Maschinen 22 und 24 verbunden, von denen die Maschine 22 mit einer Windentrommel 25 und von denen die Maschine 24 mit einem Antrieb 26 wie einem Elektromotor gekuppelt ist. Mit 27 ist eine Bremse für die Windentrommel 25 bezeichnet. Ferner sind beide Zylinderräume 17,17' über ein Ventil 28 miteinander verbindbar.The cylinder 20 and the devices belonging to it are also arranged in a stationary manner on the drilling rig. The two-sided cylinder spaces 17, 17 'of the cylinder 20 are via switching valves 18, 18' and lines 19, 19 'connected to two parallel hydrostatic machines 22 and 24, of which the machine 22 with a winch drum 25 and of which the machine 24 with a drive 26 such as is coupled to an electric motor. With a brake for the winch drum 25 is designated. Furthermore are both cylinder spaces 17, 17 'can be connected to one another via a valve 28.
Ein Schiff 30 ist bei 31 lösbar mit dem Seil 15 verbunden. Das Schiff wird von den Wellen, die bei 32 angedeutet sind, aufwärts und abwärts getragen. Sinkt das Schiff in ein Wellental hinab, so wird die Kolbenstange 16 nach unten gezogen und Druckflüssigkeit zur Maschine 22 gefördert. Da die Maschine 24 ein verstellbares Verdrängungsvolumen hat und auf Null oder nahezu Nullförderung zurückgestellt sein kann, muß Druckflüssigkeit über die Leitung 19 von der Maschine 22, wobei diese als Pumpe arbeitet (Fieren), zum Zylinderraum 17 gepumpt werden. Die in dieser Phase als Pumpe arbeitende Maschine 22 entnimmt somit der am Windenseil hängenden Last 35 Energie, die dadurch in der beschriebenen Durchströmrichtung durch die Maschine 22 abgesenkt wird, so daß sie dem Seegang folgt.A ship 30 is detachably connected to the rope 15 at 31. The ship is indicated by the waves at 32 are carried up and down. If the ship sinks into a wave trough, the piston rod 16 will move pulled down and pumped hydraulic fluid to machine 22. Because the machine 24 has an adjustable displacement and can be reset to zero or almost zero delivery, hydraulic fluid must Via the line 19 from the machine 22, which operates as a pump (fiering), to the cylinder chamber 17 be pumped. The machine 22 working as a pump in this phase thus removes the one on the winch cable hanging load 35 energy, which is thereby lowered in the flow direction described through the machine 22 so that it follows the swell.
Steigt das Schiff 30 auf einen Wellenberg hinauf, so wird über das Seil 15 die Kolbenstange 16 nach oben gezogen und der umgekehrte Vorgang setzt ein, wobei die als Hydromotor arbeitende Maschine 22 in umgekehrter Richtung von der aus dem Zylinderraum 17 verdrängten Flüssigkeit angetrieben wird und dabei die Last 35 anhebt.If the ship 30 climbs up a wave crest, the piston rod 16 is moved upwards via the cable 15 pulled and the reverse process begins, with the machine 22 operating as a hydraulic motor in reverse Direction is driven by the displaced from the cylinder chamber 17 liquid and thereby the Load 35 lifts.
Das Heben, wobei die Maschine 22 als Motor, und ■ Senken, wobei die Maschine 22 als Pumpe arbeitet, der Last erfolgt somit synchron mit dem Seegang, ohne daß von außen Energie zugeführt werden muß. Zum Hieven und Fieren der Last 35 dient die Maschine 24, die zum hydraulischen Antrieb der Maschine 22 dient. Hierzu genügt eine Antriebsleistung von beispielsweise 1 MW für die Maschine 24. Wenn von dieser wie bei konventionellen Antrieben auch die Energie aufgebracht werden müßte, die erforderlich ist, die Last 35 so schnell zu hieven und fieren, daß sie von dem im ansteigenden Wellenberg emportauchenden Schiff nicht eingeholt werden kann, müßte die Leistung der Maschine 24 beispielsweise insgesamt 2,5 MW betragen. Die Differenz von 1,5 MW wird erfindungsgemäß von dem Zylinder 20 geliefert. Die Maschine 22 ist damit auf eine Gesamtleistung von 2,5 MW auszulegen.The lifting, with the machine 22 as a motor, and ■ lowering, with the machine 22 working as a pump, the The load is thus synchronized with the swell without any external energy having to be supplied. For lifting and lowering of the load 35 is used by the machine 24, which is used for the hydraulic drive of the machine 22. For this A drive power of, for example, 1 MW is sufficient for the machine 24. If this is the case with conventional ones Drives would also have to apply the energy that is required to accelerate the load 35 so quickly heave and heave so that the ship, which emerges in the rising wave crest, does not overtake them can be, the power of the machine 24 would have to be, for example, a total of 2.5 MW. The difference 1.5 MW is supplied by the cylinder 20 according to the invention. The machine 22 is thus on a total output of 2.5 MW.
Zur Abschaltung der Seegangsfolgeeeinrichtung dienen die Ventile 18 und 18'. In diesem Fall werden die
Zylinderräume 17 und 17' über das Ventil 28 miteinander verbunden.
In Fig. 2 ist ebenfalls der hydraulische Zyliner 20 dargestellt, dessen Kolbenstange 16 entsprechend der Darstellung
in Fig. 1 von dem Seil 15 angetrieben ist. Die Zylinderräume 17 und 17' sind über Leitungen 36 und
36' an eine hydraulische Druckleitung 38 und einen hydraulischen Speicher 39 angeschlossen.The valves 18 and 18 'are used to switch off the sea state follower. In this case, the cylinder spaces 17 and 17 ′ are connected to one another via the valve 28.
The hydraulic cylinder 20 is also shown in FIG. 2, the piston rod 16 of which is driven by the cable 15 as shown in FIG. The cylinder spaces 17 and 17 'are connected to a hydraulic pressure line 38 and a hydraulic accumulator 39 via lines 36 and 36'.
Wird das Seil 15 von einem Schifff oder einem nicht dargestellten anderen Schwimmkörper angetrieben, so wird die jeweils aus einem der Kolbenräume 17, 17' verdrängte Arbeitsflüssigkeit in die Druckleitung 38 und in den Speicher 39 über entsprechende Schaltventile 40, 40' gepumpt. Dabei kann jeweils über ein Rückschlagventil 41 bzw. 4Γ Flüssigkeit aus einem Tank 71 nachgesaugt werden.If the cable 15 is driven by a ship or another floating body, not shown, the working fluid displaced from one of the piston chambers 17, 17 'is pumped into the pressure line 38 and into the reservoir 39 via corresponding switching valves 40, 40'. In this case, liquid can be drawn in from a tank 7 1 via a check valve 41 or 4Γ.
Die Energierückgewinnung aus dem Wellengang ist beträchtlich, wenn man davon ausgeht, daß bei einem Gewicht des Schwimmkörpers von einer Tonne, bei einem Wellengang von 1 Meter Höhe und einer Wellehfolge von 10 Sekunden eine Leistung von 1 kW erzeugt werden kann. Mit einer eingangs genannten Wellenhö-The energy recovery from the swell is considerable, assuming that one Weight of the float of one ton, with a swell of 1 meter height and a wave sequence A power of 1 kW can be generated within 10 seconds. With a wave height mentioned at the beginning
. ■ 5. ■ 5
he von 6 Metern und einer Wellenfolge von 7 Sekunden Einrichtung nur Leistung aufgebracht werden, wenn der läßt sich mit einem Gewicht von 100 Tonnen eine An- Schwimmkörper hochsteigt und dabei die Kolbenstange triebsleistung von rund 800 kW erzeugen. 71 hochzieht. Dabei wird die Last 35 entsprechend vonHe of 6 meters and a wave sequence of 7 seconds device can only be applied when the a float with a weight of 100 tons can be raised and the piston rod at the same time generate an output of around 800 kW. 71 pulls up. The load 35 is correspondingly from
Mit der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Einrichtung der als Motor arbeitenden Maschine 22 angehoben, läßt sich auch wahlweise entweder Energie erzeugen 5 Sinkt der Schwimmkörper wieder zurück, so wird von oder die Winde antreiben. der Last die Maschine 22 in umgekehrter Richtung an-With the device shown in FIGS. 1 and 2 of the machine 22 operating as a motor, it is also possible either to generate energy 5 If the floating body sinks back again, the winch is driven by or. load the machine 22 in the opposite direction.
Ein Ausführungsbeispiel, bei dem mit der Seegangs- getrieben.die somit als Pumpe arbeitet und den Kolben folgeeinrichtung sowohl die Windentrommel als auch des Zylinders zurückführt.An exemplary embodiment in which the Seegangs- gears.die thus works as a pump and the piston Follower returns both the winch drum and the cylinder.
eine hydrostatische Maschine angetrieben wird, ist in Denkbar ist auch eine Anordnung mit einer Umlenk-a hydrostatic machine is driven, is also conceivable an arrangement with a deflection
Fig. 3 dargestellt. Hierbei ist das Seil 15 um eine Rolle 10 rolle 75 und einseitig wirkendem Zylinder 70, wie in 44 reibschlüssig geschlungen, die beim Auf- und Abstei- Fig. 6 dargestellt ist. Anstelle des Zylinders kann das gen des bei 31 befestigten Schwimmkörpers in eine hin- Seil auch über eine Rolle entsprechend Fig. 3 mit einem und hergehende Drehung versetzt wird. Über eine Differential 48 verbunden sein. Kupplung 45 und eine Bremse 46 ist die Rolle 44 mit einem Ausgleichsgetriebe 48 verbunden, das andererseits über eine Bremse 49 mit der Windentrommel 50 verbunden ist. Das Differentialgetriebe 48 weist eine übliche Bauausführung auf, bei der das Ausgleichsrad . mit einer hydrostatischen Maschine 51 gekuppelt ist, die aus einem Tank T Flüssigkeit in eine hydraulische Druckleitung 52 und einen Speicher 53 pumpt. Fig. 3 shown. Here, the cable 15 around a roller 10 and roller 75 on one side acting cylinder 70 as wrapped frictionally 44, which is shown in the establishment and Abstei- Fig. 6. Instead of the cylinder, the gene of the floating body fastened at 31 can also be set in a reciprocating rope via a roller according to FIG. 3 with a back and forth rotation. Be connected via a differential 48. Clutch 45 and a brake 46, the roller 44 is connected to a differential gear 48 which, on the other hand, is connected to the winch drum 50 via a brake 49. The differential gear 48 has a conventional design in which the differential gear. is coupled to a hydrostatic machine 51 which pumps liquid from a tank T into a hydraulic pressure line 52 and a reservoir 53.
Bei der hydrostatischen Maschine 51 handelt es sich vorzugsweise um eine sekundärgeregelte Maschine, deren Drehzahl über einen hydraulischen Tachogenerator 54 in einen in der Leitung 55 fließenden Steuerstrom gewandelt wird, dessen Ablauf zum Tank über eine einstellbare Drossel 56 veränderlich ist. Der Differenzstrom zwischen dem Steuerstrom und dem über die Drossel 56 abfließenden Strom wirkt als Stellsignal auf die Verstelleinrichtung 57 der Sekundärmaschine 51. Aufbau und Betriebsweise einer Sekundärmaschine sind bekannt (DE-OS 27 39 968). Mit der Sekundärmaschine kann in der Druckleitung 52 ein konstanter Druck erzeugt werden.The hydrostatic machine 51 is preferably a secondary-regulated machine whose Speed via a hydraulic tachometer generator 54 into a control current flowing in line 55 is converted, the flow of which to the tank via an adjustable throttle 56 is variable. The differential current between the control current and the current flowing off via the throttle 56 acts as a control signal the adjustment device 57 of the secondary machine 51. The structure and mode of operation of a secondary machine known (DE-OS 27 39 968). With the secondary machine, a constant pressure can be generated in the pressure line 52 will.
Die Drehzahlregelung kann gemäß Fig. 4 auch über einen elektrischen Tachogenerator 61, eine Regelelektronik 62, die auf ein Proportional- oder Servoventil 63 wirkt, realisiert werden. According to FIG. 4, the speed control can also be implemented via an electrical tachometer generator 61, control electronics 62 which act on a proportional or servo valve 63.
Mit hin- und hergehendem Seil wird über das Ausgleichsgetriebe 48 die Seiltrommel 50 so bewegt, daß die Last 60 entsprechend dem Seegang gehoben und gesenkt wird. Soll die Last 60 zusätzlich gehievt werden, so wird die Maschine 51 aufgeschaltet, wobei diese aus dem Drucknetz Energie entnimmt und als Motor arbeitet, dessen Drehmoment über das Ausgleichsgetriebe 48 auf die Trommel 50 gelangt.With the rope going back and forth, the cable drum 50 is moved via the differential gear 48 so that the Load 60 is raised and lowered according to the swell. If the load 60 is also to be hoisted, so the machine 51 is switched on, whereby it takes energy from the pressure network and works as a motor, whose torque reaches the drum 50 via the differential gear 48.
Zum Fieren der Last arbeitet die Maschine 51 als Pumpe und lädt dabei den Speicher 53 auf.In order to lower the load, the machine 51 works as a pump and charges the accumulator 53 in the process.
Wird die Bremse 49 eingerückt, so läßt sich die Einrichtung zur Energiegewinnung verwenden: Über das nunmehr verblockte Ausgleichsgetriebe 48 wird von der Rolle 44 die Maschine 51 angetrieben, die von dem Stellglied 57 bei Drehrichtungsumkehr der Rolle 44 jeweils über den Nullpunkt hinaus verschwenkt wird, so daß die Förderrichtung beibehalten wird und Flüssigkeit aus dem Tank in das Drucknetz gefördert wird. Zum Abschalten der Einrichtung dient hier die Kupplung 45.If the brake 49 is engaged, the device can be Use to generate energy: The differential gear 48, which is now blocked, is used by the Roller 44 drives the machine 51, which is driven by the actuator 57 when the direction of rotation of the roller 44 is reversed is pivoted beyond the zero point, so that the conveying direction is maintained and liquid out the tank is conveyed into the pressure network. The coupling 45 is used here to switch off the device.
Auch in dem geschilderten Ausführungsbeispiel ist es zweckmäßig, die Maschine 51 mit einer Leistung von 1 MW auszulegen, wenn beispielsweise die an der Rolle 44 vom Seil erbrachte Leistung ± 1,5 MW ist.In the exemplary embodiment described, it is also expedient to use the machine 51 with an output of 1 MW if, for example, the power produced by the rope at the pulley 44 is ± 1.5 MW.
In Fig. 5 ist ein einseitig wirkender Zylinder 70 unter Wasser angeordnet. Das obere Ende der Kolbenstange 71 ist über ein Seil 72 mit dem Schwimmkörper 30 verbunden. Man spart dabei die Endlos-Anordnung des Seils und die Seilrollen. Der Anschluß des Zylinderraums 74 an die Maschinen 22 und 24 erfolgt in der in Fig. 5 dargestellten Weise. In diesem Fall kann von derIn Fig. 5, a cylinder 70 acting on one side is arranged under water. The upper end of the piston rod 71 is connected to the float 30 via a rope 72. You save the endless arrangement of the rope and the pulleys. The connection of the cylinder space 74 to the machines 22 and 24 takes place in the manner shown in FIG. In this case, the
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1986
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