Настоящее изобретение относится, в общем, швартовной системе нефтеналивных танкеров или других судов в открытом море. Конкретно, изобретение относится к швартовной системе, которая содержит погружной буйковый швартовный элемент, закрепленный к дну моря якорем на цепных якорных канатах, и судно, оснащенное подъемным устройством для поднятия швартовного элемента до его закрепления в якорной нише в нижней части корпуса судна.
2. Предшествующий уровень техники
За последние годы разработано множество подводных нефтяных и газовых месторождений в открытом море, разработка которых тесно связана с суровыми погодными условиями. Обычно нефть или газ добывают из устья скважины на дне моря и транспортируют в постоянно или временно стоящие на якоре танкеры или специальные суда, известные как суда для хранения и разгрузки нефти (FSO) или суда для хранения и разгрузки нефтепродуктов (FPSO). Эти суда должны оставаться на месте постоянно до тех пор, пока сильный шторм или наступление ледяного поля не будут угрожать безопасности судна. В таком случае судно снимается с якоря и уплывает или отбуксировывается прочь. После прекращения шторма или отступления ледяного поля судно возвращается и снова становится на якорь над устьем скважины.
Обычная швартовная система, описанная, например, в патентах США N 4604961 и N 4892495, содержит буйковый швартовный элемент, который связан с устьем скважины гибким трубопроводом и соединен с морским дном с помощью нескольких расположенных под углом цепных якорных канатов. Эта система устроена таким образом, что вес участков цепных канатов, которые не остаются на дне моря, противодействует плавучести швартовного элемента для удержания его обычно на заранее определенной глубине под поверхностью воды, в так называемом походном положении, когда судно не пришвартовано к нему. Это является гарантией того, что швартовный элемент не будет подвергаться опасности при навигации или повреждению в результате удара.
Швартовка осуществляется путем вытягивания погружного швартовного элемента вверх к судну и закрепления его механическими средствами к вращающемуся барабану, расположенному в нише, в колодке или в днище судна. Эта операция может осуществляться только при условии относительного штиля на море. Когда судно FSO или судно FPSO отплывает прочь, колодец обычно закрывается, поэтому время, необходимое на ожидание, пока море не утихнет после шторма, представляет собой дополнительные потери рабочего времени на месторождении.
Другая проблема, связанная с этой технологией, заключается в возможности повреждения от удара при швартовке судна или швартовного элемента. Требуется относительно длительный период времени для закрепления швартовного элемента к барабану после того, как подъемный канат поднял швартовный элемент к днищу судна. В течение этого времени могут иметь множество циклов бортовой и килевой качки судна даже при спокойном море, и эти движения могут привести к многочисленным ударам судна о швартовной элемент и наоборот.
Снятие с якоря осуществляется путем отпускания структурных соединителей под нагрузкой. Этой процедуре присущ риск структурной деформации или повреждения швартовных соединителей во время разъединения. На устранение повреждения механических швартовных элементов обычно требуются недели простоя, что влечет за собой увеличение себестоимости нефтяного месторождения.
Краткое описание изобретения
В основу настоящего изобретения положена задача создания усовершенствованной швартовной системы указанного выше типа, которая обеспечивала бы быстрое и надежное сцепление буйкового швартовного элемента с нишей в днище судна.
Другой задачей настоящего изобретения является создание усовершенствованной системы швартовки, которая позволяла бы отпустить все структурные соединители перед процедурой снятия с якоря.
Следующей задачей настоящего изобретения является создание устройства швартовного элемента, которое уменьшало бы вероятность повреждения при ударе во время швартовки.
Еще одной задачей настоящего изобретения является создание швартовной системы, которая обеспечивала бы сухой доступ к швартовному элементу после того, как он был закреплен на судне.
Следующая задача настоящего изобретения заключается в создании усовершенствованной швартовной системы указанного типа, которая обеспечивала бы швартовку судна в более беспокойном море, чем с традиционными системами.
Указанные выше и другие задачи изобретения очевидны из описания океанической швартовной системы, содержащей:
судно, имеющее корпус, оборудованный кольцеобразной нишей для швартовки в днище корпуса;
буйковый швартовный элемент, имеющий верхнюю часть, которая имеет возможность сцепляться с нишей для швартовки в днище корпуса;
множество канатов, соединяющих швартовный элемент с дном океана, при этом вес канатов относительно плавучести швартовного элемента является таким, что швартовный элемент обеспечивает положение равновесия на заранее выбранной глубине под днищем корпуса; и
средства для поднятия швартовного элемента с заранее выбранной глубины до его сцепления с нишей для швартовки в днище корпуса, причем система дополнительно содержит:
средство для быстрого впуска морской воды в корпус через впускное отверстие, выполненное в нише для швартовки для уменьшения направленного вниз гидростатического давления, действующего на верхнюю часть швартовного элемента в момент его сцепления с нишей.
Желательно, чтобы средство для быстрого впуска морской воды в корпус обеспечивало скорость потока, достаточную для создания условия значительной положительной плавучести соединенных каналов и швартовного элемента при сцеплении швартовного элемента с подводной нижней частью корпуса.
Средство быстрого удаления морской воды из ниши для швартовок в корпус, предпочтительно, содержащее насос, первый канал, соединяющий впускное отверстие насоса к впускному отверстию ниши для швартовых, и второй канал, соединяющий выпускное отверстие насоса, по меньшей мере, с одним выпускным отверстием, расположенным на некотором расстоянии от ниши. Этот насос, преимущественно, может функционировать так же, как носовой форсажный насос, а по меньшей мере одно выпускное отверстие может иметь два подводных отверстия на противоположных сторонах корпуса, рядом с носом. Тогда второй канал может включать средство для избирательного направления потока от насоса к одному выпускному отверстию или к другому.
Средство для быстрого удаления морской воды из ниши для швартовок в корпус может содержать также или альтернативно расположенную внутри корпуса герметичную камеру с клапаном, открывающимся в сторону ниши в днище корпуса, и средство для создания вакуума в камере. Это средство для создания вакуума может включать вакуумный насос или паропровод, линию продувки и линию подачи холодной воды с соответствующими клапанами для открывания паропровода и линии продувки до тех пор, пока фактически весь воздух в камере не будет замени паром, и клапан для открывания линии подачи холодной воды для конденсирования пара после того, как будут закрыты первые два клапана.
Средство для быстрого удаления воды из ниши для швартовки может, кроме того, включать пустой трюм в корпусе и клапан, открывающийся в сторону ниши швартовки, чтобы дать возможность воде стечь в трюм.
Верхняя часть буйкового элемента, предпочтительно, содержит по меньшей мере один уплотнительный кольцеобразный элемент, концентрический с вертикальной осью швартовного элемента, при этом уплотнительный кольцеобразный элемент первым соприкасается с нишей для швартовки с целью предотвращения любого удара между швартовным элементом и судном. Предварительно, чтобы уплотнительный кольцеообразный элемент образовал бы круговое уплотнение с днищем корпуса таким образом, что средство для быстрого впуска морской воды в корпусе может откачивать воду из области между днищем корпуса и верхней частью швартовного элемента внутри уплотнительного круга.
Буйковый швартовный элемент может, кроме того, содержать нижнюю часть и средство для крепления верхней части на нижнюю часть с возможностью вращения вокруг вертикальной оси элемента, при этом соединяющие швартовный элемент к дну океана канаты крепятся к нижней части таким образом, что верхняя часть и судно могут поворачиваться вокруг нижней части, когда верхняя часть сцеплена с нишей для швартовки в днище корпуса.
Верхняя часть, желательно, включает два концентрических уплотнительных кольцеобразных элемента, которые образуют уплотнительные круги в местах ниши, которые расположены соответственно радиально внутри и радиально снаружи от места впускного отверстия насоса и/или от места клапана, открывающегося от герметичной вакуумной камеры таким образом, что действующее вниз давление на верхнюю часть швартовного элемента между концентрическими кругами уплотнительного контакта может быть понижено до уровня, возможно, такого же низкого, как и вакуум в герметичной камере.
Перечисленные выше и другие отличительные признаки и преимущества швартовной системы, выполненной согласно изобретению, описаны далее детально со ссылками на чертежи.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - вид сбоку судна с его частичным разрезом для демонстрации швартовного элемента, закрепленного в нише для швартового в корпусе судна, согласно швартовной системе, выполненной в соответствии с изобретением;
фиг. 2 - вид сбоку швартовного элемента без судна, при этом швартовной элемент удерживается под водой на заранее определенной глубине в состоянии равновесия;
фиг. 3 - вид сбоку изображенного на фиг. 1 судна с частичным разрезом для демонстрации швартовного элемента в момент подъема с заранее определенной глубины до сцепления с нишей для швартовки в корпусе;
фиг. 4 - поперечное сечение части судна и швартовного элемента на фиг. 1, представляющее детально конструкцию швартовной системы, в увеличенном масштабе;
фиг. 5 - поперечное сечение одного из вариантов буйкового швартовного элемента, показанного на фиг. 1;
фиг. 6a - поперечное сечение, аналогичное фиг. 4, судна и второго варианта исполнения буйкового швартовного элемента;
фиг. 6b - вид сбоку, аналогичный фиг. 3, представляющий швартовный элемент на фиг. 6a при его подъеме с помощью гибкого кабеля в трубопроводе;
фиг. 7 - вид сбоку дежурного судна с трубопроводом со сжатым воздухом, соединенным с повернутым вниз воздухоуловителем альтернативного буйкового швартовного элемента, при этом швартовный элемент находится на заранее выбранной глубине равновесия;
фиг. 8 - вид сбоку, аналогичный фиг. 7, но швартовный элемент поднимается сжатым воздухом, поступающим в воздухоуловитель, и плавает на поверхности океана, обеспечивая доступ к нему для профилактических работ;
фиг. 9 - увеличенный частичный вид сбоку с поперечным сечением, аналогично фиг. 4, судна и третьего варианта исполнения буйкового швартовного элемента;
фиг. 10 - увеличенный частичный вид сбоку с поперечным сечением, аналогично фиг. 4, судна и четвертого варианта исполнения буйкового швартовного элемента.
Детальное описание предпочтительных вариантов исполнения
Первый вариант исполнения изобретения показан на фиг. 1 - 5. На фиг. 1 судно, например танкер 11, швартуется к буйковому швартовному элементу 12, который находится под водой, ниже поверхности 13 океана. Швартовный элемент 12 имеет верхнюю часть 14, которая сцепляется с нишей 15 для швартовки, выполненной в нижней части корпуса 16 судна. Нижняя часть 17 швартовного элемента присоединена цепными якорными канатами 18 к крепежным сваям 19, вбитым в дно 20 океана. Крепежные сваи, из которых показаны только две, располагаются обычным образом по кольцевой схеме вокруг устья 21 скважины, которая соединена также с помощью гибкого шланга или трубопровода 22 с нижней частью буйкового швартовного элемента с целью подачи нефти или газа из скважины в находящуюся на борту систему 23 трубопроводов традиционного типа через вартлюг 24 для жидкости, расположенный в вертикальном колодце 25, проходящем через корпус.
Фиг. 2 и 3 иллюстрируют этапы швартовки, которые будут детально обсуждены после детального описания конструкции буйкового швартовного элемента и бортовых компонентов системы швартовки.
1. Буйковый швартовный элемент
На фиг. 4 представлены увеличенным масштабом детали конструкции швартовного элемента 12 в сцеплении с нишей 15 для швартовки в днище корпуса и связанные компоненты швартовной системы, которые располагаются на корабле. Фиг. 5 представляет в более крупном масштабе конструкцию первого варианта исполнения швартовного элемента. На этих фигурах видно, что верхняя часть 14 первого варианта буйкового швартовного элемента фактически представляет собой дискообразный полый резервуар с гладкой кольцеобразной верхней крышкой 26, окружающей выступающую вверх центральную часть 27 в виде усеченного конуса.
Внешний первый кольцеобразный уплотнительный элемент 28, показанный в виде находящейся изнутри под давлением высокоэластичной трубки, жестко крепится к периферической части верхней крышки 26. Внутренний второй уплотнительный элемент 29 идентичной конструкции крепится к верхней части центрального участка 27 в форме усеченного конуса. Первый и второй кольцеобразные уплотнительные элементы крепятся коаксиально относительно вертикальной оси швартовного элемента, при этом ось отмечена штрихпунктирной линией 30.
Как будет описано далее относительно процедуры швартовки, эти уплотнительные элементы 28 и 29 служат как для предупреждения удара между швартовным элементом и нишей для швартовки в днище корпуса во время швартовки, так и для герметичного уплотнения пространства между кольцеобразной верхней крышкой и центральной частью швартовного элемента и соответствующей частью днища судна, которая определяет нишу для швартовки, когда верхняя часть швартовного элемента сцепляется с нишей. Расположенные под углом радиальные ребра 31 и 32 действуют как ограничитель для ограничения сжатия уплотнительных элементов, когда швартовный элемент сцепляется с нишей для швартовки (см. фиг. 4).
Второй уплотнительный элемент 29 окружает вертикальный канал 33, проходящий через верхнюю часть 14. Нижняя часть 17 швартовного элемента включает водонепроницаемый цилиндрический резервуар 34, верхний конец которого расположен в нижней части канала 33. Радиально-упорный подшипник 35 поддерживает резервуар 34 в канале 33 при вращении относительно верхней части 14 вокруг вертикальной оси 30. Первое роторное уплотнение 36 между внешней окружностью резервуара и стенкой канала над подшипником и аналогичное второе роторное уплотнение 37 под подшипником защищает подшипник от морской воды.
Выступающая наружу от нижней части цилиндрического резервуара 34 структура 38 оснащена соответствующим средством 39 для закрепления верхних концов цепных якорных канатов 18 к нижней части 17 буйкового швартовного элемента. В результате этого нижняя часть 17 удерживается в зафиксированном направлении относительно дна океана, тогда как верхняя часть 14 удерживается в зафиксированном направлении относительно судна 11, когда судно 11 соединено с швартовным элементом. Когда судно 11 находится во власти течения, ветра и волн, обе части 14 и 17 швартовного элемента могут поворачиваться относительно друг друга посредством подшипника 35.
С целью завершения соединения от гибкого шланга 22 подачи нефтепродуктов к расположенной на борту системе 23 трубопроводов, показанной на фиг. 1, через резервуар 34 проходит трубопровод 40, заканчивающийся стопорным клапаном 41, расположенным наверху резервуара, в защитном колодце 42, образованном верхним концом канала 33. В этом колодце 42 расположен также кольцеобразный желоб 43, который удерживает наматываемый подъемный трос 44 с буйковым канатом 45 (см. фиг. 2), закрепленным в его свободном конце. Когда швартовный элемент погружается до своего заложенного положения, буйковый канат травится из желоба. Направляющий щит 46 защищает канат от обдирания о выступы 47 (показано только два выступа), которые располагаются по окружности вокруг верхнего конца вертикального канала 33. Также по окружности вокруг вертикального канала расположено несколько дренажных трубопроводов 48 с дистанционно управляемыми клапанами (показаны два из них), которые избирательно соединяют защитный колодец 34 с крышкой 26 верхней части 14 швартовного элемента с целью, которая будет описана далее при пояснении процедуры швартовки.
2. Бортовые компоненты швартовной системы
Система швартовки настоящего изобретения включает несколько новых компонентов на борту судна. Теперь они будут описаны с конкретной ссылкой на фиг. 4, которая представляет вид сбоку по вертикали в поперечном сечении части судна 11 рядом с носом 51, изображая область ниши для швартовки 15 с прикрепленным швартовным элементом 12.
Термин "ниша для швартовки", как он используется в спецификации и формуле изобретения, обозначает область в днище корпуса 16, которая соприкасается с верхней частью швартовного элемента, несмотря на то, что какая-то часть этой области является действительно "углубленной" относительно нижней поверхности корпуса. Так, в представленном на фиг. 4 варианте исполнения ниша 15 для швартовки выступает радиально наружу от оси вертикального колодца 25 к уплотняющему кругу внешнего первого уплотнительного элемента 28. Она включает гладкую кольцеобразную область 53 в днище корпуса напротив гладкой верхней крышки 26 верхней части швартовного элемента, а также направленную внутрь конусообразную часть 54, которая сопрягается с центральной частью 27 в виде усеченного конуса швартовного элемента и которая оканчивается внутренней гладкой кольцеобразной частью 55, образующей герметичное уплотнение со вторым внутренним уплотнительным элементом 29.
Как указано в кратком описании изобретения, швартовная система содержит средство для быстрого впуска морской воды в корпус через впускное отверстие, расположенное в нише для швартовки с тем, чтобы уменьшить направленное вниз гидростатическое давление, действующее на верхнюю часть швартовного элемента, когда он закрепляется в нише для швартовки. На фиг. 4 судно 11 имеет три таких средства. Однако любое из них может быть использовано отдельно или в сочетании с любым из двух.
Первое такое средство представлено насосом 56 с большой производительностью, снабженным впускным каналом или всасывающим насосом 57 с впускным отверстием 58, расположенным в области ниши для швартовки между коаксиальными уплотнительными кругами внешнего и внутреннего уплотнительных элементов 28 и 29. Второй канал 59 соединяет выпускное отверстие 60 насоса с по меньшей мере одним выпускным отверстием 61, удаленным на некоторое расстояние от ниши для швартовых. Предпочтительно, чтобы насос 56 мог бы быть также частью носовой форсажной системы с двумя выпускными отверстиями на противоположных сторонах носа судна (показано только боковое впускное отверстие 61) и средствами (не показаны) для избирательного регулирования потока от насоса между двумя выпускными отверстиями, чтобы способствовать маневрированию судна.
Изображенное на фиг. 4 второе средство для быстрого впуска морской воды в корпус из ниши для швартовки представляет собой герметичную камеру или вакуумную камеру 62 внутри корпуса, при этом камера 62 снабжена клапаном 63, также открывающимся в сторону ниши между внешним и внутренним уплотнительными кругами уплотнительных элементов 28 и 29, и средством для создания вакуума в камере. Создающее вакуум средство может включать обычный вакуумный насос (не показан). В представленном на фиг. 4 варианте создающее вакуум средство в камере 62 включает паропровод 64, линию 65 для продувки и линию 66 для подачи холодной воды с соответствующими клапанами 67 и 68 для открывания паропровода и линий для продувки до тех пор, пока фактически весь воздух в камере не заменится паром, и клапаном 69 для открывания линии подачи холодной воды для конденсирования пара после закрытия первых двух клапанов.
Показанное на фиг. 4 третье средство для быстрого выпуска воды из ниши для швартовых включает пустой трюм 70 в корпусе и клапан 71, открывающийся в сторону ниши для швартовки, с тем, чтобы дать возможность воде стекать в трюм. В этом случае клапан 71 располагается в колодце 25 над внутренней кольцевой частью 55 ниши таким образом, что большинство воды в колодце доступа может стекать под действием силы тяжести в пустой трюм 70.
Фиг. 4 представляет также одно возможное приспособление для соединения швартовного элемента 12 к судну 11. Это приспособление включает несколько линейных приводов, таких, как гидравлические цилиндры 72, расположенные на расстоянии вокруг внутренней окружности колодца 25. Швартов 73 свисает от подвижной части каждого гидравлического цилиндра и снабжен крюком или сплесенем на его нижнем конце, который цепляется за один из выступов 47, которые располагаются вокруг верхнего конца вертикального колодца 25 в верхней части 14 швартовного элемента. Крюк или сплесень могут находиться на выступе, когда гидравлический цилиндр находится в положении хода вниз, и швартов может тогда натягиваться путем приведения в действие гидравлического цилиндра до его положения хода вверх. Предпочтительно, чтобы гидравлические цилиндры являлись бы такими, которые могли бы блокироваться в положении хода вверх для удерживания швартовов 73 в натянутом состоянии. Уровень натяжения каждого квартова подбирается таким, что сумма сил натяжения всех швартов фактически превышает максимальную расчетную вертикальную разделяющую силу между швартовным элементом и судном, тем самым предупреждая относительное движение между обоим.
3. Функционирование системы швартовки
Функционирование системы швартовки изобретения будет теперь описано с конкретной ссылкой на фиг. 2 и 3.
Фиг. 2 изображает швартовный элемент 12 в проходном положении или в состоянии нейтрального равновесия, когда судно 11 не пришвартовано к бую. Швартовный элемент 12 находится на такой глубине относительно уровня 13, что результирующая плавучесть швартовного элемента 12 точно равна весу якорных канатов 18 и гибкого шланга в погруженном состоянии. Если элемент 12 опускается ниже уровня равновесия, находящиеся в подвешенном состоянии участки якорных канатов 18 опускаются на дно 20 моря, уменьшая в результате этого нагрузку на буйковый элемент 12 и обеспечивая результирующую положительную плавучесть. Если элемент поднимается над уровнем равновесия, большинство якорных канатов поднимаются со дна, в результате чего образуется результирующая плавучесть. Швартовный элемент изготавливается с избыточной подъемной силой, и уровень равновесия достигается при первоначальном развертывании путем добавления балласта.
Фиг. 3 изображает начальный этап швартовки судна 11 к швартовному элементу 12. Когда судно 11 подходит, оно поднимает буйковый канат 45, который пропускается через дно колодца 25 и надежно закрепляется к лебедке 74. Буйковый канат 45 наматывается, затем втягивается подъемный трос 44, который в предпочитаемом варианте исполнения закрепляется к внутренней окружности защитного колодца 42 в верхней части 14 швартовного элемента через несколько расположенных под углом хвостовых тросов 75 таким образом, что хвостовые тросы будут способствовать центрированию швартовного элемента 12 в колодце 25, когда верхняя часть 14 находится близко от днища судна 11.
Тем временем осуществляется всасывание насосом 56 через впускное отверстие 58, и если насос является частью носовой форсажной системы, выходящий из насоса поток способствует регулированию положения носовой части судна 11 над швартовным элементом, обеспечивая боковое усилие в случае необходимости.
Лебедка 74, предпочтительно, представляет собой лебедку с постоянным натяжением, наматывая подъемный трос, каким бы низким ни было натяжение, и отпуская его, если натяжение превышает заранее заданное значение, в результате чего предотвращается чрезмерное натяжение подъемного троса 44 во время швартовки. По мере того, как лебедка 74 поднимает швартовный элемент вверх к днищу судна 11, хвостовые тросы 75 достигают колодца 25. Узел хвостовых тросов способствует центрированию швартовного элемента 12 относительно колодца 25. Лебедка 74 продолжает наматывать подъемный трос до тех пор, пока выступающий вверх центральный участок 27 в форме усеченного конуса швартовного элемента не войдет в направленную внутрь конусообразную часть 54, автоматически центрируя швартовный элемент 12 в нише 15 для швартовок.
Когда уплотнительные элементы 28 и 29 соприкасаются с днищем судна 11, как показано на фиг. 4, впускное отверстие 58 насоса 56, впускной клапан 62 вакуумной камеры и клапан 71, открывающийся в сторону пустого трюма 70 оказываются все изолированными от моря посредством герметичного контакта уплотнительных элементов и при наличии клапана 71, также посредством роторных уплотнений 36 и 37, расположенных над и под опорным подшипником для нижней части 17 швартовного элемента.
По мере того, как насос 56 продолжает всасывать воду из объема, изолированного от моря с помощью уплотнительных элементов 28 и 29, давление всасывания достигает минимального гидростатического напора и начинается образование кавитационных каверн. В случае, если уплотнения между уплотнительными элементами 28, 29 и нишей для швартовки оказываются не совсем водонепроницаемыми, насос 56 продолжает откачивать воду, протекающую в этот изолированный объем.
Вода в колодце 25 также будет откачиваться насосом 56 по трубопроводам 48, соединяющим нижнюю часть защитного колодца 42 в швартовном элементе 12 с объемом, изолированным с помощью уплотнительных элементов 28 и 29. Клапан 49 в соединительном трубопроводе 48 дает возможность проходить воде, но не пропускает воздух таким образом, что отделенный элементами 28, 29 объем оказывается закрытым для атмосферного воздуха. В таком случае давление в этом пространстве будет становиться фактически равным давлению кавитационных каверн ниже атмосферного насоса 56.
Перед контактом уплотнительных элементов 28 и 29 с нишей для швартовов плавучесть швартовного элемента и находящихся в подвешенном состоянии якорных канатов и гибкого шланга является отрицательной по весу дополнительных якорных канатов и шланга, поднимаемых с морского дна по мере того, как швартовный элемент поднимается с глубины нейтральной плавучести до глубины киля судна. Дискообразный или блинчатый дизайн верхней части 14 швартовного элемента образует большую горизонтальную поверхность по отношению к объему и, следовательно, по отношению к плавучести верхней части. Отношение между горизонтальной поверхностью, плавучестью элемента и весом в подвешенном состоянии якорных канатов и подающим шлангом на глубине киля судна заранее определяется таким образом, что как только уплотнительные элементы 28 и 29 соприкасаются с нишей для швартовки, быстрое понижение гидростатического давления на кольцеобразную верхнюю крышку 26, центральную часть 2 в виде усеченного конуса и верхнюю часть цилиндрического резервуара 34 под действием насоса 56 смещает плавучесть системы швартовного элемента с отрицательной на положительную благодаря сильному снижению гидростатической силы, действующей на верхнюю часть швартовного элемента.
При таком условии швартовный элемент 12 оказывается надежно прижатым к корпусу судна 11, и отсутствие протечки после уплотнительного элемента 28 или роторных уплотнений 36 и 37 может продолжаться неопределенно долгое время. Однако, в качестве меры предосторожности желательно закрепить верхнюю часть 14 швартовного элемента физическим способом к судну, например используя описанные выше гидравлические цилиндры 72 и швартовы 73.
Если судно 11 не оборудовано подходящим насосом 56, клапан 63 в вакуумную камеру 62, клапан 71 в пустой трюм 70, или оба этих клапана, будут открываться, когда уплотнительные элементы 28 и 29 соприкоснутся с днищем корпуса судна 11, в результате чего из колодца 25 в трюм 70 будет просачиваться вода, а гидростатическое давление в отделенном с помощью элементов 28 и 29 объеме будет подниматься.
Даже если уплотнения дают течь, пониженное гидростатическое давление на верхнюю часть швартовного элемента 12 будет удерживаться до тех пор, пока вакуумная камера 62 не наполнится морской водой. Прежде чем вакуумная камера 62 наполнится водой у судовой команды будет достаточно времени, чтобы выполнить соединение с помощью швартовых 73, надежно пришвартовывая судно 11 к швартовному элементу 12.
Перед швартовкой из вакуумной камеры 62 откачивается вода обычным вакуумным насосом (не показан) или путем использования обычных паропроводов, которыми оборудованы традиционно танкеры для снабжения силовым двигателем грузовые насосы судна. Из вакуумной камеры 62 вода откачивается путем закрепления клапана 68 в закрытой позиции, удаляя всю воду из камеры с помощью насоса (не показано), открывая паровой клапан 67, в результате чего камера 62 наполняется паром через трубопровод 64, давление в ней поднимается, и смесь из пара и воздуха выталкивается из вентиляционной трубы 65 через стопорный клапан 68. Это продолжается до тех пор, пока весь воздух в камере 62 не выйдет по вентиляционной трубе 65. Вакуум затем образуется путем закрытия клапана 67 и открытия клапана 69, через который холодная вода поступает в камеру 62. Это понижает давление в камере 62, в результате чего закрывается клапан 68. Быстрая конденсация пара понижает давление в камере 62 до давления насыщенного пара воды, которое для холодной воды приближается к абсолютному вакууму. При открывании клапана 63 в камеру входит больше холодной воды, обеспечивая низкое давление насыщенного пара и, следовательно, низкое давление в ней во время швартовки.
В некоторых случаях судно может быть оборудовано только одним насосом 71, соединяющим колодец 25 с пустым трюмом 70. В таком случае клапан 71 будет открытым, когда уплотнительные элементы 28 и 29 соприкасаются с днищем судна 11. В результате этого большая часть морской воды в колодце 25 перетечет в трюм 70 и, следовательно, через соединяющие трубопроводы 48 понизит гидростатическое давление в отделенном уплотнительными элементами 28 и 29 объеме. Если уплотнения дают течь, пониженное гидростатическое давление в верхней части швартовного элемента будет удерживаться до тех пор, пока трюм 70 не наполнится водой. Как и в случае с вакуумной камерой, перед тем, как трюм 70 наполнится водой, у судовой команды будет достаточно времени для выполнения структурного швартовного соединения с помощью швартовых 72. Так как клапан 71 обязательно располагается над гладкой кольцеобразной поверхностью 53, колодец 42 в верхней части швартовного элемента может быть освобожден переносным или встроенным трюмным насосом (не показано).
4. Альтернативные варианты исполнения
Фиг. 6 представляет второй вариант исполнения швартовного элемента 76, в котором верхняя часть 77 снабжена внешним повернутым книзу ограждением 78, которое позволяет улавливать воздух. Этот вариант исполнения швартовного элемента снабжен также двумя подшипниками между верхней частью 77 и нижней частью 79: радиальным подшипником 80, который способен передавать только усилия, перпендикулярные вертикальной оси 81 швартовного элемента 76, и упорным подшипником 82, способным передавать только усилия, параллельные оси вращения 81. Это приспособление с отдельными радиальным и упорным подшипниками 80 и 82 не ограничено вариантом исполнения швартовного элемента, показанного на фиг. 6, оно может быть заменено комбинированным радиальным и упорным подшипником 35 в других приведенных вариантах.
После завершения швартовки канал 83 подачи сжатого воздуха на борту судна 11 соединяется с муфтой 84 на швартовном элементе 76 для подачи сжатого воздуха по трубопроводу 85 до воздушной ловушки 86, в результате чего уровень морской воды в ловушке опускается до кромки 87 ограждения. Механик в этом случае может попасть в пространство ловушки 86 из судна 11 с помощью воздушной пробки (не показано) в резервуаре 34 нижней части 79 с целью проведения профилактических и ремонтных работ на якорных канатах 18, нижнем роторном уплотнении 37, радиальном подшипнике 80 и упорном подшипнике 82. Дно верхней части 77 снабжено опорными точками 88 для поддержания оборудования для профработ с целью подъема якорных канатов и проведения текущего ремонта подшипников 80 и 82.
Показанный на фиг. 6a вариант исполнения также позволяет выполнять альтернативное расположение, в котором нижний конец трубопровода 83 для сжатого воздуха постоянно закреплен к системе 85 трубопроводов, а верхний конец закреплен к буйковому тросу таким образом, что воздухопровод 83 может быть присоединен к источнику сжатого воздуха на судне, когда задействован подъемный трос 44. Действительно, как показано на фиг. 6b, сам подъемный трос может представлять собой крепкий гибкий трубопровод 44', который способен подавать сжатый воздух в воздушную ловушку 86. В этом случае нижний конец подъемного трубопровода 44' постоянно соединен с системой трубопроводов 85, а хвостовые канаты 75 прикрепляются близко к нижнему концу трубопровода 44' для принятия подъемной нагрузки таким образом, что соединение от гибкого подъемного трубопровода 44' до системы 55 трубопроводов не несет никакой нагрузки. Верхний конец подъемного трубопровода 44' соединен посредством обычного роторного уплотнения на барабане лебедки 74 с источником 83' подачи сжатого воздуха.
Благодаря такой компоновке сжатый воздух может нагнетаться в пространство 86 ловушки перед или во время подъема швартовного элемента, в результате чего повышается плавучесть швартовного элемента и соответственно уменьшается натяжение подъемного троса. Повышение плавучести швартовного элемента таким способом во время его подъема дает по меньшей мере два преимущества. Во-первых, необходимая подъемная мощность лебедки и сопротивление растяжению подъемного троса могут быть значительно снижены. Во-вторых, пропускная способность средства для быстрого оттока морской воды из ниши для швартов в корпус в тот момент, когда швартовный элемент соприкасается с нишей, может быть также уменьшена, так как необходимо преодолеть меньшую отрицательную плавучесть, чтобы прижать швартовный элемент к корпусу судна.
Фигуры 7 и 8 представляют конструкцию и принцип действия третьего варианта исполнения швартовного элемента 89, верхняя часть 77 которого идентична части второго варианта исполнения, а нижняя часть 90 отличается тем, что цилиндрический резервуар 91 имеет открытое дно 92. Швартовный элемент 89 сконструирован таким образом, что он имеет метацентрическую высоту при любом условии частичного наполнения цилиндрического резервуара 91, необходимую для удерживания швартовного элемента на нужной глубине равновесия под уровнем моря, как показано на фиг. 7. Объем цилиндрического резервуара 91 определяется заранее таким образом, что он обеспечивает достаточную плавучесть, такую, что швартовный элемент 89 будет плавать на поверхности океана 13, когда резервуар 91 полностью заполнен воздухом.
Швартовный элемент 89 может быть поднят на поверхность путем соединения воздушного компрессора 93, находящегося на борту ремонтного судна 94, посредством шланга 95 с соединительной муфтой 96 наверху цилиндрического резервуара 91, используя водолаза или дежурное транспортное судно на некотором расстоянии (не показано). Попавший в верхнюю часть резервуара по шлангу 95 воздух сместит воду в резервуаре, увеличивая плавучесть и заставляя швартовный элемент подниматься на поверхность, как показано на фиг. 8.
Если продолжать накачивать воздух в резервуар 91 после того, как швартовный элемент достиг поверхности, избыточный воздух будет выходить через открытое дно 92 и подниматься пузырьками вверх в воздушное пространство 86 ловушки до тех пор, пока внутренний уровень воды в ловушке понизится до нижней части ограждения 78, обеспечивая дополнительную плавучесть швартовного элемента. Пока швартовный элемент плавает на поверхности, поступление воздуха в ловушку 86 не будет приводить к тому, чтобы метацентрическая высота стала отрицательной, и швартовный элемент будет плавать на поверхности надежно. В этом случае ремонтное судно 49 может выполнить необходимые профработы. Доступ команды в пространство 86 ловушки осуществляется через воздушную пробку (не показано).
После того, как будут выполнены необходимые профилактические и ремонтные работы, швартовный элемент возвращается в заложенное положение прежде всего благодаря выпуску всего воздуха из ловушки 86 через вентиляционную трубу (не показано), а затем путем откачивания воздуха из резервуара 91 через шланг компрессора до тех пор, пока швартовный элемент не опустится на свою заранее установленную глубину равновесия. Потом водолаз может удалить шланг компрессора 95 из соединительной муфты 96, или шланг может быть оставлен закрепленным к швартовному элементу и разъединенным у компрессора 93 с маленьким опознавательным буйком, привязанным к свободному концу шланга для того, чтобы затем свободно можно было вытащить шланг.
Фиг. 9 показывает четвертый вариант швартовной системы, в которой верхняя часть 98 буйкового швартовного элемента 97 снабжена совершенно гладкой кольцеобразной верхней крышкой 99, проходящей радиально наружу от вертикального центрального канала 33 без всякой вертикальной центральной части в виде усеченного конуса. Вместо этого внешний край дискообразной верхней части 98 выполнен в виде направленного внутрь конуса от дна до верха. Ниша 101 для швартовов в нижней части корпуса судна имеет гладкую кольцеобразную часть 102 и конусообразный периферический край 103, который сопрягается с верхней крышкой 99 и внешним краем 100 верхней части 98. Все другие элементы этого варианта являются главным образом такими же, как и соответствующие элементы первого варианта, и обозначены теми же числами.
Как и в первом варианте, хвостовые канаты подъемного троса способствуют центрированию швартовного элемента 97 относительно вертикального колодца 25 при поднимании швартовного элемента из его походного положения. Когда швартовный элемент 98 поднимается близко к днищу судна 11, обе конусообразные поверхности 100 и 103 будут осуществлять управление на конечном участке траектории и центрирование швартовного элемента 97 в нише для швартовов 101. Когда уплотнительные элементы 28 и 29 касаются гладкой кольцеобразной части 102 ниши для швартовов, процесс швартовки будет происходить точно так же, как уже объяснялось со ссылкой на фиг. 3. В этом варианте все горизонтально направленные силы, действующие между судном 11 и швартовным элементом 97 будут передаваться через поверхности 100 и 103.
Фиг. 10 представляет четвертый вариант исполнения системы, в котором квартовый элемент аналогичен изображенному на фиг. 9 элементу (за исключением формы внешнего края верхней части 98), с теми же самыми числовыми обозначениями, но без изменения формы днища судна. Другими словами, ниша 104 для швартовки состоит из кольцеобразной поверхности гладкого днища корпуса, которая находится в пределах контактного внешнего уплотнительного элемента 28.
Процедура швартовки согласно этому варианту точно такая же, как и в предыдущих вариантах, объясненных со ссылкой на фиг. 2, 3 и 4. Единственное отличие заключается в том, что хвостовые канаты подъемного троса осуществляют только управление для центрирования швартовного элемента с вертикальным колодцем 25. Так как здесь нет сопрягаемых конусообразных поверхностей для оказания сопротивления горизонтальным силам, действующим между судном и швартовным элементом, то в этом варианте особенно предпочтительно закрепить швартовный элемент физически к судну, например, с помощью швартовов 73, описанных со ссылкой на фиг. 4. Когда швартовы натянуты, между швартовным элементом 97 и днищем судна 11 существует большая сжимающая сила, такая, что трения между швартовным элементом 97 и судно 11 может быть достаточно для предупреждения относительного горизонтального движения между ними. Кроме того, в колодце 25 могут закрепляться другие швартовы для сопротивления относительному горизонтальному движению между швартовным элементом 97 и судном 11.
Система швартовки описана для судов FSO и FPSO; однако настоящее изобретение не ограничивается этими судами, и может быть применено ко всем судам, включая танкеры и военные суда, для которых всегда существует необходимость пришвартовываться в условиях сильного шторма на море.
Несколько вариантов и изменений изобретения описаны здесь в качестве иллюстративных примеров. В пределах замысла и области изобретения могут быть осуществлены многочисленные модификации. В описанных вариантах исполнения (см. фиг. 1, например) ниша для швартовов представлена как располагающаяся недалеко от носа судна 11. Ее расположение не ограничивается этим местом, она может располагаться в любом месте вдоль днища судна 11, в том числе и недалеко от кормы. При некоторых местоположениях для швартовов, а именно в средней части судна, корабль не сможет автоматически выравниваться с учетом окружающих его сил, ему потребуется для этого дополнительная мощность. Однако настоящее изобретение, относящееся к способу быстрой швартовки судна во время шторма, может быть также применено к этим случаям.
Колодец 25 представлен и описан проходящим вертикально через судно 11; однако нет никакой необходимости, чтобы колодец 25 проходил до самой палубы судна 11. В действительности, система швартовки изобретения не требует никакого колодца 25, а всего лишь узкого трубопровода, проходящего к палубе пришвартованного судна или ниши в нижней части корпуса, позволяющей втягивание и поднятие подъемного троса.
Несмотря на то, что некоторые средства для быстрого понижения гидростатического давления, описанные выше, представлены здесь как обеспечивающие временную швартовку судка с помощью результирующей выталкивающей силы погруженного швартовного элемента до тех пор, пока между судном и швартовным элементом не сможет установиться постоянное физическое соединение, изобретение также включает постоянную швартовку судна путем поддерживания положительной плавучести системы швартовного элемента без использования какого-либо механического приспособления.
Поперечное сечение швартовного элемента и вертикального колодца в судне представлено как предпочтительно круглое; однако изобретение применяется и к любым другим формам швартовного элемента и вертикального колодца, соответствуя описанным здесь техническим требованиям.
Способ швартовки и варианты исполнения настоящего изобретения могут быть суммированы следующим образом:
i. Изобретение относится к швартовке судна к погружному буйковому швартовному элементу, находящемуся в открытом море. Когда погруженный швартовный элемент соприкасается с днищем судна, гидростатическое давление между швартовным элементом и судном быстро понижается, смещая швартовный элемент из условия результирующей отрицательной плавучести к условию результирующей положительной плавучести и создавая между швартовным элементом и корпусом судна сжимающую силу, в результате чего осуществляется швартовка судна. Благодаря скорости, с которой может быть понижено гидростатическое давление между швартовным элементом и судном, которая равняется порядка одного периода колебаний, судно может быть пришвартовано по этому способу надежно во время шторма.
ii. Средствами для уменьшения гидростатического давления между швартовным элементом и судном могут быть:
(а) всасывающий насос для носового поворотного движителя, которым оборудованы многие суда,
(б) вакуумная камера всасывания в судне, открывающаяся в сторону моря над швартовным элементом во время швартовки,
(в) клапан воздухопровода, открывающийся в пустой трюм судна во время швартовки, уменьшая гидростатическое давление до нижнего уровня в трюме;
(г) сочетание двух или всех признаков, перечисленных выше, или
(д) специально оборудованные высокомощные насосы, осуществляющие всасывание между швартовным элементом и судном.
iii. Судно любого размера может быть пришвартовано с помощью данной системы; однако система становится более эффективной при увеличенной осадке судна, и, следовательно, с размером судна увеличивается допустимое состояние моря для выполнения швартовки.
iv. Система пригодна для швартовки в открытом море, недалеко от берега и в прибрежных водах, но особенно она подходит для швартовки судов в покрытых льдом арктических водах, так как швартовный элемент погружается в воду, когда нет судна, возможно очень быстрое соединение и, что особенно важно, возможно очень быстрое разъединение.
v. Как только судно пришвартуется посредством перепада гидростатического давления с соответствующим трением между корпусом судна и швартовным элементом, между швартовным элементом и судном могут быть установлены обычные механические соединения, такие, как гидравлически натянутые швартовы, обеспечивая надежную швартовку в случае потери перепада гидростатического давления.
Система швартовки судна содержит выполненную в нижней части корпуса судна кольцеобразную нишу для швартовки, швартовный элемент, сцепляемый верхней частью с указанной нишей и соединенный множеством канатов, удерживающих этот элемент на определенной глубине, средство для поднятия швартовного элемента с глубины до сцепления с упомянутой нишей, а также средство для быстрого впуска воды в корпус судна через впускные отверстия, расположенные в пределах этой ниши. Такое выполнение системы швартовки обеспечивает быстрое и надежное сцепление судна со швартовным элементом, уменьшает вероятность повреждения судна и швартовного элемента при ударе во время швартовки. 2 с. и 17 з.п. ф-лы, 11 ил.
Приоритет по пунктам:
31.12.92 по пп.1 - 15, 19;
18.02.93 по пп.16 - 18.
| US 4604961 А, 12.08.96 | |||
| US 4490121 А, 25.12.84 | |||
| ПРИЧАЛЬНЫЙ БУЙ ДЛЯ ТАНКЕРОВ | 1969 |
|
SU423281A3 |
