DE2526611C2

DE2526611C2 - Abbauschiff

Info

Publication number: DE2526611C2
Application number: DE2526611A
Authority: DE
Inventors: Robert Curtis Corona Del Mar Calif. Crooke; John Roby Newport Beach Graham, (verstorben) Calif.; James Frederick Pacific Palisades Calif. McNary
Original assignee: Global Marine Inc
Current assignee: Global Marine Inc
Priority date: 1974-06-13
Filing date: 1975-06-13
Publication date: 1985-02-21
Also published as: DE2526611A1; FR2274499A1; FR2274499B1; US3919958A; JPS5110590A

Description

Bei der Suche nach Natur- bzw. Bodenschätzen ist das Interesse zunehmend auf die weiten ozeanischen Regionen der Welt gerichtet. Erforschung der tieferen

< -Teile der Ozeane hat ergeben, daß sich reiche Mincrai-

. „lager, auf,de,η Böden der Ozeane befinden. Wegen der

Γ ijex|f|j|ieiji tiefe,j$ d(g| die reichsten dieser Lager liegen, — beispielsweise in einer Tiefe von 3 bis 4 Meilen unlerhalb der Ozeanoberfläche — sind der wirtschaftliche Abbau und die Gewinnung dieser Minerajlager mit sehr großen Schwierigkeiten verbunden^ Gewisse Erforsch ungsarbeiten sind in diesen Tiefen mit^Unterwasserfahrzeugen ausgeführt worden, die bei dem dort herrsehenden externen Druck arbeiten können: Unterwasserfahrze.uge sind jedoch nicht geeignet zur Durchführung vonAbbäuarbciten in großem Maßstab.

Die Erfindung betrifft ein Abbauschiff mit einer vom Deck ausgehenden, senkrecht durch den Rumpf verlau-

fenden Öffnung mit einer an Deck und über der Öffnung abgestützten Tragvorrichtung mit einem Rohrhebewerk, und mit einem an r>eck befestigten Kardansystem, das aus einem äußeren gegenüber dem Deck verschwenkbaren Kardanring und aus einem gegenüber dem äußeren Kardanring verschwenkbaren Kardanrahmen besteht und das einem die Öffnung durchsetzenden Rohrstrang eine freie Schwenkbewegung um das Kardanzentrum gestattet.

Bei einem aus der DE-OS 19 26 455 bekannten Abbauschiff dieser Art ist die Tragvorrichtung schrägstehend und fest auf dem Deck angebracht. Das Kardansystem ist mit seinem Außenring in der ÖfVnung angebracht, woi>ei zwischen dem Kardansystem und der Tragvorrichtung keine Verbindung besteht. Das Kardansystem läßt Schwenkungen des Rohrstranges zu. Um einen Knick im Rohrslrang zu vermeiden, muß sich das Schiff mit einer bestimmten Geschwindigkeit bewegen und der Rohrstrang eine Schräglage unter einem bestimmten Winkel zur Längsachse des Schiffes cinneh-

v> men, der mit der Schräglage der Tragvorrichtung übereinstimmt. Durch die Schräglage des Rohrslrungs und einem beim Abbaugerät angeordneten Kugelgelenk können auch Heb- und Senkbewegungen des Schiffs in Relation zum Meeresgrund kompensiert werden. Diese Arbeitsweise ist jedoch sehr umständlich und erfordert eine erhöhte Sorgfalt beim Arbeiten. Ungünstig erweist sich weiterhin, daß die Rohre infolge der unter einem Winkel angeordneten Tragvorrichtung in einer schrägen Lage zusammengesetzt werden müssen. Daraus crgeben sich unerwünschte Biegebelastungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Abbauschiff der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem der herabhängende Rohrslrang von seegangsbedingten Eigenbewegungen des Abbauschiffes weitgehend isoliert bleibt.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

die Tragvorrichtung im inneren Kardanrahmen des ^ri5 Kardansystems befestigt ist und daß der äußere

Kardanring über eine Kompensationscinrichtung über der Öffnung heb- und senkbar auf dem Deck abgestützt ist.

W) Da die Tragvorrichtung baulich mit dem Kardansystem verbunden ist, nimmt der in der Tragvorrichtung verlaufende Strang selbsttätig die gleiche Lage ein, wie der unter dem Schiff verlaufende Rohrstrang. Bewegungen des Schiffes um seine Quer- und Längsachse beein-

b^r> flüssen den Rohrslrang nicht, da das das Strangende haltende Hebewerk relativ zum sich bewegenden Schiff stehen bleibt. Die Kompensationscinrichtung bewirkt, daß die Höhenlage des Hebewerks weitgehend beibe-

halten wird, wenn das Schiff relaiiv zum Meeresgrund gehoben bzw. gesenkt wird. Biese Entkojjpelung der Bewegungen geschieht auch bei senkrecht zum Meeresgrund verlaufendem Strang.

Erfindungsgemäßc Fahrzeuge und Vorrichtungen sind in den weiteren Patentansprüchen gekennzeichnet

Bei der Erfindung handelt es sich somit um ein Schiff mil speziellen Einrichtungen zum Mineral- bzw. Erzabbau am Meeresgrund in Wassertiefen von mehr als 5500 m. Zu diesen besonderen Einrichtungen gehört zunächst ein sehr großer Schacht in der Mitte des Schiffs, der durch den Rumpf hindurchgeht, jedoch vom Rumpf umschlossen wird. Der Schacht kann von bewegbaren . Toren am Boden geschlossen werden. Ferner gehört dazu ein Rohrhandhabungssyslem zum Transport von zum Abbau bestimmten Rohrsegmenten großen Durchmessers zwischen einem Rohrlager im Rumpf und der Arbeitsbühne des Hebegestells, wo die Rohrsegmente mit dem bestehenden Rohrstrang, an dt/n das Abbaugerät hängt, verbunden oder von diesem getrennt werden. Drittens gehört zu diesen Einrichtungen ein Hebewerk, das den Rohrstrang kontinuierlich anheben oder absenken kann. Schließlich sind das Hebegestell, die Rohrhandhabungsanlagcn des Hebegestells und das gesamte Hebewerk im Hinblick auf Rollen, Stampfen und Seegangsbewegungen bewegungsslabilisiert, so daß das Hebegestell und der daran hängende Rohrstrang senkrecht bleiben und von den durch den Seegang hervorgerufenen Bewegungen des Schiffs getrennt bleiben. Das gesamte bewegungsstabilisierte System wird über dem mittigen Schacht von einer großen Brückenkonsiruktion in Form eines »Am gehalten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Tiefseeabbauschiffs,

F i g. 2 eine Seitenansicht des Abbauschiffs.

Fig.3A und 3B je eine ausschnittsweise Schittdarstellung. wobei die Schnitte ungefähr in der Mitte des Schiffs quer zum Schiff geführt sind und die Betrachtung in Richtung zum Bug des Schiffs erfolgt,

I·" i g. 4 eine Schnilldarstellung des kardanisch aufgehängten Plattform- und Hebewerksystems, wobei der Schnitt in Längsrichtung durch den mittleren Abschnitt des Schiffs geführt ist und die Betrachtung in Richtung nach Backbord erfolgt und

Fi g. 5 eine ausschnittsweise perspektivische Ansicht des Stabilisierungssystems, des kardanischcn Systems und des Hebewerks gemäß der Erfindung. ^r>o

Die F i g. 1 und 2 zeigen eine perspektivische Ansicht bzw. eine Seitenansicht eines Schiffs, das speziell für unterseeische Abbauarbeiten ausgelegt ist. Außen den normalen und für jedes beliebige Schiff notwendigen Merkmalen, zu denen eine Antriebsanlage, ein Frachtraum, Mannschaftsunterkünfte usw. gehören, weist das Schiff einige besondere Merkmale bzw. Einrichtungen auf. Zu diesen besonderen Einrichtungen gehören Laboratorien /.ur Bearbeitung und Verarbeitung von Mineral, Lagerräume für Mineral, ein Rohrlager und ein Kontrollraum für die Abbauarbeiten. Der Rumpf des Schiffs, der insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet wird, weist einen großen miltigen Schacht 12 auf, der von zwei großen bewegbaren Toren 23 und 25 am Boden des Rumpfes gegenüber der See geschlossen b^ri werden kann. Die Tore können in geeigneten Führungen 27 in Längsrichtung des Schiffs bewegt werden. Kin/clhciien dieser Tore und ihrer Funktionsweise sind in der US-PS 39 18 380 mit dem Titel »Closable Well in Hull of Deep Ocean Mining Vessel« desselben Anmelders beschrieben. Wenn die Tore geschlossen sind, kann der Schacht leer gepumpt werden, so daß dadurch eine Art Trockendock zur Aufnahme und Wartung der Abbaumaschinen geschaffen wird, die in den Schacht gehoben oder durch den Boden des Schachts abgesenkt werden können, wenn die Tore geöffnet sind.

Auf dem Hauptdeck 22 befinden sich einige besondere Einrichtungen, zu denen eine Förderanlage 21 zur Überführung von Rohrsegmenten von einem Rohrlager 17 zu einem bohrturmartigen Hebegestell 18 gehört, das im folgenden als Derrick bezeichnet wird und über dem Schacht 12 angeordnet ist. Der Derrick 18 und die zum Derrick gehörenden Rohrhandhabungsanlagen sind auf einer zweiachsig kardanisch aufgehängten Plattform 20 montiert, die aus einem äußeren Kardanring 58 und einem inneren Kardanring 60 besteht. Ein Hebewerk 14 ist an der Plattform 20 aufgehängt bzw. wird von dieser getragen und kann den Rohrstran.g erfassen sowie ohne Unterbrechung absenken oder anheben, während Rohrsegmente an den Rohrstrang angebaut werden, wie noch erläutert werden wird. Das Schwerlasthebewerk arbeitet hydraulisch, wie ebenfalls noch ausführlicher beschrieben werden wird.

Die kardanisch aufgehängte Plattform wird über dem Schacht 12 von einer Brückenkonstruktion 16 in Form eines »A« getragen, die den Schacht überbrückt. Eine Stabilisierungsanlage 26, d. h. eine Anlage zum Ausgleich des Seegangs, die ebenfalls noch ausführlicher beschrieben werden wird, überträgt die Last des kardanisch aufgehängten Plattform 20 mit dem Derrick 18 und dem Schwerlasthebewerk 14 zur Brückenkonstruktion, wobei sie senkrechte Relativbewegungen zwischen dem Schiff und der kardanisch aufgehängten Plattform ermöglicht.

Der Derrick und das Rohrhandhabungssystem sind ausführlicher in der US-PS 39 39 990 mit dem Titel »Automatic Roughneck« desselben Anmelders beschrieben. Der Derrick und das Rohrhandhabungssystem übernehmen jeweils ein Rohrsegment von der Förderanlage und bringen es an einem senkrechten Rohrstrang an, der durch den Schacht 12 nach unten ragt und mit der Abbaumaschine verbunden ist.

Schließlich weist das erfindungsgemäße Schiff als besondere Einrichtung noch zwei große, senkrechte Konstruktionen 11 an jedem Ende des mittigen Schachtes auf. Diese Konstruktionen, die als Docktürme bzw. einfach als Türme bezeichnet werden, werden dazu benutzt, die Abbaumaschine zu halten, bis im Schacht verstaut ist, und sie zu Beginn bzw. am Ende der Abbauarbeiten abzusenken bzw. hochzuheben. Die Türme 11 können von einem Antriebsmechanistnus 13 abgesenkt oder hochgefahren und von einem Kippmechanismus 15 vor- und zurückgekippt werden. Einzelheiten der Docktürme werden in der deutschen Patentoffenlegungsschrift DE-OS 28 26 609 »Vorrichtung zum Anheben und Absenken großer Gegenstände von einem Überwasserschiff« desselben Anmelders beschrieben.

Zu Beginn der Abbauarbeiten wird der mittige Schacht 12 geflutet. Dann werden die Tore 23 und 25 entriegelt und geöffnet und schließlich senken die Docktürme 11 die Abbaumaschine unter das Schiff ab. Vom Rohrlager 17 wird ein Rohrsegment zum Derrick 18 transportiert und mittels des Hebewerkes 14 abgesenkt und mit der Abbaumaschine verbunden. Wenn dann das Rohr und die Abbaumaschine vom Hebewerk gehalten werden, geben die Docktürme 11 die Abbaumaschine

frei, wird die kardanisch aufgehängte Plattform 20 entsperrt und wird die Stabilisierungsanlage 26 in eine Mittelstellung eingestellt. Der Derrick 18 und der vom ihm getragene Rohrstrang werden nun durch Schwerkraft senkrecht gehalten, und zwar unabhängig von den Seegangsbewegungen des Schiffs. Die Abbaumaschine wird in ununterbrochener Bewegung auf den Meeresboden abgesenkt, während an den Rohrstrang fortlaufend Rohrsegmente angesetzt werden.

Von denjenigen besonderen Einrichtungen des to Schiffs, die sich oberhalb des Hauptdecks befinden, werden im folgenden die den mittleren Schacht 12 überspannende Brückenkonstruktion und sämtliche Systeme beschrieben, die von dieser getragen werden.

Im folgenden wird insbesondere auf die F i g. 3,4 und 5 eingegangen. Das gesamte Hebewerk 14, die Stabilisierungsanlage 26 und der Derrick 18 werden von der Brückenkonstruktion !6 über dem mittleren Schacht 12 getragen. Die gesamte Last der abgestützten Konstruktionen des daran hängenden Rohrstranges und des Abbaugerätes wird über vier Fundamente 24 der Brückenkonstruktion auf den Rumpf 10 übertragen. Auf unteren Streben 53 der Brückenkonstruktion 16 sind zwei große senkrecht angeordnete Stabilisierungszylinder 50 und 52 mit ihren unteren Enden montiert, die über große Gabeln 46 und 48 den äußeren Kardanring 58 tragen. Der äußere Kardanring ist mittels zweier in Axialrichtung des Schiffs ausgerichteter Zapfen 54 und 56, die in Lagern 61 und 63 gelagert sind, um deren Achse drehbar. Die Gabeln 46 und 48 werden von Führungen 38 und 40 geführt, wenn die Stabilisierungszylinder 50 und 52 auf die Schiffsbewegungen ansprechend diese ausgleichen. Die Führungen 38 und 40 sind an den unteren Streben 53 der Brückenkonstruktion montiert und ragen von diesen senkrecht nach oben, wie F i g. 4 zeigt. Der innere Kardanrahmen 60 ist über zwei in Axialrichtung quer zum Schiff ausgerichtete Zapfen 62 und 64, die in Lagern 66 und 68 gelagert sind, mit dem äußeren Kardanring 58 verbunden. Der innere Kardanrahmen 60 kann sich somit um die Querachse des Schiffs drehen.

Ein Derrickfundament 72 trägt den Derrick !8 auf dem Kardanrahmen 60. Ferner sind am kardanisch aufgehängten Rahmen 60 zwei obere Hubzylinder 74 und 75 montiert. An der Unterseite des inneren Kardanrahmens 60 ist ein Gerüst 80 aufgehängt, das zwei untere Hubzylinder 84 und 85 aufnimmt. Aufgrund dieser Gesamtanordnung können der Derrick und der aufgehängte Rohrstrang in praktisch senkrechter Stellung und von den Seegangsbewegungen des Schiffes isoliert gehalten werden. Dem kardanisch aufgehängten System, das sich relativ zum Schiff bewegt, werden hydraulische und elektrische Energie mit Hilfe von zwei Dreibeinen % und einer Reihe von Schläuchen 95 sowie Ventilen 94 und 98 zugeführt Innerhalb des kardanisch aufgehängten Systems wird ein Rohrsystem benutzt

Wenn ein Rohrsegment vom Derrick 18 abgesenkt wird, wird es vom Hebewerk 14 aufgenommen und gehalten, mittels dessen der Rohrstrang durch den Schacht 12 zum Meeresboden abgesenkt und von diesem angehoben werden kann. Wie bereits erwähnt umfaßt dieses ω Hebewerk das Paar oberer, hydraulischer Zylinder 74 und 75, die am inneren Kardanrahmen 60 auf beiden Seiten der senkrechten Mittellinie montiert sind, die der Mittellinie des Rohrstranges entspricht, der angehoben oder abgesenkt wird. Die Hubzylinder 74 und 75 wirken b5 auf Kolbenstangen 76 und 77, die nach unten ragen und an ihren unteren Enden mit einem oberen Querkopf 78 gekuppelt sind. Der obere Querkopf 78 umfaßt eine hydraulisch betätigte Einrichtung zum lösbaren Erfassen eines Rohrstrangs 90 am Bund eines Rohrverbindungsstücks 92, so daß der Rohrstrang bei hydraulischer Betätigung der oberen Hubzylinder 74 und 75 in axialer Richtung bewegt werden kann. Das Ansetzen eines neuen Rohrsegmentes an den Rohrstrang erfolgt immer oberhalb des oberen Querkopfes 78.

Die unteren hydraulischen Hubzylinder 84 und 85 sind vor bzw. hinler der senkrechten Mittellinie angeordnet, wogegen die oberen hydraulischen Hubzylinder 74 und 75 auf der Steuerbord- bzw. Backbordseite der senkrechten Mittellinie angeordnet sind. Die unteren Hubzylinder 84 und 85 wirken auf Kolbenstangen 86 und 87, die an ihren unteren Enden mit einem unteren Querkopf 88 gekuppelt sind. Wie der obere Querkopf 78 ist auch der untere Querkopf 88 so ausgebildet, daß er den Rohrslrang an einem Rohrverbindungsstück lösbar erfassen kann. Daher kann auch durch hydraulische Betätigung der unteren Hubzylinder 84 und 85 der Rohrstrang abgesenkt oder angehoben werden.

In Fig.5 sind die Stabilisierungsanlage und das Hebewerk perspektivisch dargestellt. Der Rohrstrang ist insgesamt mit dem Bezugszeichen 90 bezeichnet. Der Rohrstrang besteht aus zahlreichen voneinander lösbaren Segmenten, wobei jedes Segment an seinem oberen Ende ein mit Innengewinde versehenes Rohrverbindungsstück 92 aufweist, in das ein weiteres Rohrsegment gesteckt und bis zum Anschlag eingeschraubt werden kann, wodurch die Rohrsegmente miteinander verbunden werden. Das Rohrverbindungsstück 92 am oberen Ende jedes Rohrsegmenles weist eine Schulter 93 auf, über die die vom Rohrstrang aufgebrachte Last abwechselnd entweder zum oberen Querkopf 78 oder zum unteren Querkopf 88 übertragen werden kann.

Wie ausführlicher in der US-PS 39 49 883 mit dem Titel »Hydraulically Operated Heavy Lift System for Vertically Moving a String of Pipe« desselben Anmelders beschrieben wird, werden die oberen Hubzylinder 74 und 75 und die unteren Hubzylinder 84 und 85 mittels der hydraulisch betätigten Querköpfe 78 und 88 abwechselnd mit dem Rohrstrang verbunden. Während ein Zylinderpaar den Rohrstrang entweder anhebt oder absenkt, kann daher das andere Zylinderpaar währenddessen in Stellung gebracht werden, um die Last aufzunehmen und das Anheben oder Absenken fortzusetzen.

Die Stabilisierungsanlage umfaßt die zwei hydraulischen Stabilisierungszylinder 50 und 52, die jeweils hydraulisch mit den unteren Enden hydropncumatischcr Speicher 154 und 156 verbunden sind. Wenn das hydraulische Fluid im unteren Teil eines Speichers ansteigt, wird das Gas im oberen Teil des Speichers komprimiert. Die oberen Enden der Speicher sind wiederum pneumatisch mit zahlreichen, unter Druck stehenden pneumatischen Tanks 166 verbunden. Die Anzahl der Tanks, die parallel an den jeweiligen Speicher angeschlossen ist kann von einer Bedienperson gesteuert werden, um das Gasvolumen des pneumatischen Systems zu ändern. Diese Anordnung führt zu einer passiven hydropneumalischen Feder zwischen dem kardanischen System und der Brückenkonstruktion. Bei Schiffsbewegungen im Seegang übertragen die zwei hydraulischen Stabilisierungszylinder die Last auf die Brückenkonstruktion. Die Federkonstante, d.h. die Steifigkeit der Feder, kann durch Änderung des Gasvolumens im System geändert werden. Wie ausführlicher in der genannten US-Patentanmeldung beschrieben ist kann die Bedienperson die Stabilisicrungszylinder in eine mittlere Stellung einstel-

leu, indem der Luft- bzw. Gasdruck im System erhöht
oder vermindert wird, wodurch die Federsteifigkcil geändert wird, um den Hub innerhalb bestimmter Grenzen zu halten.

lieizub Blatt Zeichnungen

Claims

t\><*. . i'■-"ϊ Patentansprüche: ^ ..,Γ ^ ν. i ί

1. Äbbauschiff mit einer vom Deck ausgehenden, senkrecht durch den Rumpf verlaufenden öffnung, mit einer an Deck und über der öffnung abgestützten Tragvorrichtung mit einem Rohrhebewerk und mit einem an Deck befestigten Kardansystem, das aus einem äußeren gegenüber dem Deck schwenkbaren Kardanring und einem inneren gegenüber dem äußeren Kardanring schwenkbaren Kardanrahmen besteht und das einem, die Öffnung durchsetzenden Rohrstrang eine freie Schwenkbewegung um das Kardanzentrum gestattet, dadurch gekenn ζ e i c h η e t, daß die Tragvorrichtung (18) im inneren Kardanrahmen (60) des Kardansystems (20) befestigt ist und daß der äußere Kardanring (58) über eine Kompensationseinrichtung (26) über der öffnung (12) heb- und senkbar auf dem Deck (22) abgestützt ist

2. Abbauschiff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationseinrichtung (26) an einem die Öffnung (12) überspannenden Brückenrahmen (16) befestigt ist.

3. Abbauschiff nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationseinrichtung (26) eine passive hydropneumatische Federeinrichtung aufweist, deren Federsteifigkeit vorzugsweise veränderbar ist.

4. Abbauschiff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die hydropneumatische Federeinrichtung zwei auf dem Brückenrahmen (16) abgestützte Hydraulikzylinder (50,52) enthält, die mit der hydropneumatischen Speichcreinheit (154,156) verbunden ist.

5. Abbauschiff nach einem den Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtung (154,156) wahlweise mit wenigstens einem von mehreren unter Druck stehenden Tanks (166) verbunden ist.

6. Abbauschiff nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydraulikzylinder (50,52) die Schwenkachse des äußeren Kardanrings (58) über gabelartige Lager (46,48) abstützen.

7. Abbauschiff nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Kardanrahmen (60) als Plattform ausgebildet ist.

8. Abbauschiff nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Schwerpunkt des inneren Kardanrahmens (60) und der Tragvorrichtung (18) unterhalb des Kardanzentrums liegt.

9. Abbauschiff nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine in geschlossenem Zustand ein Trockendock bildende Toreinrichtung (23, 25) zum dichten Verschließen der öffnung (12).

10. Abbauschiff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nahe dem Rand der öffnung (12) Ladekräne und Dockeinrichtungen (11) zum Einbringen von Abbaugerät in das Trockendock vorhanden sind.