NO148025B - Fremgangsmaate og anordning til aa kompensere den relative vertikale bevegelse mellom et kranunderlag og et lastested - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte og en anordning til å kompensere den relative vertikale bevegelse mellom et kranunderlag og et lastested, idet målesignaler som gir informasjon om vertikal avstand og relativ vertikal hastighet mellom et punkt på kranunderlaget og lastestedet, tilføres en på kranunderlaget anordnet drivinnretning som heisevaieren er ført gjennom for endring av vaierlengden i takt med de relative vertikale bevegelser.

For fartøyer som befinner seg på sjøen eller i luften, kan det i urolig vær ofte være forbundet med store vanskeligheter å utføre laste- og losseoperasjoner uten at lasten påføres skade. Halvt nedsenkede boreplattformer eller andre sjøgående fartøyer

av skips-typen som benyttes ved arbeid i åpent farvann, får f.eks. en vertikal bevegelse som følge av bølger eller dønninger. En slik bevegelse kan medføre at en last som skal settes ned utenfor fartøyet av en kran på dette, eller en last som skal settes ned på fartøyet fra et annet sjøgående fartøy eller f.eks. et helikopter, møter underlaget med en slik kraft at der for-voldes skade på lasten og underlaget. Ved store og tunge laster vil slike bevegelser være meget kritiske, noe som medfører at laste- og lossearbeid bare kan utføres under relativt rolige vær-forhold. Dette kan bety forlenget ventetid for utførelsen av det påtenkte arbeid, hvilket igjen kan fordyre det aktuelle prosjekt ved forrykning av dettes fremdriftsplan.

Fra US patentskrift 3 309 065 er der kjent et system til måling av den relative bevegelse mellom en kran og et lastested i den hensikt å kompensere for nevnte relative bevegelse. Til dette formål er der anordnet et hydraulisk stempel som under normale forhold holdes i en midtstilling, og som kan beveges utfra denne stilling for å forkorte eller forlenge heisevaieren. Imidlertid er der i dette patentskrift hverken beskrevet eller foreslått bruken av organer som bidrar til utbalansering av lasten uten unødig kraftforbruk, og som reduserer "kompensasjonskraften" til et minimum .

DE patentskrift 407 265 omhandler en kran hvor lastevaieren påvirkes av en motvekt som innstiller seg automatisk i forhold til spenningen i lastevaieren. Slike motvekter torde neppe kunne innpasses i et kompenseringssystem for utligning av relativ bevegelse mellom to lastesteder. Bruken av et slikt kjent utbalanseringsorgan innebærer at man ved ubelastet vaier får en situasjon hvor motvekten ikke på noe tidspunkt under heise-operasjonene vil kunne følge krankrokens relative bevegelse mellom to fartøyer. Motvektene vil ved lastet vaier innstille seg i en bestemt stilling svarende til lastens vekt. Et tenkt kompen-sasjonssystem som går ut på å endre stillingen av motvekten i motfase til krokens bevegelse, vil dessuten kreve uforholdsmessig mye energi, idet man i tillegg til å overvinne friksjonen i systemet, må overvinne den del av motvekten som overskrider vaier-strekket.

FR patentskrift 2 001 121 omhandler et kompenseringssystem som omfatter en passiv motvekt eller utbalanseringslegeme, men legemet er opphengt i en line som er viklet rundt en kompensa-sjonspole som via en differensialkobling står i forbindelse med selve heisetrommelen. På kompensasjonspolen er der også viklet en signalline som er ført via trinser og festet til en flottør som understøtter et fartøy.

Ulempen ved dette kjente system er at fartøyet må befinne seg i en ganske bestemt posisjon for at systemet skal virke. Dersom fartøyet skulle forskyve seg horisontalt, dvs. langs vannflaten, vil dette gi en forlengelse eller forkortelse av signallinen, som da vil forårsake en endring av lastekrokens stilling. Systemet vil altså kunne gi et feilsignal til laste-kroken dersom fartøyet forskyver seg langs vannflaten.

Dette skyldes at signallinen er direkte tilkoblet kompensa-sjonsspolen, som følgelig reagerer på alle slags forandringer av signallinens lengde.

De kjente motvekter beveger seg riktignok vertikalt, men fordi de er avhengig av lengdeforandringene i en signalline, tjener de mer som et strammeorgan for målelinen enn som utbalan-seringslegemer. Dessuten er ikke de kjente motvekter tilsluttet et drivorgan, enn si tjener til utbalansering av den last som skal heves eller senkes under en kompensasjonsoperasjon, idet de kjente motvekter ikke er innkoblet direkte i heisevaierens føring, men indirekte via en kobling. Ved det kjente system er det følgelig selve fartøyet som ved sin duvningsbevegelse som er en kombinasjon av horisontal og vertikal bevegelse, drar vaieren inn eller ut.

Hensikten med den foreliggende oppfinnelse er således å komme frem til et system som på en enkel og pålitelig måte kom-penserer for duvningsbevegelser av kranen eller lastestedet både når lasten settes ned og når den tas opp, samtidig som kompensasjonskraften reduseres til et minimum.

Denne hensikt er ifølge oppfinnelsen oppnådd ved en fremgangsmåte av den innledningsvis angitte art, karakterisert ved at der ved drivinnretningen til regulering av heisevaieren benyttes en eller flere innstillbare passive motvekter som virker direkte på heisevaieren og utgjør en utbalansering av lasten, og at motvektene er tilsluttet hvert sitt eller et felles drivorgan for tilnærmet vertikal heving og senking av motvektene og derved utbalansert heving og senking av lasten med minimalt kraftforbruk av drivorganene.

Ved den foreliggende anordning er det til forskjell fra den kjente teknikk tale om passive motvekter som på den ene side er innkoblet direkte i heisevaierens føringsvei for utbalansering av lasten, og som på den annen side er tilsluttet et separat drivorgan til heving og senking av motvektene, samtidig som målesignalene for kompensasjonsoperasjonen tilføres en innretning som virker på heisekrokens vaierlengde uavhengig av heisekrokens heisemaskineri.

Hensiktsmessig kan der ifølge oppfinnelsen benyttes en eller flere innstillbare vekter som henger i en blokk som heisevaieren er ført rundt. De "passive" organer består hensiktsmessig av betongelementer som er trædd eller festet inn på en stang.

Ved en slik utførelse kan tyngden av hver vekt eller antall vekter på forhånd tilpasses tyngden av lasten, slik at den over-skytende kraft som skal til for å forlenge resp. forkorte vaierlengden, er meget liten. I det enkelte tilfelle hvor lasten er helt utbalansert, trengs der stort sett bare et energiforbruk som skal overvinne friksjonstapet i vaierskivene.

Til måling av avstand og relativ hastighet kan der hensiktsmessig benyttes elektromagnetiske bølger, fortrinnsvis mikro-bølger. Alternativt kan der benyttes laser-teknikk. En annen mulighet består i at der benyttes en målesnor som er spent ut mellom et punkt på kranen og lastestedet, og som holdes stram mellom festepunktet og lastestedet ved hjelp av passende opp- og avrullingsorganer.

En anordning ifølge oppfinnelsen er karakterisert ved at drivinnretningen til regulering av heisevaieren omfatter en eller flere innstillbare passive motvekter som virker direkte på heisevaieren og utgjør en utbalansering av lasten, og at motvektene er tilsluttet hvert sitt eller et felles drivorgan for tilnærmet vertikal heving og senking av motvektene og derved utbalansert heving og senking av lasten med minimalt kraftforbruk av drivorganene.

Oppfinnelsen vil i det følgende bli nærmere beskrevet under henvisning til tegningen. Fig. 1 er et skjematisk riss av en større heisekran som kan være montert ombord på en halvt nedsenket boreplattform eller lignende fartøy. Fig. 2 er en skjematisk prinsippskisse av kranens heisespill, med en første innretning til automatisk kompensasjons-regulering av heisevaieren. Fig. 3 er et forenklet blokkdiagram over styringsforløpet vedrørende innretningen på fig. 2. Fig. 4 er en skjematisk prinsippskisse av kranens heisespill, med en annen innretning til automatisk kompensasjonsregu-lering av heisevaieren. Fig. 5 er et forenklet blokkdiagram over styringsforløpet vedrørende innretningen på fig. 4.

På fig. 1 er 1 den generelle betegnelse på en heisekran som kan befinne seg ombord på et sjøbåret fartøy, f.eks. en halvt nedsenket boreplattform som er antydet ved 1'. Heisekranen 1 som befinner seg på et av boreplattformens dekk, omfatter hovedsakelig et fundament 2 som kranen kan dreie seg på ved hjelp av passende, ikke viste drivorganer. Disse sammen med drivorganene for de resterende bevegelser som kranen skal utføre, rommes i et maskinhus 3, hvis øvre parti går over i et oppragende fagverk 4. Dette er

utført med et toppstykke 5, hvori der er opplagret tre blokker 6,

7 og 8. Under maskinhuset 3 er der anordnet et førerhus 9, og mellom dette og maskinhuset 3 går en trapp 10. Over førerhuset 9 ligger et opplagringspunkt 11 for den ene ende av kranarmen 12,

som holdes i en utragende stilling ved hjelp av en vaier 13 som strekker seg fra en ikke vist drivtrommel i maskinhuset 3 via blokken 7 og via en annen blokk 14 og til et festepunkt på topp-stykket 5. Blokken 14 er dreibart opplagret i den ene ende av en strekkstav 15, hvis andre ende er svingbart forankret nær toppen av kranarmen, som antydet ved 16 på fig. 1. I kranarmens ytre frie ende 17 er der dreibart montert to blokker 18 og 19, idet blokken 18 tjener til føring for en vaier 20 for en første heisekrok 21 og blokken 19 tjener til føring for en vaier 23 for en annen, større heisekrok 22.

Som det fremgår av fig. 1 strekker heisevaieren 20 seg fra området for heisekroken 21 via blokkene 18 og 6 tilbake til maskinhuset, hvor den f.eks. er viklet opp på en ikke vist drivtrommel. Heisevaieren 23 er fast forankret ved blokken 8 og strekker seg derfra rundt en blokk 24 på kroken 22 og via blokken 8 tilbake til maskinhuset, hvor den på samme måte som de andre ovenfor omtalte vaiere er viklet opp på en drivtrommel.

Som nevnt kan heisekranen 1 være montert ombord på f.eks.

en halvt nedsenket boreplattform 1<1>, idet et øvre parti av denne rager opp over vannoverflaten 25. Et slikt halvt nedsenket far-tøy utsettes for bevegelser på grunn av urolig sjø, noe som fører til at fartøyet duver opp og ned. En slik duvningsbevegelse er antydet ved en dobbeltpil 26. Dersom en last skal settes ned, f.eks. ved hjelp av heisekroken 22, vil heisekroken i tillegg til den av kranoperatøren ønskede bevegelse få en overlagret, vertikal tilleggsbevegelse som skyldes duvnings- og/eller rullebevegel-sene av fartøyet 1'. Dersom kroken 22 skal fire en større last ned mot et underlag 27, kan lasten som følge av duvningsbevegel-sene møte underlaget med en slik kraft at lasten og/eller underlaget påføres store skader.

For å oppveie de duvningsbevegelser som moderfartøyet utsettes for, og som overføres til lasten som en uønsket og kritisk tilleggs bevegelse, er der ved toppen av heisearmen 12 anordnet et organ 28 som hovedsakelig kontinuerlig foretar målinger av størrelser som gir informasjon om avstand og relativ hastighet til det sted på underlaget 27 hvor lasten skal tas opp respektive settes ned. Hensiktsmessig kan organet 28 omfatte en eller flere sendere for utsendelse av elektromagnetiske bølger, fortrinnsvis mikrobølger, og en eller flere mottagere for mottagning av utsendte og fra lastestedet 27 reflekterte bølger. I tilknytning til organet 28 eller på et passende annet sted, f.eks. i førerhuset 9, kan der være anordnet organer til behandling og eventuell omformning av målesignalene og til overføring av disse til egnede regulerings-organer som tjener til å påvirke lastekrokens hastighet og/eller kranarmens stilling. Derved oppnår man at den relative bevegelse mellom heisekroken 22 eller selve lasten og lastestedet blir uavhengig av de tilleggsbevegelser som skyldes fartøyets bevegelse. Heisekroken 22 kan da følge det av kranoperatøren ønskede bevegelsesforløp, som gir lasten en myk landing på lastestedet 27. Dette finner sted ved at lasten til kompensasjon av de tilleggsbevegelser som skyldes moderfartøyets duvningsbevegelser, meddeles en akselerasjon resp. retardasjon som motvirker fartøyets bevegelse og derfor forhindrer uønskede kraftige sammenstøt mellom lasten og lastestedet 27.

På fig. 2, som er en skjematisk prinsippskisse over et av kranens heisespill, f.eks. for heisekroken 22, betegner 22" selve heisekroken, som bærer en last 28a. 8', 8", 19', 19" og 24' er blokker som heisevaieren 23' er ført over, idet den ene ende av vaieren 23' er viklet opp på en første heisetrommel 29, mens den annen ende er viklet opp på en annen heisetrommel 30. Heise-tromlene 29 og 30 er anordnet for rotasjon i motsatt retning og kan via ikke viste transmisjoner være tilkoblet hver sin motor, som antydet ved henholdsvis 31 og 32. Det skal forstås at heise-tromlene 29 og 30 eventuelt kan være tilkoblet en felles driv-motor .

Mellom blokkene 8" og 19" er der innskutt en hydraulisk anordning som er generelt betegnet med 39, og som hovedsakelig omfatter en hydraulisk sylinder 41 med et resiproserbart stempel 40. Til sylinderen 41 er der tilsluttet trykkledninger 42 og 43 som er forbundet med ikke viste hydrauliske aggregater samt styringsorganer og ventilorganer tor regulering av stempelets stilling. Den utragende ende av stempelarmen bærer en blokk 44 som heisevaieren 23' er ført rundt via ytterligere blokker 45 og 46. Under normale forhold holdes stempelstangen 40 i en midtstilling. Når lasten 28a som henger i kroken 22', beveger seg på en måte som avviker fra det ønskede bevegelsesforløp, meddeles stempelstangen 40 en stillingsendring for å forkorte eller forlenge heisevaieren og derved utligne den uønskede tilleggsbevegelse av kranen.

På fig. 3 er der ved hjelp av et forenklet blokkdiagram skissert et styringsforløp som kan benyttes i forbindelse med den utførelsesform som er vist på fig. 2. Som det fremgår av både fig. 2 og 3, kompenseres her tilleggsbevegelsen uavhengig av selve heisemaskineriets styring. Som vist på fig. 3 blir styre-signalene fra førerhuset 9" ført direkte til motorstyringen for heisemaskineriet og/eller drivmaskineriet for kranarmen, mens der til en omformer/sammenligningsenhet 55 som også mottar signaler fra måleorganet 28"'. Fra enheten 55 overføres der signal til en styreenhet 46, som igjen påvirker organer 47 som omfatter de i forbindelse med fig. 5 omtalte hydrauliske aggregater med styringsorganer og ventilorganer, og som meddeler stempelstangen 40 en passende bevegelse i den ene eller annen retning, avhengig av avviket fra lastens ønskede bevegelsesforløp som følge av far-tøyets duvningsbevegelser.

På fig. 4 er der vist en annen utførelsesform av en innretning som virker på lastekrokens nedhengende vaierlengde uavhengig av heisekrokens heisemaskineri. Her består innretningen av et eller flere innstillbare vekter som henger i blokken 44, og som er generelt betegnet med 48. Tyngden av hver vekt eller antall vekter kan tilpasses lastens tyngde. Vekten kan hensiktsmessig bestå av skiveformede betongelementer 48' utført med sentrale åpninger og trædd inn på en stang 49. Via en vaier 51 som løper over en øvre blokk 52 og en nedre blokk 53, og som med sine to ender er festet henholdsvis ved vektens topp og bunn, er hver vekt 48 tilsluttet hver sin trommel 50' som drives av hvert sitt eller et felles drivorgan 50 til heising og senking av vektene når der kreves kompensasjon for fartøyets duvningsbevegelser.

Et forenklet blokkdiagram over et styringsforløp som kan benyttes i forbindelse med den utførelsesform som er vist på fig.

4, er anskueliggjort på fig. 5, som tilnærmet svarer til blokk-diagrammet på fig. 3 med den unntagelse at den hydrauliske sty-

ring 47 og den hydrauliske anordning 39 her er erstattet av drivorganet 50 som driver trommelen 50' for vaieren 51.

Det skal forstås at den foreliggende oppfinnelse kan utføres

på andre måter enn de ovenfor beskrevne uten at dette går ut over oppfinnelsens ramme. For eksempel kan der for måling av de stør-relser som tilkjennegir avstand og relativ hastighet mellom et

punkt på kranen og lastestedet, foruten mikrobølger benyttes laser-teknikk. Alternativt kan der benyttes en målesnor som er spent ut mellom et punkt på kranarmen og lastestedet, og som holdes stram mellom festepunktet på kranen og lastestedet ved hjelp av egnede opp- og avrullingsorganer. I forbindelse med målesnoren kan der hensiktsmessig benyttes et telleverk som i passende lengdeenheter registrer snorens lengde og derved den ønskede avstand, samtidig som teller verket står i forbindelse med passende organer som avføler snorens lengdeendring pr. tids-enhet.

For målingen kan der også benyttes instrumenter som benytter ultralyd eller optikk. Videre kan der benyttes akselerometre som maler de duvningsdynamiske bevegelser av kranarmen, eller instrumenter som måler kranarmens duvnings-vinkelstilling i forhold til en gitt referansestilling.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte til å kompensere den relative vertikale bevegelse mellom et kranunderlag og et lastested, idet målesignaler som gir informasjon om vertikal avstand og relativ vertikal hastighet mellom et punkt på kranunderlaget og lastestedet, til-føres en på kranunderlaget anordnet drivinnretning som heise-

vaieren er ført gjennom for endring av vaierlengden i takt med de relative vertikale bevegelser, karakterisert ved at der ved drivinnretningen til regulering av heisevaieren benyttes en eller flere innstillbare passive motvekter som virker direkte på heisevaieren og utgjør en utbalansering av lasten, og at motvektene er tilsluttet hvert sitt eller et felles drivorgan for tilnærmet vertikal heving og senking av motvektene og derved utbalansert heving oq senking av lasten med minimalt kraftforbruk av drivorganene.

2 . Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at der til bevegelse av motvektene benyttes en eller flere hydrauliske stempler.

3 . Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at der som motvekter benyttes betongelementer .

4. Anordning til å kompensere den relative vertikale bevegelse mellom et kranunderlag-og et lastested, idet målesignaler som gir informasjon om vertikal avstand og relativ vertikal hastighet mellom et punkt på kranunderlaget og lastestedet, tilføres en på kranunderlaget anordnet drivinnretning som heisevaieren er ført gjennom for endring av vaierlengden i takt med de relative vertikale bevegelser, karakterisert ved at drivinnretningen til regulering av heisevaieren omfatter en eller flere innstillbare passive motvekter (48) som virker direkte på heisevaieren (23') og utgjør en utbalansering av lasten (28a), og at motvektene (48) er tilsluttet hvert sitt eller et felles drivorgan (50, 50') for tilnærmet vertikal heving og senking av motvektene (48) og derved utbalansert heving og senking av lasten (28a) med minimalt kraftforbruk av drivorganene (50, 50').

5. Anordning som angitt i krav 4, karakterisert ved at drivorganet til regulering av lastekrokens nedhengende vaierlengde omfatter en eller flere hydrauliske anordninger som benyttes til innstilling av lastutbalanserings-organene.

6. Anordning som angitt i krav 4 eller 5, karakterisert ved at de passive motvekter (48) er betongelementer (48').