升沉补偿器及在浪溅区阶段期间降低折断载荷风险的方法技术

本发明专利技术涉及一种方法和升沉补偿器，用于在将载荷离岸部署到海或海床内或上时通过应用悬挂在载荷和提升装置之间的升沉补偿器来消除折断载荷和升沉效应，该升沉补偿器在中小行程长度下具有相对刚性的行程响应，并且然后在更大的行程长度下具有更软的行程响应，以避免超过起重机/提升装置的或载荷上的DAF限制。

Heave compensator and the method of reducing the risk of breaking load during the stage of wave splashing

The invention relates to a method and a heave compensator, the load used in offshore deployment to the sea or on the seabed or through the application is suspended between the load and the lifting device of the heave compensator to eliminate the fracture load and heave effect, the heave compensator in the small stroke length under a relatively rigid schedule response. And then in the larger stroke length has more soft stroke response, to avoid exceeding the crane / lifting device or the load on the DAF limit.

【技术实现步骤摘要】
升沉补偿器及在浪溅区阶段期间降低折断载荷风险的方法
本专利技术涉及一种升沉补偿器(heavecompensator，波浪补偿器)以及用于在将载荷从具有提升装置(liftingdevice，提升装置)的浮动部署船部署到海/水中时在浪溅区(splash-zone)阶段期间降低折断载荷(snap-load)的风险的方法。
技术介绍
离岸设备(例如，海上风车、用于海底石油和天然气勘探等的各种过程模块)在很多情况下都是通过以下方式部署：在海上运输船上运出到安置地点，然后由船载起重机或位于另一个船上的起重机从运输船提起，并下降到海中，以定位到作为浮动装置的表面上，或者下降到水中，以安装在海床上。载荷的部署或更精确地为载荷的提升操作对天气状况敏感，因为海浪引起的部署船的运动可迅速地导致悬荷的不可接受的升沉运动。这对于从浮动船提起重型货物和/或大型构造来说尤为困难。存在与重型悬荷的升沉运动相关的几个问题。该升沉运动通常难以预测，并且具有不规则的周期性，导致悬荷的不规则地变化的加速运动。当载荷悬浮在空气中时，并且特别是当载荷浸没在水中时，该加速运动可在提升设备/起重机和悬挂点上引起不可接受的高张力。然后，来自水体的阻力(dragforce，拖曳力)可容易地导致提升设备上的不可接受的高张力。升沉运动的另一个问题是它们导致难以预测载荷的垂直运动。这在载荷的初始提升阶段和降落阶段都是成问题的，这是由于载荷撞击底座或部署船导致对载荷和/或部署船或预期的降落底座的结构性损坏的风险而引起的。重型载荷和/或大型构造的海上提升的另一个问题是穿过所谓的浪溅区，这是当载荷/构造被部分地淹没在水中时。在此阶段，水/海浪可引起载荷/构造的浮力的变化，导致提升缆索和/或吊索的暂时性松弛，当缆索和/或吊索被突然拉紧时，该缆索和/或吊索通常随后以折断载荷结束。折断载荷由于容易产生不可接受的高张力而是成问题的，在最坏的情况下，该折断载荷可导致缆索或吊带折断。根据提升工程计算，预测可根据接受准则进行安全操作的气候窗。这可显著地降低可操作性，并且在建立可接受的波浪条件之前产生长的等待时间。因此，为了避免运输船被设置为暂停以等待允许这种部署操作的改进的波浪条件的昂贵的等待时间，希望改进这些波浪引起的问题，允许在不太有利的天气条件下进行部署。通常通过采用升沉补偿器来缓解这些问题。升沉补偿器是一种具有弹簧和/或阻尼效果的机构，这是由于能够在需要时延长或缩短起重机的悬挂点与载荷的悬挂点之间的距离，并且因此显著地减小了由于提升期间的意外动作而引起的张力的变化。升沉补偿器通常设置在载荷和起重机之间，例如，通过一端附接到起重机的提升缆索的U形夹，并且另一端附接到载荷的悬挂点。从US3842603中，已知了一种起重机载荷补偿器，用于固定的起重机和具有将气缸分为主腔室和次腔室的双作用活塞的船载载荷之间的互连。在其下部中具有液体并且在其上部中具有空气的第一储蓄器在底部通过第一电致动阀连接到一个下腔室。在下部中具有液体并且在上部中具有空气的第二储蓄器在底部连接到另一个腔室。第一储蓄器还具有用于在压力下向其供应空气的第二电致动阀以及用于在压力下从其中释放空气的第三电致动阀。第二储蓄器具有响应于连接到第二阀的第二储蓄器中的低气压的第一压力开关，并且具有响应于连接到第三阀的第二储蓄器中的高压的第二压力开关。空气的压力用作活塞位置指示器。另外，第一阀由手动操作的开关控制。而且，还有用于将第二和第三气阀的致动器设置于回路中的手动开关。通过手动和自动地操作阀，尽管船和起重机之间的位置变化，但载荷被缓冲并小心地处理。从EP2982638A1中，公开了一种具有可调节的阻尼特性的升沉补偿器，包括长度延伸装置，该装置具有：由可滑动的活塞分成真空腔室和液体填充腔室的内部空间；由可滑动的活塞分成气体填充腔室和液体填充腔室的气体储蓄器；以及最后是具有膨胀腔室的气体罐，其中，液体腔室和气体腔室利用阀控制的导管彼此流体连接，并且其中，该装置包括记录气相和液相中的压力和温度的压力和温度传感器，并且其中，该装置还包括控制单元，该控制单元包括信号接收单元、可写计算机存储器、数据处理单元以及信号发送单元，并且其中，数据处理单元包含计算机软件，该计算机软件基于将要执行哪个提升操作以及哪个此后接合启动装置的信息来计算至少一个气体储蓄器和/或至少一个气体罐中的适当量的气体和气压，使得在提升操作的不同阶段期间实现并维持适当量的气体和气压。EP2982636公开了一种具有可调节的阻尼特性的用于重型提升的升沉补偿器，其能够在从大气到高达几百大气压的范围内的环境压力中在水位上方和下方操作，并且还涉及一种用于基于以下实现在提升操作期间自动调节升沉补偿器的可用行程长度的方法：使用可滑动的活塞作为体积膨胀机构的升沉补偿装置以在起重机和载荷之间的相对运动时减小张力，可获得简单的紧凑构造，该构造能够通过记录装置的气体填充腔室中的压力和温度、并且使用该信息来调节单个气体填充腔室中的气体量来执行一系列不同的补偿功能。从NO20140672中，公开了一种自调节的升沉补偿器，包括具有可滑动的活塞的气缸，其中活塞杆从气缸延伸出，并且其中，活塞将气缸的内部空间分成上真空腔室和下液体填充腔室。该升沉补偿器还包括至少第一和第二储蓄器以及至少第一和第二气体罐，该储蓄器具有可滑动的活塞，该活塞将其内部空间分成下液体填充腔室和上气体填充腔室，并且其中，第一气体罐在相对低的压力下填充气体，并且第二气体罐在相对高的压力下填充气体。第一可关闭的(有阀)流体通道将气缸的下腔室中的液体与第一储蓄器的下腔室的液体流体连接。第二流体通道(无阀)确保了第一储蓄器的气体和第二储蓄器的气体之间的自由流体连通。第三可关闭的(有阀)流体通道可从第二储蓄器抽出液体(至环境)。第四可关闭的(有阀)流体通道将第一储蓄器的气相连接到第一气体罐，并且第五可关闭的(有阀)流体通道将第一储蓄器的气相连接到第二气体罐。WO2014/122527公开了一种被动式升沉补偿器，包括：主液压缸，包括具有可延伸穿过主液压缸的活塞杆和活塞头的可移动的活塞、由边界分开的活塞头上方的气相和活塞头下方的至少一个油相；与主液压缸相关联的上连接点和与活塞杆相关联的下连接点；以及至少一个储蓄器，每个储蓄器具有可移动的分离器，以将分离器上方的气相与分离器下方的气相分开，并且每个油相与主液压缸中的油相连通；其特征在于，主液压缸还包括与活塞头同轴的气缸套，以与活塞头协调地提供主液压缸中的气相和至少一个油相之间的边界。以这种方式，活塞头(其横截面当然必须比主液压缸的横截面小)的形状、纵向位置或这两者和气缸套的横向范围之间的协调变化提供了主液压缸中的油量的横截面积的变化，并且因此对于用户可获得沿着主液压缸的长度的不同的阻尼效果。从US7934561中，已知了一种具有深度补偿的深度补偿被动式升沉补偿器，包括在其上端连接到船的第一气缸。活塞杆从位于第一气缸内的活塞延伸穿过其下端并连接到海底设备。第二气缸包含压缩气体，该压缩气体保持第一气缸的活塞下方的压力。第一气缸的上端连接到其中安装有活塞的第三气缸的上端。从第三气缸的活塞延伸的活塞杆延伸穿过其下端，从而将海的压力施加到第三气缸的活塞。从US2005/0074296中，已本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种旨在悬挂在提升装置和待提升的载荷之间的升沉补偿器，其中，所述升沉补偿器包括：主活塞壳体(1)，包括：‑上端(2)，具有用于所述提升装置的能释放附接的附接装置(3)，‑下端(4)，具有适于提供围绕活塞杆的流体密封罩的开口(5)，‑内部空间由能滑动的第一活塞(6)分成上腔室(7)和下第一液体填充腔室(8)，以及‑活塞杆(9)，在第一端处具有用于所述载荷的能释放附接的附接装置(12)，并且所述活塞杆在第二端处附接到所述第一活塞(6)，并且所述活塞杆延伸穿过所述下第一液体填充腔室(8)并在所述下端(4)处进一步从所述开口(5)伸出一距离，第一储蓄器(13)，包括：‑上端(14)，‑下端(15)，以及‑内部空间，由能滑动的活塞(16)分成填充有气体的上腔室(17)和填充有液体的下腔室(18)，第二储蓄器(21)，包括：‑上端(22)，‑下端(23)，以及‑内部空间，由能滑动的活塞(24)分成填充有气体的上腔室(25)和填充有液体的下腔室(26)，以及液体分配回路，包括：‑液体歧管(28)，‑第一液体导管(10)，所述第一液体导管在第一端中流体地连接到所述下第一液体填充腔室(8)，并且在另一相对端中流体地连接到所述液体歧管(28)，‑第二液体导管(19)，所述第二液体导管在第一端中流体地连接到所述第一储蓄器(13)的所述下腔室(18)，并且在另一相对端中流体地连接到所述液体歧管(28)，‑第三液体导管(27)，所述第三液体导管在第一端中流体地连接到所述第二储蓄器(21)的所述下腔室(26)，并且在另一相对端中流体地连接到所述液体歧管(28)，并且其中，‑所述升沉补偿器中的液体的总体积适于使得当所述主活塞壳体(1)的所述第一活塞(6)处于能获得的最接近圆柱形的所述主活塞壳体(1)的所述上端(2)的初始位置并且所述第二储蓄器(21)的所述活塞(24)处于能获得的最接近所述第二储蓄器(21)的所述下端(23)的初始位置时，所述第一储蓄器(13)的所述活塞(16)变成大致定位于所述第一储蓄器(13)的所述内部空间的中间，并且‑当所述第一储蓄器(13)的所述活塞(16)和所述第二储蓄器(21)的所述活塞(24)处于它们的初始工作位置时，所述第一储蓄器(13)的所述上腔室(17)中的预载气体量适于提供气压p1，并且所述第二储蓄器(21)的所述上腔室(25)中的预载气体量适于提供气压p2，其中，p2>p1。...

【技术特征摘要】
2016.07.12 EP 16179022.51.一种旨在悬挂在提升装置和待提升的载荷之间的升沉补偿器，其中，所述升沉补偿器包括：主活塞壳体(1)，包括：-上端(2)，具有用于所述提升装置的能释放附接的附接装置(3)，-下端(4)，具有适于提供围绕活塞杆的流体密封罩的开口(5)，-内部空间由能滑动的第一活塞(6)分成上腔室(7)和下第一液体填充腔室(8)，以及-活塞杆(9)，在第一端处具有用于所述载荷的能释放附接的附接装置(12)，并且所述活塞杆在第二端处附接到所述第一活塞(6)，并且所述活塞杆延伸穿过所述下第一液体填充腔室(8)并在所述下端(4)处进一步从所述开口(5)伸出一距离，第一储蓄器(13)，包括：-上端(14)，-下端(15)，以及-内部空间，由能滑动的活塞(16)分成填充有气体的上腔室(17)和填充有液体的下腔室(18)，第二储蓄器(21)，包括：-上端(22)，-下端(23)，以及-内部空间，由能滑动的活塞(24)分成填充有气体的上腔室(25)和填充有液体的下腔室(26)，以及液体分配回路，包括：-液体歧管(28)，-第一液体导管(10)，所述第一液体导管在第一端中流体地连接到所述下第一液体填充腔室(8)，并且在另一相对端中流体地连接到所述液体歧管(28)，-第二液体导管(19)，所述第二液体导管在第一端中流体地连接到所述第一储蓄器(13)的所述下腔室(18)，并且在另一相对端中流体地连接到所述液体歧管(28)，-第三液体导管(27)，所述第三液体导管在第一端中流体地连接到所述第二储蓄器(21)的所述下腔室(26)，并且在另一相对端中流体地连接到所述液体歧管(28)，并且其中，-所述升沉补偿器中的液体的总体积适于使得当所述主活塞壳体(1)的所述第一活塞(6)处于能获得的最接近圆柱形的所述主活塞壳体(1)的所述上端(2)的初始位置并且所述第二储蓄器(21)的所述活塞(24)处于能获得的最接近所述第二储蓄器(21)的所述下端(23)的初始位置时，所述第一储蓄器(13)的所述活塞(16)变成大致定位于所述第一储蓄器(13)的所述内部空间的中间，并且-当所述第一储蓄器(13)的所述活塞(16)和所述第二储蓄器(21)的所述活塞(24)处于它们的初始工作位置时，所述第一储蓄器(13)的所述上腔室(17)中的预载气体量适于提供气压p1，并且所述第二储蓄器(21)的所述上腔室(25)中的预载气体量适于提供气压p2，其中，p2>p1。2.根据权利要求1所述的升沉补偿器，其中，所述第一液体导管(10)、所述第二液体导管(19)和所述第三液体导管(27)中的至少一个配备有用于调节通过液体导管的液体的流量的阀。3.根据权利要求2所述的升沉补偿器，其中，应用于所述第一液体导管(10)、所述第二液体导管(19)和所述第三液体导管(27)中的至少一个上的所述阀能够调节流入所述主活塞壳体(1)的所述下第一液体填充腔室(8)和从所述主活塞壳体(1)的所述下第一液体填充腔室(8)流出的液体的流量。4.根据任一前述权利要求所述的升沉补偿器，其中，还包括气体分配回路，包括：-第一气体导管(29)，流体地连接到所述第一储蓄器(13)的所述上腔室(17)，所述第一气体导管(29)具有阀(30)以用于调节所述第一气体导管中的气体的流量，-第二气体导管(31)，流体地连接到所述第二储蓄器(21)的所述上腔室(25)，所述第二气体导管(31)具有阀(32)以用于调节所述第二气体导管中的气体的流量，-第三气体导管(33)，流体地连接到环境，所述第三气体导管(33)具有阀(34)以用于调节所述第三气体导管中的气体的流量，以及-气体歧管(35)，使所述第一气体导管(29)、所述第二气体导管(31)和所述第三气体导管(33)流体地互连。5.根据任一前述权利要求所述的升沉补偿器，其中，还包括：-压力和温度传感器(41)，位于所述第一储蓄器(13)的所述上腔室(17)中，-压力和温度传感器(42)，位于所述第二储蓄器(21)的所述上腔室(25)中，-位置传感器(40)，位于所述主活塞壳体(1)的所述第一活塞(6)上，能选的位置传感器(43)，位于所述第一储蓄器(13)的所述活塞(16)上，能选的位置传感器(44)，位于所述第二储蓄器(21)的所述活塞(24)上，-能选的压力和温度传感器(45)，位于所述主活塞壳体(1)的所述下第一液体填充腔室(8)中，-能选的压力和温度传感器(46)，位于所述升沉补偿器的外部上，以用于测量所述升沉补偿器周围的压力和温度，以及-控制单元，包括：-用于通过应用于所述升沉补偿器中的每个压力和温度传感器来记录连续地测得的温度和/或压力的装置，-用于通过应用于所述升沉补偿器中的每个位置传感器来记录所述活塞的连续地测得的位置的装置，-用于从记录的温度和/或压力中以及最终记录的活塞位置分别连续地确定所述主活塞壳体的所述第一活塞(6)以及还有能选地所述第一储蓄器(13)的所述活塞(16)和/或所述第二储蓄器(21)的所述活塞(24)的平衡位置的装置，-用于确定需要从所述第一储蓄器(13)的所述上腔室(17)中排出或者替代地注入到所述第一储蓄器(13)的所述上腔室(17)内以获得所述第一活塞(6)的预期的平衡位置的气体量的装置，以及-用于单独地使用所述第一气体导管(29)的所述阀(30)和所述第三气体导管(33)的所述阀(34)的启动装置以排出需要从所述第一储蓄器(13)的所述上腔室(17)排出的确定量的气体的装置，或者替代地，用于单独地使用所述第一气体导管(29)的所述阀(30)和所述第二气体导管(31)的所述阀(32)的启动装置以传输需要从所述第二储蓄器(21)注入到所述第一储蓄器(13)的所述上腔室(17)内的确定量的气体的装置。6.根据任一前述权利要求所述的升沉补偿器，其中，当所述主活塞壳体(1)的所述第一活塞(6)和所述第二储蓄器(21)的所述活塞(24)处于它们的初始位置时，所述升沉补偿器内的液体的总量适于使所述第一储蓄器(13)的所述活塞(16)获得在从0至3/4、更优选地从1/4至3/4、优选地从1/3到2/3、更优选地从2/5至3/5的范围内、或最优选地为0.5的初始位置，其中，当上述活塞分别位于所述主活塞壳体或所述第一储蓄器或所述第二储蓄器的所述内部空间的上端处时，该位置被定义为零，并且朝着下端线性地增加，在所述下端，该位置根据定义被设置为1。7.根据任一前述权利要求所述的升沉补偿器，其中：当所述第一活塞(16)处于它的初始工作位置时，通过应用气压p1＝(DAF(t)·mload·g–patm·Am)/A1以及气体体积V1等于所述第一储蓄器(13)的所述上腔室(17)的体积的气体状态方程来确定预载到所述第一储蓄器(13)的所述上腔室(17)中的气体量n1，其中：A1是所述第一储蓄器的所述活塞(16)的上表面积，mload是所述载荷的质量，g是地球的重力，patm是大气压，Am是所述主活塞壳体(1)的所述第一活塞(6)的上侧的表面积，并且通过应用气压p2＝γ1·p1的气体状态方程来确定预载到所述第二储蓄器(21)的所述上腔室(25)中的气体量n2，其中，γ1是在[1.1,0.95·DAFmax]、优选地[1.15,0.90·DAFmax]、更优选地[1.20,0.85·DAFmax]、并且最优选地(DAFstat+DAFmax)/2的范围内的常数，并且其中，DAFmax≥1.5。8.根据任一前述权利要求所述的升沉补偿器，其中，还包括：第三储蓄器(50)，包括：-上端(51)，-下端(52)，以及-内部空间，由能滑动的活塞(53)分成填充有气体的上腔室(54)和填充有液体的下腔室(55)，第四储蓄器(58)，包括：-上端(59)，-下端(60)，以及-内部空间，由能滑动的活塞(61)分成填充有气体的上腔室(62)和填充有液体的下腔室(63)，并且其中，所述液体分配回路还包括：-第四液体导管(56)，具有用于调节所述第四液体导管中的液体的流量的阀(57)，并且所述第四液体导管在第一端中流体地连接到所述第三储蓄器(50)的所述下腔室(55)，并且在第二相对端中流体地连接到液体歧管(28)，以及-第五液体导管(64)，具有用于调节所述第五液体导管中的液体的流量的阀(65)，并且所述第五液体导管在第一端中流体地连接到所述第四储蓄器(58)的所述下腔室(63)，并且在第二相对端中流体地连接到所述液体歧管(28)，并且其中，所述升沉补偿器中的液体的总体积适于使得当：-当所述主活塞壳体(1)的所述第一活塞(6)处于它的初始位置时，为0，-当所述第一储蓄器(13)的所述活塞(16)位于它的初始位置时，从0至3/4，-当所述第二储蓄器(21)的所述活塞(24)处于它的初始位置时，为1，-其中，当上述活塞分别位于所述主活塞壳体或所述第一储蓄器或所述第二储蓄器的所述内部空间的上端时，该位置被定义为零，并且朝着下端线性地增加，在所述下端处，该位置根据定义被设置为1，并且其中，当所述第一储蓄器(13)的所述活塞(16)和所述第二储蓄器(21)的所述活塞(24)处于它们的初始工作位置时，所述第一储蓄器(13)的所述上腔室(17)中的气体量适于提供气压p1，并且所述第二储蓄器(21)的所述上腔室(25)中的气体量适于提供气压p2，并且其中，p2>p1。9.根据权利要求8所述的升沉补偿器，其中，还包括气体分配回路，包括：-第四气体导管(66)，具有用于调节所述第四气体导管中的气体的流量的阀(67)，并且所述第四气体导管在第一端中流体地连接到所述第三储蓄器(50)的所述上腔室(54)，并且在另一个相对端中流体地连接到所述气体歧管(35)，以及-第五气体导管(68)，具有用于调节所述第五气体导管中的气体的流量的阀(69)，并且所述第五气体导管在第一端中流体地连接到所述第四储蓄器(58)的所述上腔室(62)，并且在另一个相对端中流体地连接到所述气体歧管(35)。10.根据权利要求8或9所述的升沉补偿器，其中，还包括：-压力和温度传感器(72)，位于所述第三储蓄器(50)的所述上腔室(54)中，-压力和温度传感器(73)，位于所述第四储蓄器(58)的所述上腔室(62)中，-能选的位置传感器(70)，位于所述第三储蓄器(50)的所述活塞(53)上，以及-能选的位置传感器(71)，位于所述第四储蓄器(58)的所述活塞(61)上。11.根据权利要求8至10中任一项所述的升沉补偿器，其中：所述第一储蓄器(13)的所述活塞(16)的初始工作位置大致为1/3，所述第二储蓄器(21)的所述活塞(24)的初始工作位置大致为1，并且所述第三储蓄器(50)的所述活塞(53)的初始工作位置大致为1，其中，当上述活塞分别位于所述主活塞壳体或所述第一储蓄器或所述第二储蓄器的所述内部空间的上端时，该位置被定义为零，并且朝着下端线性地增加，在所述下端，该位置根据定义被设置为1，并且当所述第一活塞(16)处于它的初始工作位置时，通过应用气体体积V1等于所述第一储蓄器(13)的所述上腔室(17)的体积以及气压p1＝(DAF(t)·mload·g–patm·Am)/A1的气体状态方程来确定预载到所述第一储蓄器(13)的所述上腔室(17)中的气体量n1，其中：mload是所述载荷的质量，g是地球的重力，patm是大气压，Am是所述主活塞壳体(1)的所述第一活塞(6)的上侧的表面积，并且A1是所述第一储蓄器(13)的所述活塞(16)的上表面积，当所述第二储蓄器(21)的所述活塞(24)处于它的初始工作位置时，通过应用气体体积V2等于所述第二储蓄器(21)的所述上腔室(25)的体积以及气压p2＝γ2·p1的气体状态方程来确定预载到所述第二储蓄器(21)的所述上腔室(25)中的气体量n2，其中，γ2是具有在[1.2,0.97·DAFmax]、优选地[1.3,0.95·DAFmax]、并且最优选地(DAFstat+DAFmax)/1.9的范围内的值的实数常数，并且其中，DAFmax≥1.5，并且当所述第三储蓄器(50)的所述活塞(53)处于它的初始工作位置时，通过应用气体体积V3等于所述第三储蓄器(50)的所述上腔室(54)的体积以及气压p3＝γ3·p1的气体状态方程来确定预载到所述第三储蓄器(50)的所述上腔室(54)中的气体量n3，其中，γ3是具有在[1.3,0.98·DAFmax]、优选地[1.4,0.96·DAFmax]、并且最优选地(DAFstat+DAFmax)/1.8的范围内的值的实数常数，并且其中，DAFmax≥1.5，并且p3>p2>p1。12.根据权利要求8至11中任一项所述的升沉补偿器，其中：-所述升沉补偿器具有第一储蓄器(110)、第二储蓄器(120)、第三储蓄器...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥德比约恩·贝格姆，
申请(专利权)人：恩斯特B约翰森公司，
类型：发明
国别省市：挪威,NO