Демпфирующая система хомута
Изобретение относится к средствам для причаливания плавучих конструкций, а также к демпфирующему устройству для причальной системы. Причальная система для плавучей конструкции содержит причальную конструкцию, такую как буй, дополнительную плавучую конструкцию или неподвижную башню, имеющую поворотную платформу. Соединительная конструкция содержит жёсткий кронштейн и два работающих на растяжение элемента. В кронштейне предусмотрен балластный груз. Демпфирующая система, содержащаяся в кронштейне, содержит по меньшей мере две отдельные жидкостные ёмкости, частично заполненные жидкостями и расположенные на одинаковом расстоянии от горизонтальной центральной линии. Ёмкости находятся в жидкостном соединении друг с другом. Жидкость может обмениваться между ёмкостями для демпфирования колебательного перемещения жесткого кронштейна вокруг вертикальной оси поворотной платформы. Достигается возможность более эффективного демпфирования, упрощение конструкции и возможность контроля демпфирующей жидкости. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 9 ил.
Изобретение относится к причальной системе для плавучей конструкции, такой как судно, содержащей причальную конструкцию, такую как буй, дополнительную плавучую конструкцию или неподвижную башню, имеющую поворотную платформу, выполненную с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, и соединительную конструкцию, приспособленную для обеспечения соединения между плавучей конструкцией и причальной конструкцией. Соединительная конструкция содержит один узел жесткого кронштейна и работающие на растяжение элементы, причем в жестком кронштейне предусмотрены два балластных груза, причем жесткий кронштейн и работающие на растяжение элементы на одном конце соединены с возможностью поворота, а на других концах выполнены с возможностью соединения с причальной конструкцией и плавучей конструкцией, соответственно, или наоборот.
Изобретение также относится к демпфирующему устройству для такой причальной системы и к расположенной на расстоянии от берега передаточной системе, имеющей такое причальное устройство.
Патент США 7610934, который был зарегистрирован заявителем, описывает расположенную на расстоянии от берега передаточную систему, содержащую причальную систему с шарнирным хомутом, имеющую первую конструкцию с вертикальным первым кронштейном и вторым кронштейном и демпфирующий механизм, действующий на второй кронштейн для демпфирующего перемещения второго кронштейна вокруг шарнирного соединения между двумя кронштейнами при перемещении второго кронштейна из рабочего положения в нерабочее положение после отсоединения разъемного соединительного элемента от второй конструкции. В настоящем изобретении демпфирующее устройство относится к демпфирующему устройству, противодействующему перемещению, возникающему из-за рыскания, тангажа и крена на причальной системе при соединении в рабочем положении.
Международная заявка на патент WO2007096019 раскрывает систему, имеющую соединительную конструкцию, приспособленную для обеспечения соединения между плавучей конструкцией и причальной конструкцией, имеющую поворотную плиту, выполненную с возможностью вращения вокруг вертикальной оси причальной конструкции. Узел жесткого кронштейна и комплект маятников расположены на одном конце соединительной конструкции. В предшествующей области техники демпфирующая система демпфировала колебательное движение маятников. Демпфирующая система содержит емкость, имеющую размеры и содержащую заданное количество жидкости так, чтобы жидкость была приспособлена для перемещения в емкости из-за колебательного перемещения маятниковых элементов. Это приводит к жидкостной волне или перемещающейся жидкостной пуле, создающей ударное воздействие волны, и к силам инерции, создающим силу реакции емкости, то есть противодействию колебательному движению маятниковых элементов, вызывая тем самым демпфирование колебательного движения маятниковых элементов.
Однако в этом решении демпфирование эффективно, только когда ускорение изолированной жидкости является достаточным. Кроме того, использование силы, вызываемой колебанием (смещением воды из-за распространения волны), и сил удара при слеминге в качестве демпфирующих сил приводит к большим конструкционным нагрузкам в системе. Фактически силы, создаваемые внутри емкости, являются очень большими, и поэтому система должна быть достаточно прочной, чтобы выдерживать повторяющиеся сильные воздействия. Колеблющиеся емкости дополнительно имеют несколько режимов реагирования и могут таким образом провоцировать ложное возбуждение. Другой недостаток этого известного решения заключается в том, что уровень воды в емкостях должен быть низким, поэтому требуются большие площади оснований емкостей.
Задачей настоящего изобретения является создание улучшенной, более эффективной демпфирующей системы, имеющей меньшую площадь основания, что также упрощает конструирование, так как поведение демпфирующей жидкости является контролируемым. Другой целью настоящего изобретения является создание причальной системы для плавучей конструкции, такой как судно, содержащей причальную конструкцию, такую как буй, дополнительную плавучую конструкцию или неподвижную башню, имеющую поворотную платформу, выполненную с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, и соединительную конструкцию, приспособленную для обеспечения соединения между плавучей конструкцией и причальной конструкцией, причем соединительную конструкцию, содержащую один жесткий кронштейн и работающие на растяжение элементы, в которой жесткие кронштейны имеют два балластных груза и в которой жесткий кронштейн и работающие на растяжение элементы на одном конце шарнирно соединены и на своих других концах приспособлены для соединения с причальной конструкцией и плавучей конструкцией, соответственно, или наоборот, жесткий кронштейн содержит демпфирующую систему, причем демпфирующая система содержит по меньшей мере две отдельные жидкостные емкости, которые частично заполнены жидкостями и расположены на одинаковом расстоянии от вертикальной оси, причем емкости находятся в жидкостном соединении друг с другом так, чтобы жидкость могла обмениваться между емкостями для демпфирования колебательного движения жесткого кронштейна вокруг вертикальной оси поворотной платформы. Принцип настоящего изобретения основан не на колебании, а на смещении массы из одной емкости в другую через соединительный канал. В настоящем изобретении демпфирующая система использует силы инерции (смещение воды внутри трубы) в качестве демпфирующих сил. Система использует преимущество ширины хомута для перемещения воды и имеет один режим реагирования, который настроен на собственную частоту колебаний хомута.
Изобретение описано далее в связи с примерами вариантов осуществления со ссылкой на сопроводительные чертежи, где:
фиг.1 представляет собой вид сбоку части известной причальной конструкции,
фиг.2 представляет собой схематичный вид сверху в перспективе известной причальной системы,
фиг.3a представляет собой изображение известной демпфирующей системы для противодействия перемещению из-за отсоединения от причальной системы, содержащей сообщающиеся U-образные трубы,
фиг.3b представляет собой изображение известной демпфирующей системы для противодействия перемещению из-за отсоединения от причальной системы, содержащей подвижную твердую массу,
фиг.4 представляет собой вид сверху причальной системы в соответствии с настоящим изобретением,
фиг.5 представляет собой вид сбоку причальной системы в соответствии с настоящим изобретением,
фиг.6a представляет собой изображение двух емкостей демпфирующего устройства в соответствии с настоящим изобретением, соединенных через соединительный канал, и
фиг.6b и 6c представляют собой изображение емкости в виде U-образной трубы и ее геометрические параметры.
В соответствии с фиг.1 и 2 судно 1 швартуют к одноточечной причальной конструкции, содержащей башенную конструкцию 4, имеющую конструкцию основания, закрепленную посредством одной или более анкерных свай к морскому дну. Башня имеет поворотную платформу 8, которая выполнена с возможностью вращения вокруг вертикальной оси 9. Причальная конструкция использует узел 10 жесткого кронштейна, содержащий две треугольные конструкции 11, 12, каждая из которых соединена с опорной конструкцией 17 своими основаниями посредством шарниров. На фиг.1 опорная конструкция 17 поддерживается носовой частью 18 судна 1. Оси шарниров являются в принципе горизонтальными.
На фиг.1 и 2 вершины конструкций 11, 12 соединены соответственно с балластными грузами 21, 22 и с работающими на растяжение элементами или маятниковыми элементами 23, 24.
На фиг.1 маятниковые элементы 23, 24 своими другими концами соединены с поворотной платформой 8. Эти работающие на растяжение элементы могут быть цепями, но на фигурах показан вариант осуществления, в котором они представляют собой трубчатые элементы, и их соединения содержат шарниры, из которых показаны только шарниры для работающего на растяжение элемента 24, которые обозначены номерами позиций 27, 28, 29. Шарниры 27 и 29 имеют горизонтальные взаимно параллельные оси, ось шарнира 28 является также горизонтальной, но перпендикулярной двум другим.
На фиг.2 соединительная конструкция содержит два маятниковых элемента 23, 24, каждый из которых соединен посредством шарнирного узла (не показан) к опорным кронштейнам 5, 6, установленным на плавучей конструкции 1. На своих нижних концах маятниковые элементы 23, 24 соединены посредством шарнирных узлов 2 с балластными грузами 21, 22, обеспечивая тем самым взаимосвязь между концами маятниковых элементов 23, 24 и двумя треугольными конструкциями или хомутами 11, 12. Шарнирные узлы в верхнем и нижнем концах маятниковых элементов 23, 24 имеют две перпендикулярные шарнирные оси, обеспечивающие перемещение этих маятниковых элементов во всех направлениях.
В варианте осуществления, показанном на фиг.2, каждый балластный груз 21, 22 включает в себя емкость 13, содержащую жидкость, например морскую воду. Размеры емкости 13 и количество жидкости выбирают так, чтобы жидкость была приспособлена к перемещению в емкости 13 из-за колебательного перемещения маятниковых элементов 23, 24.
На каждой фиг.3a и 3b показана известная демпфирующая система для противодействия перемещению, возникающему в результате отсоединения от причальной системы, каждая использующая особенный принцип.
Фиг.3a показывает демпфирующую конструкцию в виде U-образной трубы, в которой горизонтальный канал 157 присоединен к двум вертикальным каналам 158, 159. Вертикальные каналы 158, 159 оборудованы регулятором 160 расхода воздуха в соединительном воздушном канале 161, который регулирует воздушный поток между трубами 158, 159. Когда А-образная рама 150 отсоединяется от судна, жидкость будет течь из трубы 158 к опускаемой трубе 159. Когда противовес 16, 16' поднимается, поток жидкости в каналах 157, 158 и 159 будет создавать противодействующую инерцию, которая будет демпфировать колебательное перемещение. Частота перемещения жидкости в каналах 157-159 может быть определена поперечным сечением каналов и открытием и закрытием регулятора 160 расхода воздуха.
Показанная на фиг.3b твердая масса 153 поступает посредством скольжения в каналы в коротких кронштейнах 151, 151' А-образной рамы 150. Для введения масла в канал для улучшения скольжения массы 153 предусмотрена система смазки.
На фиг.4 показан вид сверху причальной системы в соответствии с настоящим изобретением, и на фиг.5 показан вид сбоку причальной системы в соответствии с настоящим изобретением. На этих фигурах горизонтальный причальный кронштейн выполнен из двух деталей 51, 51', каждая из которых соединена с соответствующим вертикальным кронштейном 41, 41' или с работающим на растяжение элементом через шарнирные соединения (не показаны). Два противовеса 61, 61' присоединены к концевым частям каждой детали 51, 51' кронштейна. Шарнирные соединения могут содержать, например, три перпендикулярных кольцевых подшипника, или шаровых соединения, позволяющих вращение вокруг вертикальной оси 171 (рыскание), поперечной оси 181 (тангаж) и продольной оси 191 (крен).
Вертикальные причальные кронштейны 41, 41' на своих верхних концах соединены с опорной конструкцией 21 в шарнирных соединениях 221, 221', позволяющих вращение кронштейнов 41, 41' вокруг поперечной оси 231 и продольной оси 241. В соединительной концевой части 251 детали 51, 51' кронштейна имеют механический соединитель 130, позволяющий вращение вокруг вертикальной оси 260 (рыскание), продольной оси 270 (крен) и поперечной оси 280 (тангаж). Механический соединитель не показан подробно, но он может быть выполнен в виде конструкции, описанной в патентном документе U.S. № 4876978 на имя заявителя, который включен в настоящее описание по ссылке.
Во время рыскания судна 1 хороший контроль и достаточная устойчивость судна при рыскании достигается посредством деталей 51, 51' кронштейна, соединенных с противовесами 61, 61'. Движению рыскания (в горизонтальной плоскости) судна для перевозки сжиженных природных газов (LNG-carrier) будет противодействовать возвращающий момент, создаваемый противовесами 61, 61'. Посредством разделения функции причаливания и функции передачи жидкости может быть достигнута упрощенная и надежная криогенная система передачи, использующая компоненты современного уровня техники и приводящая к уменьшению и упрощению текущего ремонта.
На этих фигурах ясно показано, что детали 51, 51' жесткого кронштейна содержат демпфирующую систему, причем демпфирующую систему, содержащую по меньшей мере две отдельные жидкостные емкости 70, 70', которые частично заполнены жидкостями и расположены на одинаковом расстоянии от горизонтальной центральной оси 100. Емкости находятся в жидкостном соединении так, чтобы жидкости могли обмениваться между емкостями 70, 70' для демпфирования колебательного перемещения деталей 51, 51' жесткого кронштейна вокруг вертикальной оси поворотной платформы 80.
Демпфирующая система предусмотрена на взаимосвязанных концах деталей 51, 51' жесткого кронштейна и работающих на растяжение элементов 41, 41'.
В соответствии с изобретением две взаимосвязанные жидкостные емкости 70, 70' взаимосвязаны через соединительный канал 71, имеющий свободные поверхности, так что демпфирующая жидкость протекает от одной стороны к другой стороне с надлежащей фазой для уменьшения перемещений, возникающих на работающих на растяжение элементах 41, 41'. Соединительный канал ориентирован вокруг по существу горизонтальной оси.
Передаточная система не показана на фигурах для простоты, но трубы присоединены к механическому соединителю 130. Передаточные трубы соединены с опорной конструкцией 21 в шарнирных соединениях и могут вращаться вокруг по существу продольной оси. Трубы соединены с механическим соединителем 130 в шарнирных соединениях и могут вращаться вокруг продольной, поперечной и вертикальной оси. Трубы могут перемещаться независимо от причальных кронштейнов 41, 41', 51, 51'.
На фиг.6a показаны две емкости демпфирующего устройства в соответствии с настоящим изобретением, взаимосвязанные через соединительный канал. В настоящем изобретении демпфирующая жидкость имеет возможность перемещаться из одной емкости в другую, как в U-образной трубе, причем масса демпфирующей жидкости ускоряется из-за эффекта рыскания плавучей конструкции. Такая конфигурация позволяет иметь один режим реагирования на демпфирующую систему; смещение осуществляется контролируемым образом. При такой конфигурации существует возможность просто контролировать скорость потока в U-образной трубе. В другом варианте осуществления емкости и соединительный канал объединены в одно целое внутри балластного груза жесткого кронштейна.
На фиг.6c показан клапан внутри газообменной трубы между двумя емкостями, расположенный над уровнем воды внутри демпфирующей системы. Это обеспечивает контролируемую циркуляцию текучей среды внутри демпфирующей системы. Такой клапан в варианте осуществления, который не показан, может быть расположен в соединительном канале 71 так, чтобы контролировать перемещение текучей среды.
Хотя в настоящем документе были описаны и проиллюстрированы конкретные варианты осуществления изобретения, следует понимать, что модификации и изменения могут возникнуть у специалистов в данной области техники, и, следовательно, следует иметь в виду, что формула изобретения охватывает такие модификации и эквиваленты.
1. Причальная система для плавучей конструкции (1), такой как судно, содержащая
- причальную конструкцию (4), такую как буй, дополнительную плавучую конструкцию или неподвижную башню, имеющую поворотную платформу (80), расположенную на горизонтальной центральной линии (100) и выполненную с возможностью вращения вокруг вертикальной оси (260) и
соединительную конструкцию, выполненную с возможностью соединения между плавучей конструкцией (1) и причальной конструкцией (4), причем соединительную конструкцию, содержащую
- по меньшей мере один жесткий кронштейн (51, 51') и
- два работающих на растяжение элемента (41, 41'),
в которой в жестком кронштейне (51, 51') предусмотрен балластный груз (61, 61') и в которой жесткий кронштейн (51, 51') и работающие на растяжение элементы (41, 41') на одном конце соединены шарнирно и на других своих концах выполнены с возможностью соединения с причальной конструкцией (4) и плавучей конструкцией (1), соответственно или в обратном порядке,
отличающаяся тем, что жесткий кронштейн содержит демпфирующую систему, причем демпфирующая система содержит по меньшей мере две отделенные жидкостные емкости (70, 70'), которые частично заполнены жидкостями и расположены на одинаковом расстоянии от горизонтальной центральной линии (100), причем емкости (70, 70') находятся в жидкостном соединении друг с другом так, чтобы жидкость могла обмениваться между емкостями для демпфирования колебательного перемещения жесткого кронштейна (51, 51') вокруг вертикальной оси поворотной платформы (80).
2. Причальная система по п.1, в которой масса демпфирующей жидкости, перемещающейся из одной емкости в другую, ускоряется из-за эффекта рыскания плавучей конструкции.
3. Причальная система по п.1 или 2, в которой демпфирующая система снабжена по меньшей мере двумя взаимосвязанными жидкостными емкостями (70, 70'), взаимосвязанными через соединительный канал (71), имеющий открытую поперечную поверхность так, чтобы демпфирующая жидкость протекала из стороны в сторону с надлежащей фазой для уменьшения перемещений, создаваемых на работающих на растяжение элементах (41, 41').
4. Причальная система по п.3, в которой на взаимосвязанных концах соединительного канала демпфирующей системы расположен жесткий кронштейн (51, 51') и работающие на растяжение элементы (41, 41').
5. Причальная система по п.1, в которой соединительный канал (71) между по меньшей мере двумя емкостями (70, 70') демпфирующей системы ориентирован вдоль по существу горизонтальной оси.
6. Демпфирующая система для причальной системы по любому из пп.3-5, в которой соединительный канал (71) между по меньшей мере двумя емкостями (70, 70') имеет свободную поперечную поверхность и форму, обеспечивающую протекание демпфирующей жидкости в емкостях из стороны в сторону с надлежащей фазой для уменьшения перемещений, создаваемых на работающих на растяжение элементах.
7. Демпфирующая система по п.6, в которой емкости и соединительный канал выполнены за одно целое внутри балластного груза жесткого кронштейна.
8. Демпфирующая система по п.6 или 7, в которой между по меньшей мере двумя емкостями расположен клапан для регулирования перемещения текучей среды внутри системы.
9. Расположенная на расстоянии от берега система передачи, содержащая причальную систему по любому из пп.1-5.
