一种用于在海上系统中就地检修损坏的支撑排组件的方法和装置，所述海上系统具有浮动船舶、在船体开口内的转塔以及轴承组件，所述轴承组件包括支撑排组件，所述支撑排组件将转塔的重量轴向转移到船舶，并使船舶绕转塔随风向改变方位。从外下环上卸下外上环，并在外下环上安装支撑环。补救支撑排组件的下座圈和支撑滚子安装在支撑环上。抵抗环位于支撑环上方，并连接至固定到转塔的内环。内环相对于外下环轴向移位，并且转塔的轴向载荷转移到到支撑环和抵抗环之间的补救支撑排组件。
1.一种在三排滚子轴承组件(10)中就地检修损坏的支撑排组件(20)的方法，其中三排滚子轴承组件(10)将船舶旋转地连接到转塔(12)，所述三排滚子轴承组件具有支撑排组件(20)、径向排组件(60)和提起排组件(40)，所述支撑排组件(20)、所述径向排组件(60)和所述提起排组件(40)设置在连接到转塔的内环(30)与连接到船舶的外上、下环(42、22)之间，所述方法包括以下步骤：将所述外上环从与所述外下环的接合的位置移除；
在所述支撑环上安装补救支撑排组件(200)的至少一部分；
相对于所述外下环来轴向移动内环和转塔，并将所述转塔的轴向载荷转移到所述支撑环和所述抵抗环之间的补救支撑排组件；和将所述内环与所述转塔固定在轴向移位位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，安装周向支撑环的步骤包括：以邻接关系安装多个支撑环节段(202A)。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，以邻接关系安装多个支撑环节段的步骤包括：用螺栓将多个支撑环节段固定到所述外下环，所述外下环固定到至船舶上。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，将周向抵抗环定位在所述支撑环上方的步骤包括：将多个抵抗环节段(220A)彼此连接，同时定位在所述支撑环上方。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述抵抗环连接至固定到所述转塔的内环的步骤包括：在所述抵抗环的顶部上沿周向定位多个强固背板组件(230)；和用多个拉杆(240)将每个强固背板组件连接到所述内环。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，用多个拉杆将每个强固背板组件连接到所述内环的步骤包括：将每个拉杆的第一端(240A)连接到内环双头螺栓(32)的突出端，和将每个拉杆的第二端(240B)穿过强固背板组件中的孔(232A)。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，相对于所述外下环来轴向移动内环和转塔，并将所述转塔的轴向载荷转移的步骤包括：将液压千斤顶(246)安装在每个强固背板组件的位置；和
同时使每个液压千斤顶通电，以相对于外下环提升内环和转塔，并立即将转塔的轴向载荷从损坏的支撑轴承(20)转移到补救支撑排组件(200)。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，每个液压千斤顶都连接到拉杆的第二端。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，将所述内环与所述转塔固定在轴向移位位置的步骤包括：将每个所述拉杆的第二端上的螺母(242)调节到抵靠所述强固支撑组件的就座位置。
11.根据权利要求5所述的方法，其中，相对于所述外下环来轴向移动内环和转塔，并将所述转塔的轴向载荷转移的步骤包括：将液压千斤顶(246)安装在每个强固背板组件的位置；和
同时使每个液压千斤顶通电，以相对于外下环提升内环和转塔，并立即将转塔的轴向载荷从损坏的支撑轴承(20)转移到补救支撑排组件(200)。
12.在海上系统中，包括允许绕转塔随风向改变方位的浮动船舶，所述船舶具有带有垂直开口的船体、所述转塔位于船体开口内、从转塔延伸至海底的系泊结构以及可旋转地支撑船舶上的转塔的轴承结构，并包括将转塔垂直载荷转移至船舶的支撑轴承(20)，所述支撑轴承位于轴承内环(30)和外下环(22)之间，其中就地补救支承轴承装置包括：周向支撑环(202)，其连接到固定到船舶的外下环；
补救支撑轴承(200)，其位于所述支撑环和所述抵抗环之间并且将所述支撑环和所述抵抗环分开；
多个强固背板组件(230)，其抵靠所述抵抗环的顶表面并连接到所述轴承内环。
13.根据权利要求12所述的就地补救支撑轴承装置，其中，所述周向支撑环包括彼此邻接的多个支撑环节段(202A)。
14.根据权利要求13所述的就地补救支撑轴承装置，其中，所述多个支撑环节段被螺栓连接至所述外下环。
15.根据权利要求12所述的就地补救支撑轴承装置，其中，所述周向抵抗环包括多个抵抗环节段(220A)。
16.根据权利要求12所述的就地补救支撑轴承装置，其中，所述多个强固背板组件沿周向定位在所述抵抗环上。
17.根据权利要求16所述的就地补救支撑轴承装置，其中，每个强固背板组件通过多个拉杆(240)连接到所述轴承内环。
18.根据权利要求17所述的就地补救支撑轴承装置，其中，每个拉杆包括第一端(240A)并具有第二端(240B)，所述第一端(240A)连接到现有的内环双头螺栓(32)的突出端，，所述第二端(240B)穿过在强固背板组件中的孔(232A)。
19.一种在海上系统中支撑排组件损坏后对其进行就地检修的方法，其中海上系统包括具有垂直开口的浮动船舶船体、位于船体开口内并系泊至海底的转塔(12)和将转塔与船舶互连的轴承组件(10)，所述轴承组件包括支撑排组件(20)，所述支撑排组件(20)将转塔的重量轴向转移到船舶上并允许船舶绕转塔随风向改变方位，所述方法包括以下步骤：将外上环(42)从与外下环(22)接合的位置上移除；
在所述支撑环上安装下座圈(206)和补救支撑排组件(200)的多个支撑滚子(208)；
相对于外下环轴向地移动所述内环和所述转塔，并将所述转塔的轴向载荷转移到所述支撑环和所述抵抗环之间的所述补救支撑排组件。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括将所述内环和所述转塔固定在轴向移位位置的步骤。
21.在海上系统中，包括允许绕转塔随风向改变方位的浮动船舶，所述船舶具有带有垂直开口的船体、位于船体开口内的转塔、从所述转塔延伸至海底的系泊结构以及将转塔可旋转地支撑在船舶上的轴承结构，所述轴承结构包括将转塔垂直载荷转移至船舶的支撑轴承(20)，所述支撑轴承位于轴承内环(30)和外下环(22)之间，其中补救支撑轴承装置包括：周向支撑环(202)，其布置和设计成连接至固定到船舶的所述外下环；
周向抵抗环(220)，其布置和设计为位于所述支撑环上方；
补救支撑轴承(200)，其布置和设计成定位在所述支撑环和所述抵抗环之间并使所述支撑环和所述抵抗环分开；
多个强固背板组件(230)，其布置和设计成抵靠所述抵抗环的顶表面并连接到所述轴承内环。
22.根据权利要求21所述的补救支撑轴承装置，其中，所述周向支撑环包括多个支撑环节段(202A)，所述多个支撑环节段布置和设计成处于邻接关系。
23.根据权利要求22所述的补救支撑轴承装置，其中，所述多个支撑环节段布置和设计成螺栓连接至所述外下环。
24.根据权利要求21所述的补救支撑轴承装置，其中，所述周向抵抗环包括多个抵抗环节段(220A)。
25.根据权利要求21所述的补救支撑轴承装置，其中，所述多个强固背板组件布置和设计成沿周向定位在所述抵抗环上。
26.根据权利要求25所述的补救支撑轴承装置，其中，每个强固背板组件布置和设计成通过多个拉杆(240)连接到所述轴承内环。
27.根据权利要求26所述的补救支撑轴承装置，其中，每个拉杆包括第一端(240A)并具有第二端(240B)，所述第一端布置和设计成连接到现有的内环双头螺栓(32)的突出端，所述第二端布置和设计成用于穿过在所述强固背板组件中的孔(232A)。
转塔轴承的就地检修和组件
技术领域
[0001] 本发明涉及一种用于诸如海上钻井船或采油船的转塔结构，更具体地说，涉及一种转塔轴承组件和可以在就地进行的轴承检修作业程序。
背景技术
[0002] 船舶系泊系统在本领域中是已知的，其中，船舶可以绕着系泊在海底的转塔随风向改变方位(weather vane)。转塔延伸穿过月池或延伸穿过贯穿船舶船体的圆柱形开口。通过放置在转塔和船舶之间的转塔轴承结构来支撑船舶相对于转塔的旋转。水平和垂直轴承在转塔和船舶之间转移水平和垂直载荷。
[0003] 2014年3月18日以Lindblade等人的名义发布的美国专利No.8,671,864公开了这种转塔系泊系统。‘864专利的图1公开了一种船艏，该船艏具有延伸穿过船舶船体的月池。转塔安装在月池内，船舶的风向标围绕该转塔。月池通常具有圆形横截面，而转塔通常具有适合在月池内的圆柱形状。锚定腿连接到转塔并通过合适的锚固件固定到海床，以限制转塔的旋转。立管从海底井口或海底分配设施延伸出来，并连接到转塔。歧管甲板支撑在转塔的上端，并包括连接到立管的阀门。旋转叠层从转塔和歧管甲板向上延伸，并允许流体从转塔传输到船舶。转塔通过转塔轴承组件支撑在船体上。
[0004] 通常使用的一种转塔轴承组件类型是集成的三排滚子轴承组件，如1999年4月13日授权给Boatman的美国专利No.5,893,784所示和所述。三排滚子轴承组件包括径向对齐转塔的支撑滚子的圆形阵列，以用于支撑转塔重量。第二组径向对齐滚子可抵抗任何提起转塔的力。第三组滚子围绕转塔同轴对齐，用于在船舶和转塔之间转移径向载荷。该三排滚子轴承组件的三轴承排优选是润滑的和通过密封件密封在公共容积内，以提供对元件的保护并防止腐蚀。集成的三排滚子轴承组件是精密的组件，需要高度的平坦度以适当地分配载荷，并有点不能容忍变形和挠曲，因为变形和挠曲会在选择滚子上产生较高的点载荷应力。
[0005] 位于海上转塔系统上的大多数三排滚子轴承组件由于诸如尺寸重量和各个部件的接近的因素而不能就地更换或检修。尽管这些轴承组件是为系统的使用寿命而设计的，但是如果它们出现故障或出现问题，则没有设计或方法来纠正现场的主要问题。由于大的垂直载荷始终在轴承支撑排上，因此该处最容易出现磨损问题。
[0006] 转让给Bluewater Energy Services B.V.的美国专利No.8,197,293公开了初始时将次要轴承组件安装就位并在主轴承组件不再起作用时加载次要轴承组件。这样做的一个缺点是，包含两个轴承组件(一个为备用)是成本高昂的，并且对资本支出产生不利影响。
[0007] 希望能够就地更换或检修损坏的转塔三排滚子轴承组件。还希望能够在船舶停留在原位时更换或检修损坏的转塔三排滚子轴承组件。希望能够从现有的轴承支撑排上去除较大的垂直载荷并使船舶保持在原位。希望能够就地提供新的垂直载荷路径，同时允许船舶绕该转塔随风向改变方位。
发明内容
[0008] 本发明提供了检修具有损坏的支撑排滚子和/或支撑座圈的转塔轴承组件。可以在海上进行就地检修并进行组装，并将载荷从主转塔轴承的支撑座圈以单个提升顺序转移到新的替换座圈上，从而简化了操作并最大程度地缩短了进行载荷转移的时间。此外，这种装置消除了将船舶从其海上位置拆卸下来以对损坏的轴承组件进行补救工作的需求，从而使船舶的所有人免于承担巨大的风险和成本。
[0009] 本发明的目的是从原地损坏的三排滚子轴承组件上除去轴向载荷，并允许船舶在自由状态或辅助下继续随风向改变方位。本发明消除了现有轴承支撑排的载荷。尽管可以在需要时合并径向轴承装置，但径向载荷将继续通过主轴承转移。
附图说明
[0010] 通过阅读以下实施例的详细说明并通过查看附图，可以更好地理解本发明，其中：
[0011] 图1是现有技术的集成三排滚子轴承组件的局部的横截面正视图，该组件用于将转塔旋转地联接在船舶的月池内，示出了径向对齐的滚子的上部和下部布置以用于转移轴向力，和示出了中间同轴布置的滚子以用于转移径向载荷，所有滚子并置在一个密封的润滑空间内；
[0012] 图2是示出根据优选实施例的检修三排滚子轴承组件的步骤的透视图，该图从轴承装置的径向内部示出了检修部件；
[0013] 图3是示出图2中的步骤和检修中的组件的透视图，但是示出了轴承装置的径向外部。
[0014] 图4是根据本发明优选实施例的检修后的三排滚子轴承组件装置的横截面正视图。
[0015] 图5是图4的替换支撑滚子轴承装置的横截面放大图；和
[0016] 图6是检修后的三排滚子轴承组件的透视图，示出了增加的环形支撑环和抵抗环以及多个强固背板组件。
具体实施方式
[0017] 图1示出了目前在许多转塔系统中使用的典型的三座圈滚子轴承组件10的横截面图。在该系统中，转塔具有单个三座圈滚子轴承组件10，该单个三座圈滚子轴承组件安装成可抵抗作用于转塔与浮动船转塔支撑结构14之间的所有载荷。应当理解，转塔支撑结构14是浮动船的部分，并且相对于浮动船没有运动。由转塔结构12代表的转塔是对地静止的，并且允许浮动船(包括转塔支撑结构14)绕对地静止的转塔随风向改变方位。轴承组件10是转移载荷通过此旋转接口的唯一方法，以用于外部转塔或不具下部轴承的内部转塔。
[0018] 三排滚子轴承组件10包括具有支撑座圈和保持架的支撑滚子的圆形阵列，它们都统称为支撑排组件20。支撑滚子的圆形阵列围绕转塔径向对齐，以支撑转塔重量。任何提起转塔的力都通过第二组具有提起座圈和保持架的径向对齐滚子来抵抗，它们通常统称为提起排组件40。第三组的具有径向座圈和保持架或间隔物的滚子，它们通常统称为径向排组件60，它们与转塔同轴对齐，以用于在船舶和转塔之间转移径向载荷。用于转移径向载荷的第三组滚子通常在滚子之间具有间隔物。但是，有时轴承设计为满装，这意味着没有径向的保持架或间隔物，而只有滚子。
[0019] 当施加向下作用的轴向力时，下支撑排组件20是载荷最大的。在三排滚子轴承中，支承排组件20的轴承支承滚子和座圈通常承受最大的载荷，是载荷最大和和最容易遭受损坏。因此，优选实施例主要解决了支撑座圈和滚子20的补救或更换。
[0020] 轴承座圈提供了滚子滚动的路径。为了实现最长的使用寿命，轴承座圈的滚子路径需要尽可能平整和圆形，以便在滚子身上实现平稳的载荷分配。本发明使用损坏的轴承组件10内的现有表面24(图1)作为替换轴承支撑排组件200的基础。
[0021] 参照图1，轴承内环30通过多个周向间隔的紧固件，优选地为螺纹双头螺栓32和螺母34，固定到转塔结构12上。轴承外上环42和外下环22通过多个周向间隔的紧固件，优选地是螺纹双头螺栓46和螺母44，固定到浮动船的转塔支撑结构14上。
[0022] 本发明的优选实施例解决了三排滚子轴承组件10的就地检修或补救，其中支撑组件20是损坏的。优选地，优选实施例适用于没有任何提起载荷或转矩的系统。参考图1，在从多个周向间隔的外环双头螺栓44上移除外环螺母44之后，将外上环42移除。在移除外上环42之后，外下环22的上水平表面24被暴露。该上水平表面24成为新的补救轴承支撑排组件
200的基础。优选地，将暴露的提起滚子排移除。
[0023] 图4是转塔组件的横截面正视图，其中转塔具有单个三座圈滚子轴承组件10，该单个三座圈滚子轴承组件10安装成可抵抗作用于转塔(对地静止)和船舶的转塔支撑结构14(风向标)之间的所有载荷，如上所述。图4还示出了根据本发明的优选实施例就地更换损坏的支撑排组件20所需的部件。图2和图3还示出了检修轴承和补救步骤的局部透视图。
[0024] 参照图2至图4，通过将周向支撑环202安装到外下环22的上水平表面24上来实现轴承检修。优选地，周向支撑环202包括彼此邻接的多个支撑环节段202A(图2和图3)，每个支撑环段具有大致矩形的横截面。支撑环202被分段以允许在海上位置进行处理和安装。支撑环202的上部包括大体上“U”形的平坦底部通道204，如图4和5所示。参照图4，支撑环202的节段202A使用轴承的现有外双头螺栓样式固定在原始轴承的外下环22的顶部上的位置。优选地，支撑环节段202A包括适于与外双头螺栓样式对齐的多个带螺纹的盲孔，使得外环双头螺栓46和螺母44可以用于将支撑环分段202A牢固地固定到船体的外下环22和转塔支撑结构14上，并形成周向支撑环202，如图6所示。已安装的支撑环202为补救轴承支撑排组件200建立新的旋转部分(风向标)。
[0025] 参照图5，周向支撑环202的大体上“U”形的平坦底部通道204优选地在分段式保持架210中容纳下部硬化的分节段座圈206和支撑滚子208的圆形阵列。优选地，在组装周向支撑环202之后，将下部硬化的座圈节段206、保持架210和支撑滚子208安装在通道204中。除了在通道204内引导支撑滚子208之外，保持架210将支撑滚子208相对于彼此保持在接近固定的位置。
[0026] 抵抗环220安装在新的支撑环202上方。优选地，将抵抗环220分成节段220A，并且在放置在支撑滚子208的顶部上时将节段220A组装成抵抗环220。抵抗环220容纳上部硬化的座圈222，该上部硬化的座圈222支承在支撑滚子208的顶部上。这是转塔系统从对地静止到随风向改变方位部分的新轴向载荷转移点。抵抗环节段220A优选与位于节段220A的每端的一系列螺栓连接板224保持在一起，从而形成连续的抵抗环220。
[0027] 如图6所示，在抵抗环220的顶部上定位有多个等间隔的、沿周向定位的强固背板组件230。这些强固背板组件230适于能够提起对地静止的转塔架部分，从而将载荷从原始支撑排组件20的损坏滚子上卸下，并立即将其转移到新的补救轴承支撑排组件200上。强固背板组件230包括强固背板基座231，其定位在抵抗环220上并与之完全配合。图2和图3示出了在抵抗环节段220A上的多个强固背板组件230之一。强固背板基座231具有上部径向凸缘板232和从径向凸缘板232向上延伸的一对间隔开的直立板234。强固背板板杆236，优选地处于直立位置，通过一系列螺栓或销连接到间隔开的直立板234。参照图4，板杆236可滑动地连接到对地静止的转塔结构12，并且仅能够抵抗转塔结构12的径向载荷。
[0028] 如图2和3所述，多个拉杆240具有下端240A，该下端240A螺纹连接到现有轴承的内环双头螺栓32的突出端上。拉杆240具有上端240B，该上端240B穿过强固背板基座231的厚凸缘板232中的孔232A(图4)。拉杆240的上端240B具有外螺纹，并且垫圈和带螺纹的螺母242安装在拉杆240处至凸缘板232的接口。拉杆240的上端240B的部分在螺母242上方突出，从而允许液压千斤顶246安装以用于提升操作。
[0029] 优选地，可以通过在每个强固背板组件230的位置处安装至少两个液压千斤顶246来完成转塔提升。优选地，液压千斤顶246位于强固背板板杆234的两侧。在所有强固背板位置上的千斤顶246同时通电，提升转塔并立即将载荷从现有损坏的支撑排组件20转移到新安装的补救支撑排组件200。一旦转塔的对地静止部分提升到外下环22上方预定高度，就可以将拉杆240上端240B上的螺母242向下旋转到抵靠凸缘板232的就座位置。在螺母242已经适当地调节之后，液压千斤顶246中的压力可以释放并且轴向支撑载荷通过新的载荷路径被机械地支撑。
[0030] 作为新装置的部分，如图2所示，优选地，对于每个抵抗环节段220A，多个扭矩臂250和抵抗柱260合并，以在现有的轴承内环30和抵抗环220之间转移扭矩。抵抗柱260具有适于接合内环双头螺栓32上的螺母34的下部，并且扭矩臂250优选地经由连接板224接合抵抗环220的径向内表面。扭矩臂250包括垂直定向的套筒，该套筒容纳抵抗柱260的上部。扭矩臂250和抵抗柱260可滑动地接合，以在转塔提升过程中允许它们之间的相对垂直(轴向)运动。臂250和柱260在径向方向上紧密配合，以最小化船体旋转期间的相对运动。
[0031] 本发明的优选实施例的目的是从就位的受损的三排滚子轴承组件上消除轴向载荷，同时允许船舶在自由状态或辅助下继续随风向改变方位。
[0032] 在本发明的一个优选实施例中，损坏的轴承组件的检修通过以下步骤完成：
[0033] 1.将现有三排滚子轴承组件部分拆卸。
[0034] 2.安装新的轴承支撑排组件。
[0035] 3.安装液压千斤顶和强固背板组件。
[0036] 4.提升转塔和将载荷转移。
[0037] 5.将轴向载荷固定到新的轴承支撑排组件上。
[0038] 尽管上面已经参考特定实施例详细描述了本发明，但是应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员可以对所公开的实施例进行修改和变更。所有这些修改和变更都将涵盖在内。另外，本文引用的所有出版物都指示了本领域的技术水平，并且通过引用将其全文并入本文，就好像每个文献都已通过引用并入并完整阐述一样。
