Strukturdämpfer im Offshore-Einsatz: Unter und über Wasser sicher

Strukturdämpfer in der Praxis: Die Arbeiten auf einer Bohrinsel oder an einem Offshore-Windpark sind anspruchsvoll, kompliziert und kostspielig. Es geht allen Beteiligten darum, Schäden zu vermeiden, um Mensch, Natur und Ausrüstung zu schützen. Bei einem sogenannten XR-Konnektor setzt ein Pipeline-Hersteller daher auf zehn Industriestoßdämpfer, um die ohnehin schon biegsamen Rohrkonstruktionen im Notfall schnell vom Bohrlochkopf trennen zu können.

Strukturdämpfer werden individuell angepasst

Gerade derartige Lösungen bedürfen häufig einer langen, gut durchdachten Projektierung. Eine Umsetzung, die vom Budget, dem Zeitrahmen und der Qualität her alle Ansprüche erfüllt, ist in hohem Maße von der Zuverlässigkeit der Zulieferer abhängig. Dass die Wahl hinsichtlich der Dämpfungstechnik auf die ACE Stoßdämpfer GmbH fiel, war aufgrund der positiven Erfahrungen früherer Partnerschaften für die Offshore-Spezialisten ausgemachte Sache. Zumal die Dämpfungsexperten von ACE bekannt dafür sind, hochwertige Standardprodukte im konkreten Fall so anzupassen, dass maßgeschneiderte Lösungen mit langer Lebensdauer entstehen.

Edelstahldämpfer trotzen nicht nur Salzwasser

Im Gegensatz zu konventionellen Push-Pull-Lösungen basiert die Verbindung zwischen dem Bohrloch und der Pipeline in diesem Fall nicht auf einer überdimensionalen Steckverbindung, sondern auf einem sich gegenüberliegenden Kupplungssystem. Damit sind dem maximalen Steigungswinkel beim Entkoppeln der Leitungen fast keine Grenzen gesetzt. Dies vergrößert die Zeitfenster deutlich, während denen ein sicheres Abtrennen noch möglich ist. In Fällen von stärkeren Unwettern, bei Kollisionen oder anderen Havarien ist dies ein schwer zu kontrollierendes Szenario, da im Notfall das vom Bohrlochkopf wegführende Steigrohr nicht schnell genug entfernt werden kann. Dann drohen dem Personal und der Bohrinsel gravierende Schäden. Daher entschieden sich die Konstrukteure, Industriestoßdämpfer der Magnum-Familie von ACE zu integrieren. Diese gilt vielen Anwendern dank des massiven Stoßdämpferkorpus, einer innovativen Dichtungstechnik und gehärteter Führungslager als Referenzklasse bei Industriestoßdämpfern.

Die wahlweise einstellbaren oder selbsteinstellenden Dämpfer sind zudem für große Langlebigkeit selbst unter schwierigen Bedingungen bekannt, da die selbsteinstellenden Typen auch in Edelstahlausführungen hergestellt werden – in diesem besonderen Fall eines der Hauptargumente, prädestiniert es doch diese Dämpfertypen für den Einsatz unter Wasser, selbst wenn es auf dem Wasser und darüber stürmisch zugeht.

In der vorliegenden Applikation sind die Dämpfer in ein Konstruktionssystem integriert, das zwei sich gegenüberliegenden Kupplungsteilen ähnelt. Im Falle eines kontrollierten oder eines notfallbasierten Trennens der Pipeline lässt sich sehr viel Energie in die Konstruktion leiten, um ein Abreißen der Leitung vom Konnektor oder vom Bohrkopf zu verhindern. Die Dämpfer haben dabei die Aufgabe, die entstehende Energie so wirkungsvoll zu absorbieren, dass an den XR-Konnektoren und anderen sich davor und dahinter befindlichen Bauteilen keine Schäden entstehen können. Die Tatsache, dass ein einzelner Magnum-Dämpfer bei einem Hub von gerade einmal 50 mm bis zu 1.700 N pro Hub und eine effektive Masse bis zu 21.200 kg aufnehmen kann, aber insgesamt zehn dieser Dämpfer pro XR-Konnektor verbaut worden sind, zeigt schon, welche immensen Kräfte von der Meeresoberfläche bis hinunter zum Grund wirken und konstruktionstechnisch einkalkuliert sind. Dies gilt selbstverständlich auch für die Verwendung der seewasserbeständigen Varianten aus rostfreiem Edelstahl.

Diese Dämpfungselemente verrichten ihre schwere Arbeit mit enorm schneller Reaktionszeit, indem sie die beim Entkoppeln entstehenden Massenkräfte innerhalb von gerade einmal 0,12 Sekunden abbauen. Die Ansprech- und Wirkungszeit der pro Stück 2,9 kg wiegenden Dämpfer erfüllt damit die Anforderungen des Herstellers für den Schutz auf hoher See. Mittlerweile hat ACE die Edelstahlserie der Magnum-Dämpfer ausgebaut. Dank der Entwicklung spezieller Werkzeuge zur Veredelung des langen zylindrischen Gehäuses ist es dem Unternehmen aus Langenfeld gelungen, auch Edelstahldämpfer mit 150 mm Hub anzubieten. Mit Energieaufnahmen von bis zu 5.650 Nm und einem effektiven Massenbereich bis 63.700 kg besteht nun noch deutlich mehr Spielraum für Anwendungen an Land oder auf den sieben Weltmeeren.

Strukturdämpfer machen Wartungsarbeiten sicher

Dass die Strukturdämpfer von ACE weit mehr sind als Komponenten für den Notstopp, belegt ihr Einsatz an einem Offshore-Windpark. Dort bei hohem Seegang anzulegen, war für die Servicetechniker lange ein echtes Abenteuer. Denn im Gegensatz zum Festmachen an Land benötigt man wegen des Wellengangs und der begrenzten räumlichen Spielräume eine an LKW-Arbeitsbühnen erinnernde Konstruktion, um einen sicheren Übergang zu ermöglichen. Aus Sicherheitsgründen handelt es sich dabei um einen starren Korb, der am Boot befestigt ist. Für den Kapitän des Wartungsbootes gilt es beim Anlegen, das gesamte Gewicht des Bootes und sogar noch 20 Prozent mehr sicher abzubremsen. Dieses Masseplus erklärt sich aus einer anzunehmenden Aufprallgeschwindigkeit von ca. 0,5 m/s und der Kraft der Wellen. Vor dem Einsatz der unter dem Namen Tubus bekannten Lösung von ACE kam es deshalb immer wieder zu Beschädigungen an den leichten, aus Polyester gefertigten Wartungsbooten. Zudem bestand auch hier für die Unversehrtheit der Arbeiter ein potenzielles Restrisiko.

Eine neue und leicht zu integrierende Lösung musste her. Ein Umbau der Schiffe sollte, wenn irgendwie möglich, aus Kostengründen vermieden werden. Dem Beratungsteam von ACE war nach einer Beschreibung des Falles schnell klar, dass es hier nicht auf ein punktgenaues Abstoppen ankommt. So war eine Bedingung erfüllt, sich anstelle von Industriestoßdämpfern nach geeigneten Tubus-Strukturdämpfern umzuschauen. Damit ließen sich rund 70 Prozent der Kosten im Vergleich zu hydraulischen Dämpfern einsparen, ohne zu Lasten der Sicherheit zu gehen, wie dies bei Gummidämpfern oder Stahlfedern der Fall wäre, da diese die unangenehme Eigenschaft haben, relativ schnell porös zu werden, zu rosten oder zu brechen. Tubus von ACE, gefertigt aus Co-Polyester Elastomer, sind hingegen auf 1 Million Lastwechsel ausgelegt. Bei viermaligem Anfahren pro Tag lassen sich diese einbaufertigen und wartungsfreien Elemente also bequem auch noch an nachfolgende Schiffsgenerationen vererben. Auch ihr seewasserbeständiges und Umgebungstemperaturen von -40 °C bis 90 °C aushaltendes Material prädestiniert sie für den Einsatz an den Wartungsschiffen.

Nach Berücksichtigung der gesamten Eckdaten, wie der bereits erwähnten Masse und Aufprallgeschwindigkeit wurden insgesamt vier Tubus des Typs TS84-43 verbaut. TS steht dabei für die axial soft dämpfende Reihe dieser Maschinenelemente, die 84 für den Durchmesser und die 43 für den maximalen Hub in Millimetern. Trotz dieser geringen Ausmaße und des damit einhergehenden Gewichts von 400 Gramm ist ein solches Element in der Lage, bei Dauerbelastungen 460 Nm pro Hub aufzunehmen. Ist der Tubus, wie in den meisten seiner Verwendungsbeispiele, lediglich für Notfälle vorgesehen, erhöht sich dieser Wert auf 644 Nm pro Hub. Kombiniert eingesetzt, verrichten die vier Maschinenelemente so zuverlässig ihre Dienste, dass seit ihrem über die bereitgestellte Befestigungsschraube vollzogenen Einbau keine Schäden mehr am acht Tonnen schweren Schiff aufgetreten sind. Und im Gegensatz zu den von ihnen angesteuerten Windparks sind die Tubus-Maschinenelemente absolut wartungsfrei.

Von Robert Timmerberg.