BE1018699A3 - Kabel. - Google Patents

Abstract

Deze uitvinding betreft een kabel, samengesteld uit een kunststof touw (1) dat minstens twee geslagen deeltouwen (2a, 2b) omvat en minstens ‚‚n aan het touw (1) gekoppelde staalkabel (4), waarbij het touw (1) zodanige torsie-eigenschappen heeft, dat er elke belasting uit een belastingsbereik dat 20% van de minimale breekkrecht van de staalkabel (4) beslaat, een aan het torsiemoment (Ms) aan het uiteinde van de staalkabel (4) tegengesteld torsiemoment (Mt3) optreedt aan het uiteinde van het touw (1), waarvan de grootte minder dan 5% verschilt van het torsiemoment (Ms) dat bij deze belasting in de staalkabel (4) optreedt. Hiermee wordt onttorsen van het touw (1) en de staalkabel (4) over een zeker belastingsbereik vermeden. Deze uitvinding betreft eveneens een kunststof touw (1) dat voorzien is om deel uit te maken van een dergelijke kabel.

Description

KABEL

Deze uitvinding betreft een kabel, samengesteld uit een hoofdzakelijk uit kunststof vervaardigd touw dat minstens twee geslagen deeltouwen omvat en minstens één aan het touw gekoppelde staalkabel. Deze uitvinding betreft eveneens een kunststof touw dat voorzien is om deel uit te maken van een dergelijke kabel.

Dergelijke kabels worden in de praktijk vaak gebruikt als afineerlijnen.

Oorspronkelijk werden staalkabels en kettingen als afineerlijnen ingezet. Bij afineren van boorplatformen, schepen en andere offshore constructies in grote dieptes, gaan dergelijke staalkabels en kettingen echter te veel doorhangen onder hun eigen gewicht zodat de afineerlijn onvoldoende opgespannen kan worden. Het grote voordeel van kunststof bij afineerlijnen is hun lagere gewicht, zodat deze afineerlijnen minder doorhangen onder hun eigen gewicht en wel geschikt zijn voor toepassingen op zee in grote dieptes.

Een veel gebruikte typische diepwater afineerlijn bestaat uit een lang stuk polyester touw, waaraan onderaan en bovenaan een stuk ketting of staalkabel is gekoppeld. In plaats van polyester touwen worden ook andere kunststof touwen aangewend. Onderaan wordt het stuk staalkabel of ketting voorzien omdat staal een nog betere abrasieweerstand heeft tegen zanddeeltjes op de bodem dan polyester. Bovenaan wordt het stuk staalkabel of ketting voorzien omdat de meeste schepen, boorplatformen, en andere offshore constructies nog voorzien zijn van koppelstukken voor het koppelen van ketting of staalkabel, en niet aangepast zijn aan synthetische touwen die meestal een stuk dikker zijn.

De touwconstructie van dit kunststof touw die hierbij meestal wordt toegepast, is een constructie, zoals afgebeeld in figuur 1, die bestaat uit een parallelle bundel van deeltouwen waarrond een mantel is gevlochten. De deeltouwen nemen hierbij samen de volledige kracht op die het touw opneemt, terwijl de mantel voorzien is om de deeltouwen samen te houden en deze tegen mogelijke schade door abrasie te beschermen. Als deeltouwen kunnen zowel 3 of 4-strengs geslagen touw ingezet worden, als bijvoorbeeld een 6+1 strengs geslagen touw of een 8-strengs of een 12-strengs touw, enz. Wanneer geslagen deeltouwen ingezet worden, zal men voor (nagenoeg) de helft van de deeltouwen rechts geslagen touwen inzetten en voor (nagenoeg) de helft van de deeltouwen links geslagen touwen inzetten. Dit wordt gedaan, om het onttorsen van de geslagen deeltouwen tegen te gaan bij cyclische belasting van de aftneerlijn. Afmeerlijnen op zee worden namelijk onder invloed van golven en stromingen cyclisch belast. Dankzij de (nagenoeg) gelijke verdeling van de links en rechts geslagen deeltouwen, zal bij belasting (nagenoeg) de helft van de touwen de neiging hebben om in één richting te onttorsen, terwijl de andere helft in de andere richting wil onttorsen. De optredende torsiespanningen heffen elkaar hierbij (nagenoeg) op, zodat dit touw (nagenoeg) “torsie neutraal” is.

Een probleem hierbij is echter dat wanneer boven en onderaan dit kunststof touw een staalkabel is gekoppeld, dit stuk staalkabel bij afmeerlijnen in de praktijk nooit “torsie neutraal” is. De ingezette staalkabels bestaan namelijk uit een geslagen constructie, die, als ze op spanning komt, de neiging vertoont om te onttorsen. Omdat het “torsie neutraal” kunststof touw uit zichzelf onder spanning (nagenoeg) niet onttorst en veel flexibeler is dan de staalkabel, biedt dit touw hierbij geen weerstand tegen het onttorsen van de staalkabel onder invloed van de cyclische belasting bij toepassingen op zee. De staalkabel wordt cyclisch onttorst nabij de koppeling met het kunststof touw en zal vlugger dan het touw beschadigd raken, doordat de vermoeiingsweerstand van staalkabel aanzienlijk minder is dan die van het kunststof touw.

Er bestaan ook staalkabels die dankzij hun constructie “torsie neutraal” zijn. Deze worden in de praktijk echter zelden ingezet, aangezien deze veel te duur zijn en de meerprijs niet opweegt tegen het genoemde nadeel.

Een gedeeltelijke oplossing voor dit probleem wordt bekomen met een dergelijke afmeerlijn, waarbij in plaats van de hierboven beschreven touwconstructie voor het kunststof touw een geslagen touw, zoals bijvoorbeeld een 6+1 geslagen touw zoals afgebeeld in figuur 2, wordt ingezet, met een zelfde geslagen constructie als deze van de staalkabel. Dit geslagen touw construeert men hierbij dan zodanig dat bij de voorziene gemiddelde gebruiksbelasting van de afmeerlijn een in grootte zelfde, maar tegengesteld torsiemoment optreedt aan de uiteinden van dit geslagen touw als aan de uiteinden van de gebruikte staalkabel. Onder belasting vertonen het kunststof touw en de staalkabel hierbij een zelfde, maar tegengestelde onttorsing aan de uiteinden, zodat beide onttorsingen elkaar neutraliseren.

Hiermee wordt echter slechts een gedeeltelijke oplossing voor het bovenvermelde probleem bekomen, gezien door de intrinsieke verschillen tussen kunststof en staal, de grootte van het torsiemoment bij beide geslagen constructies slechts bij de voorziene gebruiksbelasting gelijk is, en niet over het volledige spanningsbereik waaraan de afmeerlijn bij de optredende cyclische belasting onderworpen wordt.

In de praktijk wordt deze gedeeltelijke oplossing slechts zelden ingezet, omdat het gestelde probleem te beperkt opgelost wordt.

Het doel van deze uitvinding is dan ook het voorzien van een kabel waarmee het gestelde probleem op een kostengunstiger manier dan bij inzetten van een “torsie neutrale” staalkabel en over een groter spanningsbereik dan bij inzetten van een geslagen touw met de hierboven beschreven eigenschappen wordt opgelost.

Dit doel wordt bereikt door te voorzien in een kabel, samengesteld uit een hoofdzakelijk uit kunststof vervaardigd touw dat minstens twee geslagen deeltouwen omvat, en minstens één aan het touw gekoppelde staalkabel, waarbij het touw zodanige torsie-eigenschappen heeft, dat er bij elke belasting uit een belastingsbereik dat 20% van de minimale breekkracht van de staalkabel beslaat, een aan het torsiemoment aan het uiteinde van de staalkabel tegengesteld torsiemoment optreedt aan het uiteinde van het touw, waarbij de grootte van dit torsiemoment in het touw minder dan 5% verschilt van het torsiemoment dat bij deze belasting in de staalkabel optreedt.

Bij een voorkeurdragende uitvoeringsvorm van een kabel volgens deze uitvinding omvat het genoemde belastingsbereik belastingen die 0% tot 10% van de minimale breekkracht van de staalkabel verschillen van de gebruiksbelasting van de kabel.

Nog meer voorkeurdragend beslaat het genoemde belastingsbereik 25%, 30%, 40% of zelfs 50% of meer van de minimale breekkracht van de staalkabel.

Bij een uiterst voorkeurdragende uitvoeringsvorm van een kabel volgens deze uitvinding verschilt de grootte van het torsiemoment in het touw in het genoemde belastingsbereik minder dan 2% van het torsiemoment dat bij deze belasting in de staalkabel optreedt.

Bij een eerste specifieke uitvoeringsvorm van een kabel volgens deze uitvinding omvatten de genoemde geslagen touwen één of meerdere rechts geslagen touwen en één of meerdere links geslagen touwen, waarbij de verhouding tussen het aantal rechts geslagen touwen en het aantal links geslagen touwen verschillend is van één.

Bij een andere specifieke uitvoeringsvorm zijn de genoemde geslagen touwen rechts geslagen. Bij nog een andere specifieke uitvoeringsvorm zijn de genoemde geslagen touwen links geslagen.

Het kunststof touw van een dergelijke kabel volgens deze uitvinding omvat verder bij voorkeur een kern en een mantel, waarbij de genoemde kem bestaat uit de twee of meerdere geslagen deeltouwen.

Een dergelijk touw uit een kabel volgens deze uitvinding omvat verder bij voorkeur drie geslagen deeltouwen.

Bij een verdere specifieke uitvoeringsvorm van een kabel volgens deze uitvinding is aan beide uiteinden van het touw een staalkabel gekoppeld.

Zoals aangegeven bij de stand van de techniek voor afmeerlijnen wordt op deze manier onderaan een staalkabel voorzien, omdat deze nog beter bestand is tegen schuren van zand. Bovenaan wordt een staalkabel voorzien omdat de meeste schepen, boorplatformen, en andere offshore constructies voorzien zijn van koppelstukken voor het koppelen van staalkabel.

De meest gebruikte kunststoffen voor aanmeerlijnen zijn polyester, polyamide, polypropyleen en HMPE (high molecular weight polyethyleen). Naast andere mogelijke kunststoffen, komt elk van deze materialen in aanmerking voor vervaardiging van het kunststof touw uit de kabel volgens deze uitvinding. Ook een combinatie van kunststoffen kan hiertoe gebruikt worden. Het touw uit een bijzondere uitvoeringsvorm van een kabel volgens deze uitvinding is in polyester uitgevoerd. Polyester is namelijk een erg duurzaam materiaal van de genoemde gebruikte kunststoffen voor aanmeerlijnen, met een zeer goede sterkte/prijs verhouding. Het heeft, zowel droog als nat een voldoende sterkte. Het heeft verder een goede weerstand tegen abrasie en het verliest niet vlug zijn sterkte onder een cyclische belasting. Het heeft verder een lage wrijvingscoëffïciënt en een relatief hoog smeltpunt.

Bij een verdere bijzondere kabel volgens deze uitvinding is deze kabel als een afmeerlijn uitgevoerd.

Het doel van deze uitvinding wordt verder ook bereikt door te voorzien in een kunststof touw, dat voorzien is om deel uit te maken van een kabel volgens deze uitvinding.

Deze uitvinding wordt nu nader toegelicht aan de hand van de hierna volgende gedetailleerde beschrijving van een voorkeurdragende uitvoeringsvorm van een kabel volgens deze uitvinding. De bedoeling van deze beschrijving is uitsluitend verduidelijkende voorbeelden te geven en om verdere voordelen en bijzonderheden van deze kabel aan te duiden, en kan dus geenszins geïnterpreteerd worden als een beperking van het toepassingsgebied van de uitvinding of van de in de conclusies opgeëiste octrooirechten.

In deze gedetailleerde beschrijving wordt door middel van referentiecijfers verwezen naar de hierbij gevoegde tekeningen, waarbij in - figuur 1 een kunststof touw uit een afmeerlijn uit de stand van de techniek is weergegeven; - figuur 2 een kunststof touw uit de gedeeltelijke oplossing voor een afmeerlijn uit de stand van de techniek is weergegeven; - figuur 3 een kunststof touw voor een kabel volgens de uitvinding is weergegeven; - figuur 4 een koppeling tussen een kunststof touw en een staalkabel in een kabel volgens deze uitvinding is weergegeven; - figuur 5 in een schematische voorstelling de bij belasting optredende krachten en torsiemomenten in een kabel volgens deze uitvinding zijn weergegeven; - figuur 6 een grafiek van de torsiemomenten in een staalkabel, een kunststof touw volgens de gedeeltelijke oplossing voor een afmeerlijn volgens de stand van de techniek, een deeltouw van een kunststof touw volgens de uitvinding en een kunststof touw volgens de uitvinding in functie van de belasting is weergegeven.

De kunststof touwen zoals afgebeeld in de figuren 1 en 2 werden reeds bij de stand van de techniek beschreven.

Bij een voorkeurdragende uitvoeringsvorm van een kabel volgens deze uitvinding is een kunststof touw (1), zoals afgebeeld in figuur 3, gekoppeld aan minstens één staalkabel (4), met behulp van een koppeling (5) zoals afgebeeld in figuur 4. Dergelijke koppelingen (5) zijn gekend uit de stand van de techniek en worden hier niet verder beschreven. Ook de staalkabel (4) is een gekende staalkabel (4) uit de stand van de techniek, die hier niet nader beschreven wordt.

Het kunststof touw (1), zoals afgebeeld in figuur 3, dat deel uitmaakt van deze voorkeurdragende uitvoeringsvorm omvat een kern en een mantel (3). Dit kunststof touw (1) is voorzien om in een kabel met een staalkabel (4) met een rechts geslagen constructie opgenomen te worden. De kern is hierbij opgebouwd uit drie rechts geslagen deeltouwen (2b). Deze rechts geslagen deeltouwen (2b) zijn elk uitgevoerd als 6+1 strengs geslagen touwen. Bij belasten van het kunststof touw (1), zal onder invloed van deze belasting (F), zoals weergegeven in figuur 6, een aan het torsiemoment (Ms) aan het uiteinde van de staalkabel (4) tegengesteld torsiemoment (Mt3) optreden aan het uiteinde van dit touw (1). Voor de eenvoud van de schematische voorstelling werd in deze figuur het touw (1) schematisch voorgesteld als een rechts geslagen touw, terwijl deze in de praktijk een opbouw heeft zoals afgebeeld in figuur 3. Dit touw (1) heeft door deze optredende krachten (F) en torsiemomenten (Mt3) dan ook de neiging om in omgekeerde richting te onttorsen als de hier bij horende staalkabel (4) in deze voorkeurdragende uitvoeringsvorm van een kabel, zodat deze onttorsingen elkaar kunnen neutraliseren. Naast deze rechts geslagen deeltouwen (2b) zou een dergelijk kunststof touw (1) verder ook een kleiner aantal links geslagen deeltouwen (2a) kunnen omvatten, of zou dit ook “torsie neutrale” deeltouwen kunnen omvatten. Wanneer de staalkabel (4) een rechts geslagen constructie heeft, zal het kunststof touw (1) volgens de uitvinding meer rechts geslagen touwen (2a) dan links geslagen touwen (2b) omvatten.

Zoals in de beschrijving hierboven weergegeven, is dit kunststof touw (1) bij voorkeur uit polyester vervaardigd, maar kan dit even goed uit een andere kunststof of uit een combinatie van verschillende kunststoffen vervaardigd worden.

De afgebeelde geslagen deeltouwen (2b) van dit kunststof touw (1) zijn 6+1 strengs geslagen touwen. Even goed zouden hiertoe echter ook bijvoorbeeld 3 of 4-strengs geslagen touwen ingezet kunnen worden, of enig ander rechts geslagen touw.

Elk van de drie geslagen deeltouwen (2b) heeft een zelfde diameter en is voorzien om een derde op te nemen van de totale belasting die het touw (1) dient op te nemen. Deze zouden evengoed een verschillende diameter kunnen hebben, waarbij een andere belasting dan een derde van de totale belasting door elk van deze deeltouwen (2b) wordt opgenomen. Het gelijkmatig verdelen van de totale belasting over elk van de deeltouwen (2b) vereenvoudigt echter het ontwerp en de opbouw van dit touw (1).

In de grafiek in figuur 6 zijn nu de torsiemomenten afgebeeld die optreden aan het uiteinde van een staalkabel (4) (Ms), aan het uiteinde van een kunststof touw (1) uit figuur 2, volgens de gedeeltelijke oplossing uit de stand van de techniek (Mtl), aan het uiteinde van een deeltouw (2b) van het kunststof touw (1) uit figuur 3 (Mt2) en aan het uiteinde van het kunststof touw (1) uit figuur 3 zelf (Mt3) en dit in functie van de belasting.

Zoals te zien is in deze grafiek heeft het torsiemoment (Ms) van de staalkabel (4) uit een kabel een nagenoeg lineair verloop in functie van de belasting.

Het torsiemoment (Mtl) van het kunststof touw (1) volgens de gedeeltelijke oplossing uit de stand van de techniek, met een 6+1 strengs geslagen opbouw, zoals afgebeeld in figuur 2, heeft een gekromd verloop. Dit 6+1 strengs geslagen touw (1) uit de stand van de techniek wordt hierbij zo ontworpen, dat de kromme van het torsiemoment (Mtl) van dit touw (1) de kromme van het torsiemoment (Ms) van de staalkabel (4) kruist ter hoogte van de gebruiksbelasting van de kabel. Echter, zoals te zien is in de grafiek, wijkt bij belastingen in de buurt van deze gebruiksbelasting, het torsiemoment (Mtl) van dit touw reeds vlug vrij ver af van het torsiemoment (Ms) van de staalkabel (4).

Wanneer men nu het verloop van het torsiemoment (Mt2) in functie van de belasting van een op een zelfde manier geslagen 6+1 strengs geslagen en uit hetzelfde materiaal vervaardigd kunststof touw (2b) bekijkt, maar een dunner touw, dat een derde van de torsie opwekt bij een derde van de gebruiksbelasting van het 6+1 strengs geslagen touw uit de stand van techniek, dan ziet men dat het gekromd verloop hiervan nauwer aansluit bij het verloop van het torsiemoment (Ms) van de staalkabel (4) in functie van de belasting.

Door nu drie dergelijke touwen (2b) als deeltouwen van een nieuw kunststof touw (1) samen te nemen in een mantel (3), zoals afgebeeld in figuur 3, bekomt men een kunststof touw (1) waarvan de curve van het torsiemoment (Mt3) in functie van de belasting, zoals te zien is in figuur 2, bijzonder goed aansluit op de curve van het torsiemoment (Ms) van de staalkabel (4) in functie van de belasting.

Door meerdere geslagen deeltouwen (2b) als kern van een kunststof touw (1) te voorzien, die gelijk geslagen zijn aan de geslagen staalkabel (4) en die samen de totale belasting opnemen die het touw (1) als onderdeel van de kabel dient op te nemen, vervaardigt men het touw (1) zodanig dat het zodanige torsie-eigenschappen heeft, dat er bij een belastingsbereik dat zeker 20% van de minimale breekkracht van de staalkabel beslaat, een torsiemoment (Mt3) optreedt in het touw (1) dat tegengesteld is aan het torsiemoment (Ms) dat hierbij in de staalkabel (4) optreedt, waarbij dit torsiemoment (Mt3) in het touw (1) minder dan 5% verschilt van het torsiemoment dat bij deze belasting in de staalkabel (4) optreedt.

Men kan dit touw (1) dan zelfs zo vervaardigen dat het genoemde belastingsbereik belastingen omvat die 0% tot 10% van de minimale breekkracht van de staalkabel (4) verschillen van de gebruiksbelasting van de kabel. Het genoemde belastingsbereik kan dan zelfs 25% of 30% of 40% of zelfs 50% van de minimale breekkracht van de staalkabel (4) beslaan. Een nog groter belastingsbereik zou ook bekomen kunnen worden, maar heeft weinig zin, gezien men steeds een ruime veiligheidsmarge voorziet, waarbij men de kabel slechts gebruikt in een belastingsbereik dat voldoende ver van de minimale breekkracht van de staalkabel (4) is gelegen.

Claims (14)

1. Kabel, samengesteld uit een hoofdzakelijk uit kunststof vervaardigd touw (1) dat minstens twee geslagen deeltouwen (2a, 2b) omvat, en minstens één aan het touw gekoppelde staalkabel (4), met het kenmerk dat het touw (1) zodanige torsie-eigenschappen heeft, dat er bij elke belasting uit een belastingsbereik dat 20% van de minimale breekkracht van de staalkabel (4) beslaat, een aan het torsiemoment (Ms) aan het uiteinde van de staalkabel (4) tegengesteld torsiemoment (Mt3) optreedt aan het uiteinde van het touw (1), waarbij de grootte van dit torsiemoment (Mt3) in het touw minder dan 5% verschilt van het torsiemoment (Ms) dat bij deze belasting in de staalkabel (4) optreedt.

2. Kabel volgens conclusie 1, met het kenmerk dat het genoemde belastingsbereik belastingen omvat die 0% tot 10% van de minimale breekkracht van de staalkabel (4) verschillen van de gebruiksbelasting van de kabel.

3. Kabel volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk dat het genoemde belastingsbereik 30% van de minimale breekkracht van de staalkabel (4) beslaat.

4. Kabel volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk dat het genoemde belastingsbereik 50% van de minimale breekkracht van de staalkabel (4) beslaat.

5. Kabel volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de grootte van het torsiemoment (Mt3) in het touw (1) in het genoemde belastingsbereik minder dan 2% verschilt van het torsiemoment (Ms) dat bij deze belasting in de staalkabel (4) optreedt.

6. Kabel volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de genoemde geslagen touwen (2a, 2b) één of meerdere rechts geslagen touwen (2b) omvatten en één of meerdere links geslagen touwen (2a) omvatten, waarbij de verhouding tussen het aantal rechts geslagen touwen (2b) en het aantal links geslagen touwen (2a) verschillend is van één.

7. Kabel volgens één van de conclusies 1 tot en met 5, met het kenmerk dat de genoemde geslagen touwen (2b) rechts geslagen zijn.

8. Kabel volgens één van de conclusies 1 tot en met 5, met het kenmerk dat de genoemde geslagen touwen (2a) links geslagen zijn.

9. Kabel volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk dat het touw (1) een kern en een mantel (3) omvat, waarbij de genoemde kern bestaat uit de twee of meerdere geslagen deeltouwen (2a, 2b).

10. Kabel volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk dat het touw (1) drie geslagen deeltouwen (2a, 2b) omvat.

11. Kabel volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk dat aan beide uiteinden van het touw (1) een staalkabel (4) is gekoppeld.

12. Kabel volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk dat het genoemde kunststof polyester is.

13. Kabel volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk dat deze uitgevoerd is als een afmeerlijn.

14. Kunststof touw (1), met het kenmerk dat deze voorzien is om deel uit te maken van een kabel volgens één van de conclusies 1 tot en met 13.