CN1008781B - 用于水下的管道电缆 - Google Patents

Abstract

用于水下的管道电缆包括一定数量的单独的管线，这些管线在电缆中呈螺旋形，还包括管线周围及管线之间的填充材料，以及管线和填充材料周围的保护层(9)。电缆具有抗压缩填充材料管芯(5)和管线(3，4)，其中它们自身都不易弯曲，独立的管线被埋置在管芯(5)的周围，因此在它们相互之间和填充材料间产生纵向移动而没有障碍，以便当外表层(9)受到径向压缩应力时，可以通过外表层将力传递到能够吸收拉应力的管线上。

Description

本发明涉及用于水下的管道电缆或者管线和控制线电缆，它们包括若干条在电缆中沿螺旋线单独配置的管线、在管线之间以及管线周围的填充材料以及在管线和填充材料外面的保护层。控制线可以以单根电线或制成的电缆的形式装在电缆管芯中。一条管线也能构成管芯。

在海底铺设管线，目前所用的主要方法有三种。按照第一种方法是在陆地上制成全部长度的管线（当然是在一定的限度内），然后放入海底并拖到铺设管道的位置，将其埋入海底。

按照第二种方法是在管道铺设驳船的平台上将一定长度的管子焊接在一起，然后由适当的设备将管道放到水中。

按照第三种方法是将管线连续地缠绕在设在铺管驳船的甲板上的垂直或者水平的卷筒上。

管线一般是在大陆的场地上缠绕在卷筒上，在保护和控制的条件下，将短的管线焊接在一起，以便构成连续的管线，并且将其缠绕在卷筒上。

在此之后，将驳船开到铺设管线的地点，把管线从卷筒上展开来并敷设在海底。这种方法要求卷筒相对于管线的直径具有一定的尺寸，以便管线材料在卷筒上弯曲时，不会产生超过所允许的变形。这种方法还要求使用复杂的设备进行控制，以便管线在卷筒上准确地绕上和展开，并且要求从驳船上能够输出具有良好曲率的管线并敷设到海底。而后一种控制是为了在铺设管线的过程中使得管线的变形保持在所允许的范围内。

当把管线缠绕在卷筒上时，要对管线进行弯曲，这样就会使管线拉伸超过其屈服点，使管线在缠绕以后产生了永久的变形。所以，当管线 从卷筒上展开以后，必须把这种变形去除，然后才能放入水中。

用于这种目的的矫直机具有一系列的辊子或履带，当管线通过时进行矫直，并且矫直机还可以给管线以弹性变形足以消除其弯曲，并且使管线以其原来的直线形式放入水中。

这种矫直机还可以与某种机械相联接，该机械根据管线下降的速度（等于驳船的速度）来控制拉力，以便将管线放入海底时，具有所希望的弯曲度。

经常需要将几条管线铺设在一起，并且人们知道可将几条管线收集成一条管线束进行敷设。

为了使管线束具有更大的挠性，人们可以把管线束中的各个挠性的管线做成螺旋状。

例如，可以从挪威专利申请130，330中看到这种管线束。其中已经描述了一种用于水下的挠性的管道电缆。这种已知的管道电缆包括：一个在电缆中轴向设置的管芯，以及几条围绕管芯排列的螺旋形管线。围绕管线放入填充材料，使它们之间隔开，并在它们之间建立绝缘层。在管线和填充材料的周围有保护层，从而构成了一种整体的电缆结构。但是，由于埋在管芯周围的管线可沿轴向移动，使其相互之间和其与填充材料之间没有干扰，这种扭转的管线不能吸收拉应力;所以，在上述已知的实施例中包括一种特殊的结构用来承受拉应力。这种结构（例如导线）沿着管芯轴向设置，并且与填充材料相结合。另外，管芯包含一条轴向的直线管线，在敷设管道的操作中具有足够的拉伸强度。

用管道铺设机的方法敷设由刚性管线构成的管线束时，管线束必须经过矫直机矫直后才能展开。另外，这种特殊的矫直机必须是牢牢地抓住管线束，同时以一定的速率释放出来，以致在铺设时，管线束具有一定的拉应力。

为了使卷筒的直径相对管线束的直径减小至合理的实用尺寸，人们 将管线束中的独立管线，当它们缠绕在卷筒时承受大于屈服点的拉应力，即超出其弹性变形范围以外，从而这种管线束必须通过矫直过程才能展开。

因此，本发明的目的是提供一种特别适合于从卷筒进行敷设的水下管道电缆，它可以吸收施加到电缆上的拉应力，而不用附加抗拉伸钢丝。

按照本发明，一种用于水下的管道电缆的特征在于：填充材料管芯是抗压缩管芯，因此当保护层受到径向压缩应力时，该力将通过保护层和填充材料传到管线上，使各管线和填充材料相对固定住，并吸收施加到电缆上的拉应力。

在上述管道电缆的实施例中，所有的管线均能象多股普通钢绳一样吸收拉伸力。这种抗压缩管芯构成抵抗从外部施加压力的抗力，并且具有足够的刚度以保持管线在横截面上的位置。

在矫直卷出而压缩变形期间，管道电缆中独立的管线将保持其在横截面上的位置，而不屈服。所以，管道电缆能够用满意的方法矫直后卷出来。

一般的说，管线将用这种方式安装，就是使其相对滑入到填充材料中。在填充材料和独立的管线之间的粘合连接将不会妨碍其功能，在这种管线上的填充材料在管道电缆上弯曲应力作用时，便能吸收其管线的运动。

新型的管道电缆能够用各种方式加工。这种抗压缩填充材料管芯能够分别制造，并设置在管线束纵向一个挨一个的位置上，而填充材料其余部分也能让预制的、成形的管线插入。填充材料还能在外表层制作的同时喷涂或者压制在管线之间和周围。（例如用包裹的方式）

在填充材料的管芯中，可以插入细小的管线，例如，各种不同类型控制用流体管道如液压油管;以及电缆、光导纤维等也可以插入。

填充材料的管芯有一个优点就是可以由较重的塑料组成。在管线 和外表层之间的填充材料还可以用适于管线的隔热材料制作。

用于管线的材料，人们可以用不锈钢来制作，其优点是适用于水下。为防止由于外表层损坏，而可能使水渗入电缆中的填充材料的管芯、细小的管线、电缆等，可以在扭转的管线之间加入密封材料。可以将防水薄膜夹在扭转的管线周围，也可以加到管线和填充材料之间，或者在填充材料周围。

在管道电缆的填充材料的区域内，可以适当地设置防水隔板，因为这种防水隔板可以阻止浸入到管道电缆的纵向部分的水扩散。

可以适当的加强外表层，使其承受拉力。

通过以下有关的附图来进一步说明本发明，其中的断面图表示了按明本发明的管道电缆的理想实施例。

在断面图中所表示的管道电缆1是由若干条不同直径的管线所组成。这样，管道电缆就包括：四条直径比较小的位于中央的管线2;四条在它们外面的直径比较大的管线3;以及四条在上述两者之间的管线4。如图所示，管线4的直径要比管道3的直径小。

四条位于中央的管道2被埋置在填充材料管芯5中。这种填充材料管芯5是由较重的塑料制成。它具有十字形的断面，并在横断面上配置有圆形导槽，以便装入管线。在十字形的每个臂的端头也有一个圆形导槽，以便装入管线4，如图所示。

在管道电缆中，所有的管线2、3和4在纵向呈螺旋形。而这种斜率需要多大则必须按照不同的情况而定，这取决于管道电缆的直径，以及它们所要应用的场合。与此相关，人们必须考虑到所有的管线都要能够吸收拉应力，就象多股普通钢绳那样，只是程度有大、有小而已。

在管线2、3和4的周围加上填充材料6。在实施例中是将这种 填充材料在断面上分割成四部分，如图中用7和8隔开，并且填充材料可以用膨胀的聚氯乙烯（PVC）来做为填充材料，它主要用作管线的隔热材料。在整个电缆结构中，外面加上一个保护层9，这一层可以用一种塑料来制做，塑料可以有加强筋，也可以没有加强筋，这种保护层9可以在制造厂里连续地加工到管道电缆的全部长度上。

如上所述，在敷设一条管道电缆时，在管道电缆上都将存在拉力，这样就必须通过管线来吸收这些拉力。在敷设管道电缆时，人们应用一种适当的拉伸机，该拉伸机具有一个装置用来牢牢地夹在管道电缆的外周。所以这种拉伸机能够牢牢地夹紧管道电缆的外周，并且可在能够调节的一定的速度下，将电缆稳定的释放出去。然而在这种拉伸机中，管道电缆的外皮将承受外部的压力。因此，在横截面上影响管线束的力将通过外表层9，进而通过填充材料6传到管线3和管线4上。填充材料管芯5是抗压缩的，在外部压力作用时，将起到稳定管道的作用。

这种方法对于用适当的设备，对管道电缆进行弯曲或者矫直的时候也将具有重要的作用，这种弯曲或者矫直设备有时可能会与拉伸机联合作业。在卷曲或者缠绕时希望对卷筒直径加以限制，其方法是在管道电缆弯曲时，允许上述管道的材料承受超过屈服点的一定程度的变形，也就是使其超过弹性变形的范围。

因此，管线束必须在开卷以后进行矫直，这个可以用一种适当的矫直装置来完成。在管道所承受的这一工序中，重要的是抗压缩材料管芯，要使各个管线在断面中保持其适当的位置，使它们不移动变形，因此没有参与管道电缆的矫直，这是所希望的方法。

当管线束不承受上述外力的加工时，管线将可以移动，就象它们之间所要求的那样，这样就可以使管线得到螺旋形卷绕的作用。

用于管道的材料，人们可以根据需要考虑使用普碳钢或者不锈钢。

另外，在图中所示管道的横截面中，也可以插入尺寸较小的管线，比如用于控制作用、遥控阀等的管线，和（或）电线。这些导线作为特殊的电缆线如管芯;或者单独地插入横截面中。

在管线3和管线4之间加入适当材料的密封件11。

图中还标出了由薄膜构成的防水层10，用来将填充材料管芯5和填充材料6隔开。而图中的虚线，人们可以认为是设在填充材料6中可能的防水薄膜层12。在本实施例中，管线2、管线3和管线4被认为是没有固定在填充材料管芯和填充材料上面，这就是说，这些管线是相互轴向滑动的，并且相对于管道电缆呈螺旋状的填充材料而滑动。

在特殊的情况下，填充材料和管线之间也可能发生粘合。在这种预料的情况下，填充材料具有一种收缩性当管线移动时，足够吸收将要产生的纵向移动。

在图中所示的实施例中，独立的管线在中央纵向的电缆轴周围对称排列。然而，这种电缆或者电缆束可以在其横截面内具有另外一种图形，并且其独立的管线、电缆线、光导纤维等对于上述纵向轴还可以非对称排列。其管道的数量等也可以改变。

Claims (10)

1、一种用于水下的管道电缆，包括多根单独的刚性钢管线，这些管线在电缆中呈螺旋形，还包括管线周围及管线之间的填充材料，管线和填充材料周围的保护层，以及填充材料管芯(5)，该管芯设有容纳至少某些上述管线的螺旋道，将管线(3，4)埋在管芯(5)的周围，使这些管线可以沿纵向移动，而其相互之间和其与填充材料之间都没有障碍，其特征在于该管芯(5)是抗压缩管芯，因此当保护层受到径向压缩应力时，该力将通过保护层和填充材料传到管线上，使各管线和填充材料相对固定住并吸收施加到电缆上的拉应力。

2、按照权利要求1所述的管道电缆，其特征在于管芯（5）是用抗压缩材料制成的，并可在其中加入各种可能的成分，用来调整电缆的重量比。

3、按照权利要求1或2所述的管道电缆，其特征在于该抗压缩材料是一种合适的塑料。

4、按照权利要求1或2或3所述的管道电缆，其特征在于在管线（3，4）和外表层（9）之间的填充材料（6）是一种特殊的隔热材料。

5、按照权利要求4所述的管通电缆，其特征在于该隔热材料是聚氯乙烯（PVC）。

6、按照权利要求1所述的管道电缆，其特征在于纵向的密封材料被夹在螺旋形设置的管线（3，4）之间。

7、按照权利要求1所述的管道电缆，其特征在于有一层防水薄膜（10，12）包围在管线（3，4）的管线束横截面的周围。

8、按照权利要求1所述的管道电缆，其特征在于在填充材料的区域内，每隔一小段间隔就设立一防水截面阻挡层。

9、按照权利要求1所述的管道电缆，其特征在于若干条细小的管线和（或）电缆束、光导纤维等，既可以单独的又可作为特殊的管线束，埋置在填充材料或者填充材料管芯中。

10、按照权利要求1所述的管道电缆，其特征在于其外表层是加筋的，从而能够吸收拉力。