CN105009392B - 安装用于电气和/或光学线缆的湿式可配对连接组件的方法 - Google Patents

安装用于电气和/或光学线缆的湿式可配对连接组件的方法 Download PDF

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Abstract

一种用于水下安装湿式可配对连接组件(10)的方法，该方法包括以下步骤：—提供具有座部件(27)的浸在水中的壳体(12)；—将引导绳(40)的一端连接到座部件(27)，另一端被保持在海平面上；—通过引导手柄(26)将能浸在水中的壳体(11)附加到引导绳(40)；—使能浸在水中的壳体(11)沿着绳(40)移动直到引导手柄(26)与座部件(27)接合为止；—绕座部件(27)枢轴转动能浸在水中的壳体(11)直到接触浸在水中的壳体(12)。

Description

安装用于电气和/或光学线缆的湿式可配对连接组件的方法
本发明涉及安装用于海底能量应用的湿式可配对连接组件的方法。
具体而言，本发明尤其涉及用于电气和/或光学线缆的湿式可配对连接组件。
具体而言，本发明尤其涉及用于中高压电气线缆的湿式可配对连接组件。通常，就中压线缆而言，我们指适用于超过1KV并且上到大约30KV的线缆，以及就高压线缆而言，我们指适用于在高于大约30KV的情况下操作的线缆。
海洋/海底能量产生正在快速增长，并且在该领域中用于产生能量的技术主导地是“风车”，但是波浪和潮汐发电机正展现出一些有前景的结果。
风车一般建造有固定的底部结构并且交互阵列线缆(inter array cable)被用于从一个涡轮机到下一个涡轮机直到岸。
为了将风车或者类似装置连接到电气网络，线缆被使用，其中线缆连接可以是“干式耦接”，也就是说，来自风车的线缆的端部和电气网络的线缆的端部或中间站的线缆的端部在干的环境中(例如在岸上或者在合适的浮船或船只上)连接在一起(也就是说借助于合适的连接器被配对或解配对)以避免在连接器的接口处有水，在电场存在的情况下这可能产生局部放电以及由此产生的线缆故障，并且随后放入水下。
线缆集线器和/或线缆变电站可被用于连接电气网络的两个或更多个水下线缆。在这些情况下，并且尤其在水深超过40m深的地方，干式配对更加麻烦，因为它意味着将具有显著重量的下沉式集线器或者变电站从水下取出到例如船只上。
在相似的环境下，干式配对往往是不实际的并且一般是经济上不利的。在离岸的风车和其他水下应用中，湿式可配对连接组件是已知的。
湿式可配对连接组件被配置为允许线缆连接直接在海底实现。
已知的湿式可配对连接组件利用要配对到一起的、附连到相关线缆端部的两个连接器。如例如由US 6,736,545公开的，这样的连接器一般包括含有一个或多个接触式探头的插头单元以及含有相等数量的用于与接触式探头接合的触点或接点的插座部件单元，当这些单元互相连接时接触式探头延伸进入插座部件单元。通常，探头经由一个或多个开口进入容器，这一个或多个开口在连接器元件分开时是密封的。
在海床上安装湿式可配对连接组件一般包括：
—在海床上提供连接到浸在水中的线缆的第一连接器壳体；
—在靠近第一连接器壳体的位置提供连接到能浸在水中的线缆的第二连接器壳体；
—移动连接器壳体中的一个以便使两个连接器壳体接触。
移动步骤包括与一个壳体对准地定位另一个壳体。这一步骤通常由操作者执行，或者当深度超过安全要求时由远程操作的潜水器(ROV)执行。
本申请人发现，使用适用于定位连接器壳体的远程操作的潜水器增大连接的安装成本。此外，由于恶劣的环境(水压、潜流)，而且由于连接器壳体自身的重量以及连接到它的线缆的重量，对于ROV或者操作者来说操控连接器壳体会是麻烦的而且有时是不可能的。例如，当湿式可配对连接组件用于中或高压线缆时，壳体的重量可以达到500kg，并且附连的线缆通常具有几十公斤每米的重量。
申请人从以下概念出发：运输和定位能够承受能浸在水中的壳体和连接到它的线缆的重量的绳(例如100m长度重达约100kg)比运输和定位附连有例如重达1500-3000kg的100m的线缆的约350kg的壳体容易得多。使用“轻重量的”工具(绳)允许运输和正确定位重的壳体，否则这将会相当麻烦来移动和管理。
以上，关于安装湿式可配对连接的方法考虑本发明，在该方法中，附连有线缆的浸在水中的第一连接器壳体铺设在海床上，并且之后，绳被锚定到该壳体以形成索道，这有效地输送能浸在水中的并且连接有线缆的第二连接器壳体来靠近第一连接器壳体并且与第一连接器壳体对准以配对。
浸在水中的连接器壳体提供有作为索道的锚定点且作为将要浸在水中的能浸在水中的连接器壳体的连接点的座部件(seat)。能浸在水中的第二连接器壳体包括引导手柄，该引导手柄允许连接器壳体悬挂到索道，并且适合与浸在水中的壳体的座部件接合并且适合在其上枢轴转动(pivot)以使第二连接器壳体与浸在水中的壳体对准接触。
在一方面，本发明涉及用于水下安装湿式可配对连接组件的方法，该方法包括如下步骤：
—提供具有座部件的浸在水中的壳体；
—将引导绳的一端连接到座部件，另一端保持在海平面上；
—通过引导手柄将能浸在水中的壳体悬挂到引导绳；
—使能浸在水中的壳体沿着绳移动直到引导手柄与座部件接合为止；
—绕座部件枢轴转动能浸在水中的壳体直到接触浸在水中的壳体。
湿式可配对连接组件的能浸在水中的壳体和浸在水中的壳体包含与电气或光学或混合线缆机械且电气连接的相应的第一和第二相连接器(phase connector)。第一和第二相连接器适用于建立相互的电气和机械连接。
能浸在水中的壳体和浸在水中的壳体通过相应的第一和第二耦接端部接触。
有利的，本方法包括将能浸在水中的壳体悬挂到辅助绳。辅助绳的一端可以连接到能浸在水中的壳体的辅助点，所述辅助点与引导手柄纵向地隔开；辅助绳的另一端可以基本上在海平面上。辅助绳的存在允许在移动步骤期间更加安全地控制能浸在水中的壳体。
在以下的本说明书和权利要求中，引导绳和辅助绳可以统称为“索道”。
有利的，引导绳以及可选的辅助绳还通过设在引导手柄上游的(可选的辅助点上游的)点处的吊架(suspender)来支撑能浸在水中的壳体。引导手柄具有适于沿着引导绳悬挂地引导壳体的形状，例如“U”字形状或者“V”字形状。
在期望最小化振荡并且期望在靠近浸在水中的壳体时更加居中地维持能浸在水中的壳体的情况下，“V”字形状是优选的，从而帮助壳体的对准和连接。
浸在水中的壳体的座部件优选的在与连接轴基本平行的方向上从第二耦接端部突出。优选的，座部件具有U字形状或者钩状形状。
本发明的另一方面涉及包括要沿着连接轴配对的能浸在水中的壳体和浸在水中的壳体的湿式配对连接组件。所述壳体具有相应的第一和第二耦接端部，第一耦接端部具有相对于连接轴基本上垂直地突出的引导手柄；并且第二耦接端部具有座部件。
参考所附示意图从以下作为示例而非限制性的描述中，根据本发明的在海平面下定位和耦接湿式可配对连接组件的方法的特点和优点将变得更加清楚，其中：
—图1是根据本发明的方法的适合安装的湿式可配对连接组件的透视图；
—图2示意示出位于海床上的浸在水中的壳体；
—图3示出引导绳和座部件之间的连接的放大的细节；
—图4-7是本发明的方法的步骤的透视图；
—图8和9示出根据本发明方法安装的湿式可配对连接器的示例。
参照附图，根据本发明的湿式可配对连接组件的实施例用10示出。
参照图1，湿式可配对连接组件10包括能浸在水中的防水壳体11，从其伸出浸在水中的线缆1，以及浸在水中的防水壳体12，从其伸出线缆2，壳体11和12沿着共同的纵向连接轴A以防水方式彼此配对。
每个壳体11、12包括如图1所示的希望当两个壳体配对在一起时是彼此邻接的相应的第一和第二耦接端部13、14。耦接端部13、14包括相应的垂直于连接轴A的大体上是圆形的孔。
能浸在水中的壳体11的第一连接端部13具有凸缘25，该凸缘25具有轴向孔。
能浸在水中的壳体11的耦接端部13包括能与座部件27相关联的引导手柄26，该座部件27设在浸在水中的壳体12的耦接端部14上。
每个壳体11、12包括与第一和第二耦接端部13、14相对的相应的第一和第二耦接端部13’、14’。
能浸在水中的壳体11包括通过接口接头(未示出)固定到相对端部13’的弯曲加固件24，从而提供刚性的能浸在水中的壳体11和连接到它的线缆1之间的平滑连接。
根据本发明的方法，连接到线缆2的浸在水中的壳体12是浸在水中的并且由例如起重船例如在海床上放置就位。
如从图2-6可见，引导绳40的一端被连接到浸在水中的壳体12的座部件27。如从图2可见，在浸在水中的壳体12处于海床上时，引导绳40可在一端处附连到座部件27，并且它的自由端例如通过浮标20保持可到达。
可替代地，在连接安装时，引导绳40的一端被拿下来并且通过远程操作的潜水器(ROV)21附连到座部件27，同时引导绳的另一端通过浮标20保持在水面处或者连接到安装船30上的锚定元件31(在图7中示意性示出)。
图3详细示出在引导绳40和浸在水中的壳体12的座部件27之间的连接的示例。座部件27是具有与耦接端部14隔开且具有U形凹槽22的臂29的钩形元件。所述凹槽的两个上部部分具有适于容纳诸如螺栓或销之类的轴承元件15的孔28。为了提供可拆卸的连接，铁锁35，有利地是螺钉锁紧式铁锁，被提供在引导绳40的一端并且钩住轴承元件15。可替代地，当引导绳40想要永久地留下附连到浸在水中的壳体12时，引导绳40可以直接地系在轴承元件15的周围。
如从图4-7可见，连接到线缆1的能浸在水中的壳体11通过引导手柄26悬挂到引导绳40。能浸在水中的壳体11的引导手柄26沿着连接到座部件27的引导绳40滑动直到到达浸在水中的壳体12为止。
如图5和图6所示的，引导绳40作为能浸在水中的壳体11的引导件直到它到达靠近浸在水中的壳体12的位置，并且引导手柄26与座部件27在没有任何远程操作的潜水器干预的情况下接合。
辅助绳40a可以有利地提供，其一端连接到例如在能浸在水中的壳体11的相对端部13’附近的辅助点，而另一端附连到安装船上的恒张力的绞盘。
例如可以在弯曲加固件24的一端提供吊架42以接合引导绳40和辅助绳40a中的一个或者优选地二者(在辅助绳40a存在时)。沿着线缆长度，有利地安装更多的类似于42的吊架，例如每5到10米，以将引导绳40接合到线缆，从而迫使线缆遵循与由引导绳40表示的路径相似的悬链线路径。
一旦引导手柄26和座部件27接合，座部件27就充当能浸在水中的壳体11相对于浸在水中的壳体12的枢轴转动点。能浸在水中的壳体11相对于浸在水中的壳体12的枢轴转动运动在图6中示出。
在枢轴转动运动的最后，耦接端部13、14变成相互接触并且沿着连接轴A对准。
在使能浸在水中的壳体11沿着索道移动的步骤期间，绳40被保持在合适的张力负荷，该张力负荷有效地用于将绳40的下部(由能浸在水中的壳体11的重量施加负荷)相对于座部件27的水平面(基本上与海床平行)维持在角度α，以易于允许能浸在水中的壳体11完成它的到浸在水中的壳体12的下降运动以及引导手柄26与座部件27之间的接合。
如从图7可见，当能浸在水中的壳体11在靠近海平面的位置M1时，施加到绳40的张力是使得角度α相对较大(例如大于40°)这样的张力。相应的张力负荷通常是在几百千克的范围内。
该值依赖于浸在水中的壳体12所处的地方的深度、能浸在水中的壳体11的重量、线缆1的重量和长度以及诸如弯曲加固件24之类的可选地存在的配件的重量。由于施加到绳40的重量，当能浸在水中的壳体11靠近浸在水中的壳体12时角度α的值减小。在引导手柄26与座部件27接合的时刻(见图5)，角度α应当至少为20°以允许所述接合，并且施加到绳40的张力负荷被相应地调整。
使得能浸在水中的壳体11与浸在水中的壳体12接触的枢轴转动步骤是通过释放绳40上的张力来进行的。如从图7可见，该张力释放使得第一相对端部13’、弯曲加固件24和连接到其的线缆端向下转动至一水平位置，即位置M2，从而使得能浸在水中的壳体11的连接端13与浸在水中的壳体12上的相应的连接端14接触。
当开始下沉能浸在水中的壳体11时，角度α相对较大，并且可以达到约90°。
在这种情况下，能浸在水中的壳体11沿着绳40垂直地移动，并且基本上能浸在水中的壳体11和相关的线缆1的所有重量被施加到线缆1和辅助绳40a，同时施加到绳40的张力最小，如所需要的它承受绳重量并且使绳在它的位置保持适当稳定。
在安装船远离浸在水中的壳体12上方的垂直位置的情况下，绳40在其自身重量下表示出悬链线路径，并且由于在其下降期间能浸在水中的壳体11重量的作用以及施加到线缆1和辅助绳40a的张力的作用，绳40进一步从这种理想路径偏移。优选地，角度α保持在大于40°。
当能浸在水中的壳体11到达浸在水中的壳体12时，施加到绳40上的张力减小并且绳40的额外长度从船30(或者船30自身移向浸在水中的壳体12)给出以使得能浸在水中的壳体11能够在它的最终位置转动。
便利地，如从图5可见，浸在水中的壳体12的第二耦接端部14包括多个优选的为锥形的中心螺栓33，其适于与在第一凸缘25上的相应螺栓座部件34耦接，并且简化能浸在水中的壳体11与相应的浸在水中的壳体12的自对准。
优选的，第二耦接端部14可以还包括定位成与第一凸缘25在它的边处接合的锁定夹41。在图1、5和6示出的情况下，锁定夹41是在与座部件27相对的位置。锁定夹41可以在最后固定壳体11、12之间的耦接之前帮助保持第一耦接端部13紧固到第二耦接端部14。
如下文所描述的，一旦获得壳体11和12之间的对准和耦接，则壳体11、12例如通过螺栓互相固定。两个对准的壳体11、12互相固定以实现防水的连接。这样的操作可以通过带有适当布置的远程控制操作装置(“机器人”或自动化工具)的远程操作的潜水器(ROV)来实现或者当埋设的深度允许时通过操作者来实现。
当已经执行了防水连接时，相应地包含在能浸在水中的和浸在水中的壳体11、12的第一和第二相连接器之间的电气和/或光学以及机械连接可以发生。
如图8和9中所示，能浸在水中的壳体11具有第一闸门18并且浸在水中的壳体12具有第二闸门19。闸门18和19以适于维持组件10的防水性并且使得连接接口基本上干燥的顺序打开。为此，闸门18和/或19优选地包括多个密封环。闸门19是首先打开的。
能浸在水中的壳体11容纳第一相连接器16，该第一相连接器16由布置在能浸在水中的壳体11内部的相关保持架37支撑；在当前情况下，相连接器16耦接到三相线缆1的相应的线缆相。
浸在水中的壳体12容纳由相关的可移动保持架38支撑的第二相连接器17。相连接器17耦接到三相线缆2的相应的线缆相。
如将在后面详细说明的，防水地容纳在壳体12中的三相线缆2的部分具有例如1-1.5米的长度，该长度适于使得相连接器17能够从远端位置移动到连接位置。
第一相连接器16相对于能浸在水中的壳体11固定以面对耦接端部13，同时第二相连接器17被安装到承载结构23上。承载结构23以及相应的第二相连接器17是可从远端位置移动到连接位置以建立寻求的电气和/或光学和机械耦接的，在该远端位置第二相连接器17与耦接端部14隔开，在该连接位置第二相连接器17向着第一相连接器16延伸通过耦接端部14以使得连接到其上。
打开闸门18、19以及移动第二相连接器17是远程操作的，例如通过由ROV带来的低压供电线路实现。
在解配对的情况下，通过发送ROV到连接10以将电力带到系统，基本上逆向地遵循以上概述的过程。
通过将承载结构23以及相应的第二相连接器17从耦接端部14移开来解耦相连接器16、17。然后闸门18、19关闭以重新建立壳体11、12的防水性。
壳体11、12之间的固定通过带有适当布置的机器人或自动化工具的远程操作的潜水器(ROV)或者当埋设的深度允许时通过操作者来移除。
在引导绳40之前已经从座部件27和引导手柄26上分离从而连接不存在引导绳40的情况下，ROV或者操作者提供对绳连接的重新建立。可以定位为辅助绳40a的另一绳类似地固定到能浸在水中的壳体11以充当牵引绳。可替代地，线缆1自身可以执行这个牵引功能。
当线缆被拉动用于它的取回时，施加的牵引力的垂直分量提供手柄从座部件的分离。
即使当湿式可配对连接组件重和/或环境条件麻烦时，本方法也允许容易并且安全地安装和解除安装湿式可配对连接组件。可能用于这个方法的一些辅助步骤(例如向浸在水中的壳体提供低压电气连接、附连和分离索道等)中的ROV仅被要求承受几十千克的负载，比设想用于移动和对准包含相连接器的壳体的ROV有显著更小的尺寸和更低的成本。例如，被用于本发明以上辅助步骤中的合适的ROV是在文献中归类为“观察类”的ROV，而用于移动壳体的ROV应当落入“特殊用途”类(例如参见The Maritime Engineering ReferenceBook，A.F.Molland，Elsevier Ltd.，2008，第741页)。

Claims (12)

1.一种用于水下安装湿式可配对连接组件(10)的方法，该方法包括以下步骤：
-提供具有座部件(27)的浸在水中的壳体(12)；
-将引导绳(40)的一端连接到座部件(27)，另一端被保持在海平面上；
-通过能浸在水中的壳体(11)的引导手柄(26)将能浸在水中的壳体(11)附加到引导绳(40)；
-使能浸在水中的壳体(11)沿着引导绳(40)移动直到引导手柄(26)与座部件(27)接合为止；
-通过释 放引导绳(40)上的张力绕座部件(27)枢轴转动能浸在水中的壳体(11)直到接触浸在水中的壳体(12)。
2.如权利要求1所述的方法，其中，湿式可配对连接组件(10)的能浸在水中的壳体和浸在水中的壳体(11、12)包含与相应的电气线缆或光学线缆或混合线缆(1、2)机械且电气连接的相应的第一和第二相连接器(16、17)。
3.如权利要求1所述的方法，包括：在移动能浸在水中的壳体(11)的步骤之前，将能浸在水中的壳体(11)悬挂到辅助绳(40a)。
4.如权利要求3所述的方法，其中，辅助绳(40a)的一端被连接到能浸在水中的壳体(11)的辅助点，所述辅助点与引导手柄(26)纵向地隔开。
5.如权利要求1或3所述的方法，其中，引导绳(40)以及可选的辅助绳(40a)通过设在引导手柄(26)上游的点处的吊架(42)支撑能浸在水中的壳体(11)。
6.如权利要求1或3所述的方法，其中，沿着线缆(1)安装有更多的吊架以使引导绳(40)接合到线缆(1)。
7.如权利要求3所述的方法，其中，沿着线缆(1)安装有更多的吊架以使辅助绳(40a)接合到线缆(1)。
8.如权利要求1所述的方法，其中，引导手柄(26)具有V字形状。
9.如权利要求1所述的方法，其中，座部件(27)在与连接轴(A)基本上平行的方向上从第二耦接端部(14)突出。
10.如权利要求1所述的方法，其中，座部件(27)具有U字形状或钩状形状。
11.如权利要求1所述的方法，其中，在使能浸在水中的壳体(11)沿着引导绳(40)移动的步骤期间，引导绳(40)被保持在适于以大于20°的角度α维持能浸在水中的壳体(11)的张力负荷。
12.一种湿式配对连接组件(10)，包括：要沿着连接轴(A)配对的能浸在水中的壳体和浸在水中的壳体(11、12)，所述壳体(11、12)具有相应的第一和第二耦接端部(13、14)，其特征在于，第一耦接端部(13)具有相对于连接轴(A)基本上垂直地突出的引导手柄(26)，并且第二耦接端部(14)具有座部件(27)。
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