CN107453188A - 电缆铠装剥除单元 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种电缆铠装剥除单元（1），其包括：框架（11），框架（11）实现用于容纳传输电缆（2），传输电缆具有多个铠装外部层（20A，20B），铠装外部层设置在包围多个导体（22）的内部护套（21）周围，以及框架（11）实现用于保持切割机装置（12A，12B，120A，120B），切割机装置包括至少一个切割工具（12A，12B），设置用于切入电缆（2）的铠装外部层（20A、20B）中；竖直供给装置（13），实现用于实现所述框架（11）相对于所述电缆（2）的平移；以及旋转装置（14），实现用于实现框架（11）相对于所述电缆（2）的旋转。本发明进一步描述了一种从传输电缆（2）剥除铠装的方法。

Description

电缆铠装剥除单元

技术领域

本发明描述了一种电缆铠装剥除单元，以及一种从传输电缆剥除铠装的方法。

背景技术

为了从离岸设施输送电能，通常使用能够坐落在海床上的传输电缆。这样的传输电缆通常具有内部束，其包括用于多相电力传输的多个导体，并且其也可以围绕数据通信线。在护套中屏蔽并包含该内部束，护套进而由许多外部层保护。通常，这些外部层的数个围绕某个种类的铠装，例如铜或镀锌钢导线的封闭装置。这些能够在护层之间形成分离层和/或能够嵌在护层中。传输电缆的最外侧铠装层用于保护内部层免受损伤和腐蚀，并且通常由弹性材料诸如热固聚合物、尼龙、沥青等制成。最外侧铠装层也能够包括嵌入式导线。为了确保整个传输电缆在一定程度上是柔性的，以及为了提高铠装层的弹性，嵌入在铠装层中的任何导线通常相对于电缆的纵向轴线以螺距角设置。铠装导线因此描述了围绕纵向电缆轴线的螺旋路径。传输电缆的不同的铠装层可以具有不同的和/或相反的螺距角。

当安装离岸设施诸如风力涡轮机或石油钻塔时，传输电缆借由铺管船带到离岸设施，并且传输电缆的一端升至离岸设施的过渡平台或过渡件（transition piece）的水平。在风力涡轮机的示例中，必须在风力涡轮发电机与传输电缆之间形成电连接以便于从风力涡轮机向电网输送电力。类似地，必须在风力涡轮机的任何控制单元与传输电缆的通信电缆之间形成电连接。在形成这样的电连接之前，必须暴露在传输电缆的内部护套内的导体以及任何通信电缆。为此，必须在传输电缆的某一长度之上完全地移除铠装层。

当前，通常手动地执行移除铠装层的步骤。合适的切割工具用于形成切口进入传输电缆的外部层至合适的深度。重要的是不要把切割工具插入铠装层中太远，否则内部层可能遭受损伤。同样地，重要的是形成足够深的切口，否则切割步骤必须重复，由此增加了切割太深的风险。然而，外部层和铠装层的材料强度能够使其难以以必需的精确程度操作切割工具。另一问题起因于在受限空间诸如离岸风力涡轮机的过渡件中操纵沉重且难控制的传输电缆的难度。因为这些原因，手动地从传输电缆移除铠装层的步骤当前是危险且昂贵的工序。

发明内容

因此本发明的目的是提供一种从这样的电缆移除铠装层的改进方法。

该目的由权利要求1的电缆铠装剥除单元实现；以及由权利要求11的从传输电缆剥除铠装的方法而实现。

根据本发明，电缆铠装剥除单元包括：实现用于容纳传输电缆并保持切割机装置的框架，该切割机装置包括设置成切入电缆的铠装外部层中的至少一个切割工具；实现用于相对于传输电缆实现框架的平移的竖直供给装置；以及实现用于相对于电缆实现切割工具旋转的旋转装置。在本发明的情况中，传输电缆可以理解为具有设置在围绕多个导体的内部护层周围的多个铠装外部层，如在背景技术部分中所描述的。

本发明的电缆铠装剥除单元具有在传统技术之上的许多优点。因为切割机装置安装在框架上，并且电缆能够相对于框架被供给以及相对于切割机装置被旋转，所以可能形成受控的切口进入外部铠装层中。能够非常精确地控制切割的速度以及切割的方向。这降低了太深地切入外部层中的风险，太深地切入外部层中将导致对内部护套以及可能也对内部电缆束的昂贵的损伤。同样地，本发明的电缆铠装剥除单元避免了深度不足地切割以及切割步骤的重复。

根据本发明，从传输电缆剥除铠装的方法包括步骤：在这样的电缆铠装剥除单元的框架内设置电缆；致动切割机装置的多个切割工具以切入电缆的铠装外部层中；致动竖直供给装置以实现框架相对于电缆的平移；以及致动旋转装置以实现切割工具相对于电缆的旋转。

根据本发明的方法的优点在于，能够相对快速和非常精确地实现外部铠装层的移除，因此降低了与手工移除铠装层相关联的危险。

本发明的特别有利的实施例和特征由从属权利要求给出，如在以下说明书中所揭示的。不同权利要求类别的特征可以恰当地组合以给出在本文并未描述的其他实施例。

术语“铠装”和“铠装层”可以视作是同义的并且在下面可互换地使用。在下文中，可以假设，传输电缆是海底传输电缆，具有实现用于保护内部电缆束或核心的通常厚的外部层或护层。同样，不以任何方式限制本发明，可以假设，传输电缆终止在离岸风力涡轮机处，并且将用于将电力从风力涡轮机输送至电网或者在陆上设施上。本发明的电缆铠装剥除单元优选地实现用于位于离岸支撑结构与安装在离岸支撑结构上的风力涡轮机塔之间的过渡件的水平（或水平高度）。

能够使用的任何合适的切割工具能够形成切口进入铠装层中。在本发明的特别优选的实施例中，切割工具是圆锯，因为该类型的锯子能够以受控方式操作在高速下以形成切口至所需深度。优选地实施冷锯，因为该类型的锯子特别适合切割穿过金属而不产生过量的热量。在下文中，并未以任何方式限制本发明，可以假设，切割工具是圆锯。优选地，切割机装置包括能够同步地控制的两个圆锯刀片。锯刀片的同步控制要理解为意味着设置锯刀片的切割角度和切割速度以实现特定的切割动作，这将在下面更详细地解释。

本发明的电缆铠装剥除单元具有竖直供给装置，其能够实现在电缆与框架之间的相对平移。实现竖直供给装置的方式可以取决于框架是否应该沿着固定电缆行进，或者电缆是否应该被运输穿过固定框架。例如，如果框架安装在过渡件的水平处，能够实现竖直进给装置以将传输电缆竖直向上和/或向下移动穿过框架。替代地，如果传输电缆在过渡件的水平处被刚性地保持在电缆悬挂装置（hang-off）中，就能够实现竖直供给装置以相对于固定地传输电缆竖直地向上和/或向下移动框架。在该实现方式中，框架能够相对于过渡件由例如推拉绞盘的装置升起和降下。

在任一情形中，优选地实现旋转装置以围绕传输电缆移动切割工具－即锯刀片，因为传输电缆通常抗扭转。为此，当框架安装在过渡件的水平处时，优选地实现以也围绕传输电缆移动。

优选地，本发明的电缆铠装剥除单元包括实现用于设置各种参数的控制模块，参数诸如锯刀片进入铠装外部层中的切口深度、锯刀片相对于电缆的姿态等。也优选地实现控制模块以设置圆锯的旋转速度。

在本发明的另一优选实施例中，借由托架将圆锯安装至框架。优选地，以合适的方式结合托架以实现以相对于电缆的纵向轴线的角度倾斜圆锯刀片的机构。该接点优选地是可控的以便于设置圆锯的倾斜角。在本发明的特别优选的实施例中，倾斜角对应于铠装的外部层的螺距角。

为了提高切割的精度，切割机装置优选地包括压力传感器，该压力传感器设置用于当锯刀片切割穿过铠装层时感测施加在该锯刀片上的压力。压力传感器能够向锯子控制模块报告压力测量值或数值，锯子控制模块因此能够做出反应。例如，压力的突然降低能够指示锯刀片已经穿透外部铠装层并已经到达另一、内部铠装层。锯子控制模块随后能够确定外部铠装层的深度并因此能够控制锯刀片（多个）。这样的压力传感器可以结合在液压系统中，该液压系统是向锯刀片提供电源的一部分。

能够独立地控制两个锯刀片以实现各种切割模式，取决于待切割的铠装层的类型。例如，两个锯刀片能够围绕传输电缆在直径上相对，并且以最外侧铠装层的螺距角倾斜。控制单元能够设置用于刀片的切割深度，即最外侧铠装层的深度。竖直供给器实现电缆相对于框架的纵向移动，并且旋转机构实现切割工具围绕电缆以基于最外侧铠装层的螺距角的速度的旋转。在该设置中，两个圆形锯刀片有效地切割最外侧铠装层的两个螺旋带。

在另一示例中，传输电缆可以具有带有正螺距角的最外侧铠装层以及带有负螺距角的另一内部铠装层。最外侧铠装层可以比内部铠装层更有弹性。为了移除这些层，本发明的铠装剥除单元的锯子控制模块以一角度倾斜第一圆形锯刀片以匹配最外侧层的正螺距角，以及以负螺距角倾斜第二圆形锯刀片以匹配内部层的螺距角。控制模块也能够单独地控制由每个锯子施加在该锯子正在其上工作的铠装层上的压力，例如基于来自多个压力传感器的反馈，并且也能够单独地控制每个锯子的切割速度。以这种方式，基本上能够同时地移除数个铠装层。自然，将理解的是在第二锯子能够开始切割下一个内部铠装层之前，必须由第一锯子移除一定量的最外侧铠装层。具有三个或更多锯刀片的铠装剥除单元也是可想到的，从而使得能够同时地移除三个或更多铠装层。在任何情形中，控制单元能够控制锯刀片和平移/旋转机构以执行实现完全移除铠装层所需的任何步骤系列以达到内部护套的深度。

在本发明的进一步优选实施例中，在切割序列中控制锯刀片以分块或分段切割铠装外部层。例如，两个锯刀片可以定位在相同水平处并处于相同水平角度，以及被控制从而使得第一锯刀片切割至一半所需深度，而第二锯刀片完成切口至所需总深度。当然，该类型切割序列能够由三个或更多锯刀片实现。在完成了水平切割之后，锯刀片能够设置进行竖直（或倾斜）切割，从而使得铠装层被切割为多边形碎片。

甚至在锯刀片已经切入铠装层中之后，铠装层的刚度和厚度意味着其将通常保持就位在内部护套周围。因此，在本发明的特别优选的实施例中，电缆剥除单元包括实现用于从电缆撬动被切割铠装层的铠装撬动工具。这样的工具能够包括平坦刀片或杠杆，其能够在外部被切割层与内部层之间被推动以便于撬开被切割层。例如，如果外部铠装层正被切割以给出螺旋带，撬动工具就能够在电缆相对于框架被移动时同时地撬动被切割带远离内部护套。

为了确保移除的铠装层并未溢出并落至切割工具上，优选地收集铠装的碎片以使得它们能够被正确地处置。为此，本发明的电缆剥除单元优选地包括实现用于收集被切割铠装的碎片的收集器单元。例如，撬动工具能够设置用于引导被切割带至收集器单元，其可以包括爪或抓取器以抓住被切割的碎片并将它们从工作区域移除。替代地，收集器可以是设置在撬动工具（多个）的水平下方的网装置以当铠装层碎片落下时捉住铠装层碎块。

附图说明

本发明的其他目的和特征通过结合附图考虑的以下详细说明书将变得明显。然而，应该理解的是，附图仅仅为了说明目的而不是作为对本发明界限的限定而设计。

图1 示出了用于从离岸风力发电设施输送电力的类型的传输电缆；

图2 示出了在离岸风力发电设施处就位的传输电缆；

图3 示出了根据本发明的铠装剥除单元的第一实施例；

图4是示出了相对于传输电缆以特定螺距角倾斜的图3的铠装剥除单元的锯刀片的示意图；

图5是示出了相对于传输电缆以特定倾斜角倾斜的图3的铠装剥除单元的锯刀片的示意图；

图6－图8示出了用于从传输电缆移除铠装层的本发明方法的第一实施例的步骤；

图9和图10 示出了用于从传输电缆移除铠装层的本发明方法的第二实施例的步骤。

在附图中，相同的数字指代遍布全文的相同的物体。视图中的物体不必按照比例绘制。

具体实施方式

图1示出了用于从离岸风力发电设施输送电力的类型的传输电缆2。传输电缆2包括设置在束中的多个导体22，该束包含在内部护套21内。这进而由多个保护外部层20A、20B围绕。在该示例性实施例中，最外侧铠装层20A包括嵌在尼龙或沥青覆盖物中的钢导线；以及内部铠装层20B包括倾斜的金属导线的设置。铠装层中的导线通常以螺距角θ设置以确保传输电缆无法被扭转。在此，内部铠装层20B的螺距角θ_B是正的，而外部铠装层20A的螺距角θ_A是负的。具有多个带有相反螺距角方向的铠装层确保了对于扭转的良好抵抗力，但是使得铠装层的移除是非常耗时的，并且当应用传统技术时是困难的。

图2示出了安装用于离岸风力涡轮机3的两个这样的传输电缆2。传输电缆2已经在之前的铺管工序中坐落在海床上，并且它们的端部已经被升至风力涡轮机3的过渡件31的水平。为了连接导体22至设置在风力涡轮机3的塔30中的对应导体，必需首先移除在所需长度上的铠装层20A、20B。

图3示出了本发明的铠装剥除单元1的第一实施例，其包括能够安装至过渡件的框架11。切割机装置12A、12B、10A、120B安装至框架并且包括两个圆形冷锯12A、12B。冷锯12A、12B的每一个驱动单元借由结合的托架120A、120B而安装至框架11。控制单元10能够控制结合的托架120A、120B以便于倾斜锯子的旋转轴线R₁₂。为此，控制单元10发出控制信号121A、121B用于结合的托架120A、120B以及锯子驱动单元。

图4是示出了锯刀片12A的示意图（省去框架和结合的托架），锯刀片12A的旋转轴线R₁₂已经相对于包含了传输电缆2的圆周C₂的平面以角度α倾斜（角度α将包含在圆周C₂与刀片12A至传输电缆2的外表面上的投影之间）。该锯子轴线螺距角α可以与以上在图1中所提及的铠装层螺距角θ_A, θ_B相同，并且能够由来自控制单元10的合适的控制信号设置。

图5是示出了锯刀片12A的示意图，锯刀片12A的旋转轴线R₁₂（以及因此锯刀片12A的平面）已经相对于从传输电缆表面向外延伸的法线N₂倾斜。得到的锯子平面倾斜角β确保了锯子以所需角度进入铠装层，并且能够由来自控制单元10的合适的控制信号设置。

锯子的姿态角α、β可以根据锯子将要切割的铠装层的螺距角和/或根据铠装层的材料弹性而选择。在切割操作期间，锯刀片能够因此保持在最佳取向中以沿着提供最小抵抗力的方向切割铠装层20A、20B。

返回参照图3，框架11也承载了撬动工具15，其能够从电缆2撬起被切割的铠装层。也安装至框架11的收集器16能够捉住被切割的铠装层的任何碎片以避免任何废物落至海床。附图也指示了多个辊子/抓取器，其被设置成相对于框架11竖直地升起和/或降低传输电缆。辊子13的旋转速度能够由控制单元10发出的合适的控制信号131控制。压力传感器（未示出）提供关于在切割工序期间施加在锯刀片12A、12B上的压力的反馈，以及控制单元10能够因此调节操作参数。竖直位移速率能够根据切割角度和切割速度控制。

在该示例性实施例中，设置旋转单元14以围绕传输电缆2旋转框架11。

图6－图8示出了当使用图3的铠装剥除单元1以从传输电缆2移除铠装层时根据本发明的方法的步骤。在该示例性实施例中，框架11安装至风力涡轮机的过渡件31（在图8中以简化方式指示）。控制单元已经被供给关于传输电缆2的必需信息，即铠装层的数目、每个铠装层的厚度，每个铠装层的材料弹性等。操作者能够决定最佳方法以移除铠装层，例如锯子12A、12B是否应该将铠装层切割成螺旋带，他们是否应该将它切割成多边形碎片等。在该示例中，锯子12A、12B的一个或两个能够被竖直地保持并且向下移动（如由箭头所指示的）以形成穿过铠装层的竖直切口（图6）。锯刀片12A、12B的该向下移动能够由结合的托架和合适的控制信号实现。锯刀片12A、12B随后保持基本上水平并且围绕电缆2移动（如由水平箭头所指示的）以形成穿过铠装层的圆周切口至必需深度（图7）。可以采用单次切割实现所需的深度，或者可以进行一连串切割以达到所需深度，取决于需要移除的铠装层的数目。在此同样地，能够由结合的托架和合适的控制信号实现锯刀片12A、12B的侧向（yawing）运动，或者框架自身可以围绕传输电缆2旋转。对于水平切割，锯刀片12A、12B的一个或两个可以如上面所描述的以某一倾斜角（roll angle）β倾斜以形成成角度的圆周切口。同时，撬动工具15撬动铠装层碎片200远离已暴露的内部护套21。竖直供给器13随后推动传输电缆2向上，而锯刀片12A、12B再次保持基本上竖直以当电缆向上移动时形成另一向下的竖直切口。收集器16收集碎片200用于处置。竖直供给器13停止移动传输电缆2，并且锯刀片12A、12B再次被基本上水平地保持以形成穿过铠装层的另一圆周切口。重复该步骤系列，直至已经暴露了内部护套21的足够长度。

图9和图10示出了使用不同的切割方法的本发明的方法的步骤。在此，传输电缆2的位置相对于离岸风力涡轮机的过渡件31固定，例如由电缆悬挂装置（未示出）。框架11能够相对于过渡件31和传输电缆2更竖直地移动。在此同样地，控制单元已经被供给关于传输电缆2的必需信息。在该示例中，锯刀片12A、12B被保持在特定螺距角处以匹配铠装层20A的螺距角。框架与其所有工具一起围绕传输电缆2旋转，并且同时向下移动，如由附图中箭头所指示的。结果，锯刀片12A、12B切割铠装层的螺旋带。撬动工具15撬动铠装层远离已暴露的内部护套21。锯刀片12A、12B能够重新定位，例如通过每个倾斜90°，以将螺旋条切断为易于管理的碎片。收集器单元16收集铠装层碎片用于处置。该步骤系列重复直至已经暴露了内部护套21的足够长度。

尽管已经以优选实施例及其变形例的形式公开了本发明，但是应该理解的是能够对其做出众多额外的修改和变形而未脱离本发明的范围。

为了清楚，要理解的是，本申请全文中“一”或“一个”的使用并未排除多个，并且“包括”并未排除其他步骤或元件。提及“单元”或“模块”并未排除多于一个单元或模块的使用。

Claims (15)

1. 一种电缆铠装剥除单元（1），包括：

－框架（11），所述框架（11）实现用于容纳传输电缆（2），所述传输电缆（2）具有多个铠装外部层（20A，20B），设置在包围多个导体（22）的内部护套（21）周围，并且所述框架（11）实现用于保持

－切割机装置（12A，12B，120A，120B），所述切割机装置（12A，12B，120A，120B）包括至少一个切割工具（12A，12B），所述至少一个切割工具（12A，12B）设置用于切入所述传输电缆（2）的铠装外部层（20A、20B）中；

－竖直供给装置（13），所述竖直供给装置（13）实现用于实现所述框架（11）相对于所述传输电缆（2）的平移；以及

－旋转装置（14），所述旋转装置（14）实现用于实现切割工具（12A，12B）相对于所述传输电缆（2）的旋转。

2.根据权利要求1所述的电缆铠装剥除单元，包括控制单元（10），所述控制单元（10）实现用于将切割工具（12A，12B）的切口深度设置进入铠装外部层（20A、20B）中。

3.根据权利要求1或2所述的电缆铠装剥除单元，包括定位机构（120A，120B），所述定位机构（120A，120B）实现用于相对于所述传输电缆（2）以螺距角（α）定位切割工具（12A，12B）和/或相对于所述传输电缆（2）以倾斜角（β）定位切割工具（12A，12B）。

4. 根据权利要求3所述的电缆铠装剥除单元，其中，切割工具螺距角（α）对应于铠装外部层（20A、20B）的螺距角（θ, θ_A, θ_B）。

5.根据前述权利要求任一项所述的电缆铠装剥除单元，其中，切割工具（12A，12B）包括圆形锯（12A，12B），优选地圆形冷锯（12A，12B）。

6.根据前述权利要求任一项所述的电缆铠装剥除单元，包括压力传感器，所述压力传感器设置用于感测对抗锯刀片的压力。

7.根据前述权利要求任一项所述的电缆铠装剥除单元，包括撬动工具（15），所述撬动工具（15）实现用于从所述传输电缆（2）撬动被切割的铠装层（20A，20B）。

8.根据之前权利要求任一项所述的电缆铠装剥除单元，包括收集器单元（16），所述收集器单元（16）实现用于收集被切割的铠装（20A，20B）的碎片（200）。

9.根据之前权利要求任一项所述的电缆铠装剥除单元，其中，竖直供给设置（13）和/或旋转装置（14）和/或撬动工具（15）和/或收集器单元（16）安装在框架（11）上。

10.根据之前权利要求任一项所述的电缆铠装剥除单元，实现用在位于离岸支撑结构（30）与安装在离岸支撑结构（30）上的风力涡轮机（3）之间的过渡件（31）的水平处。

11.一种从传输电缆（2）剥除铠装的方法，所述传输电缆（2）具有设置在包围多个导体（22）的内部护套（21）周围的多个铠装外部层（20A，20B），所述方法包括步骤：

－在根据权利要求1至10任一项所述的电缆铠装剥除单元（1）的框架（11）内设置所述传输电缆（2）；

－致动所述切割机装置（12A，12B，120A，120Ｂ）的多个切割工具（12A，12B）以切入所述传输电缆（2）的铠装外部层（20A，20B）中；

－致动所述竖直供给装置（13）以实现所述传输电缆（2）相对于所述框架（11）的平移；以及

－致动所述旋转装置（14）以实现切割工具（12A，12B）相对于所述传输电缆（2）的旋转。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，实现所述传输电缆（2）的平移和/或实现所述传输电缆（2）的旋转的步骤在切割铠装外部层（20A，20B）期间执行。

13.根据权利要求11或12所述的方法，包括步骤：同时地控制第一切割工具（12A）以切割第一铠装外部层（20A）和控制第二切割工具（12B）以切割第二铠装外部层（20B）。

14.根据权利要求11至13任一项所述的方法，其中，控制所述切割机装置（12A，12B，120A，120B）以将铠装外部层（20A，20B）切割成多个碎片（200）。

15.根据权利要求11至14任一项所述的方法，包括收集被切割的铠装外部层（20A，20B）的碎片（200）的步骤。