CN110073058A - 可定位成抵靠离岸结构的壁元件的环形密封部件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种环形密封部件(24)，其包括密封体，所述密封体包括：定位部分(26)，其可定位成抵靠离岸结构(2)的壁元件(5)；内表面(24a)；外表面(24b)；及唇缘部分，其界定所述密封部件(24)的开口以接纳穿过其的长形元件(20)；其中所述密封体可定位成抵靠所述壁元件(5)，使得当作用于所述密封体的所述外表面(24b)上的静压力超过作用于所述密封体的所述内表面(24a)上的静压力时，对所述外表面(24b)施加净正压力，所述外表面(24b)至少部分向内变形以提供所述密封体的部分来密封所述长形元件(20)的外表面。本发明涉及一种离岸结构。

Description

可定位成抵靠离岸结构的壁元件的环形密封部件

技术领域

本发明涉及一种环形密封件及一种支撑结构。

背景技术

例如风力发电机的离岸结构必须面对腐蚀问题，这是因为大部分离岸结构由会被海水腐蚀的标准离岸钢种构造。

结构的表面可涂覆有包含由海运业使用的涂料的各种涂料。然而，涂料会被损坏且因此需要定期维护。

离岸风力发电机面临必须经由电力电缆回收由风机产生的电力的额外挑战。通常，电缆向下延伸到支撑风力发电机的单桩基础且经由海平面下方的设置于单桩基础中的圆形端口退出。为防止海水进入单桩基础且腐蚀内部，将密封件设置于电缆周围。

然而，结果表明，许多现存密封件往往会松掉或失效，使得新鲜含氧海水进入单桩基础且加快腐蚀。结果进一步表明，一旦密封被破坏，单桩基础内的海水水位便波动，借此将单桩基础的内部暴露于高含氧量及海水，从而加剧腐蚀。

发明内容

本发明的目标在于至少部分缓解上述问题。

根据本发明的第一方面，提供一种环形密封部件，其包括密封体，所述密封体包括：定位部分，其可定位成抵靠离岸结构的壁元件；内表面；外表面；及唇缘部分，其界定所述密封部件的开口以接纳穿过其的长形元件；其中所述密封体可定位成抵靠所述壁元件，使得当作用于所述密封体的所述外表面上的静压力超过作用于所述密封体的所述内表面上的静压力时，对所述外表面施加净正压力，所述外表面至少部分向内变形以提供所述密封体的部分来密封所述长形元件的外表面。

所述长形元件可包括脐带缆或电力电缆或其类似者。

所述长形元件可具柔性。

所述密封体可包括在所述净正压力下变形的弹性材料。

所述定位部分可包括凸缘部分。

所述凸缘部分可包括围绕所述凸缘周向延伸的至少一个凹部区域。所述凹部区域可包括亲水材料。所述亲水材料可包括经亲水物质(其可包括膨润土)改质的橡胶(其可包括聚氯丁二烯)。

在本发明的背景中，亲水材料是在不受约束的情况下吸水后膨胀的材料。其可被称为可膨胀亲水材料。可膨胀亲水材料可为展现比原始(即，干燥)体积大100％(例如，比原始体积大200％，或比原始体积大500％，或比原始体积大1000％)的体积增大的亲水材料。所述亲水材料可在被水浸透时使其原始体积膨胀至少500％或至少800％或至少1000％。所述亲水材料可在被水浸透时使其原始体积膨胀不超过1500％，例如不超过1300％。

包括经膨润土改质的聚氯丁二烯的亲水材料尤其用作为盐水(特定来说，具有至少2％的盐度的水，例如具有至少3.5％的盐度的海水)的亲水材料。因此，此亲水材料尤其适合于密封浸没于海洋环境中的结构，例如离岸风力发电机的单桩基础及电缆布置。

所述凸缘部分可包括用于将所述凸缘部分固定到所述壁元件的至少一个磁性元件。

所述密封体可包括沿从所述定位部分到所述唇缘部分的方向延伸的中间部分，所述外表面的至少部分及所述内表面的至少部分设置于所述中间部分上，其中所述中间部分朝向所述唇缘部分渐缩。

所述中间部分可大体上呈截头圆锥形。

所述中间部分可界定用于接纳所述长形元件的腔室，所述腔室大于所述长形元件在所述腔室内占据的空间。

所述唇缘部分可包括围绕所述唇缘部分的内表面周向延伸的至少一个唇缘凹部区域。所述唇缘凹部区域可包括亲水材料。所述亲水材料可包括经亲水物质(其包括膨润土)改质的橡胶(其可包括聚氯丁二烯)。

所述密封体可包括弹性材料。可沿所述密封体的长度设置至少一个裂缝，使得所述密封体可沿所述裂缝打开以插入长形元件。

所述密封体可包括：第一紧固部分，其位于相邻于所述裂缝的所述密封体的第一部分上；及第二紧固部分，其位于相邻于所述裂缝的对置侧的所述密封体的第二部分上，其中所述紧固部分经布置以固定在一起。所述第一紧固部分及所述第二紧固部分可具有例如前述亲水材料的亲水材料，其安置于所述第一紧固部分与所述第二紧固部分之间以促进所述紧固部分之间的密封。

所述密封体可包括柔性管状元件，其沿所述密封体中所述唇缘部分与可定位成抵靠所述壁元件的所述密封体的部分之间的区域延伸。

所述柔性管状元件的长度可为至少1m，或至少5m，或至少10m，或至少20m或至少30m。

所述密封体可界定所述长形元件在被接纳时延伸穿过的腔室，所述腔室经配置以接纳环形亲水密封元件。所述密封体可经配置以约束所述亲水密封元件在所述腔室内沿至少一个方向膨胀。所述腔室可呈圆柱形且所述密封体可经配置以在径向方向上约束所述亲水密封元件。所述密封体可经配置以允许所述密封元件在所述腔室内沿轴向方向膨胀。所述密封体可经配置以允许所述密封元件比原始(即，干燥)体积膨胀至少5％，例如比原始体积膨胀至少10％。所述密封体可经配置以将所述密封元件的膨胀限制为比原始体积增大不超过50％，例如，比原始体积增大不超过20％。

所述腔室的至少一个部分可朝向所述腔室的一个端渐缩。所述腔室可朝向所述腔室的两个端渐缩。

所述密封体可经配置以约束所述亲水密封元件在所述腔室内沿一个方向膨胀，所述方向垂直于所述电缆在被接纳于所述腔室中时延伸穿过所述腔室时所沿的方向。

根据本发明的第六方面，提供一种密封元件，其包括亲水材料，其中所述密封元件的至少部分呈螺旋形。所述密封元件可具有自由端，使得可通过下列操作来将所述密封元件装配到长形元件：将所述长形元件插入于自由端与由所述螺旋形布置形成的相邻线圈之间，且接着在所述线圈之间移动所述长形元件，直到所述长形元件从另一自由端退出，使得所述密封元件缠绕所述长形元件。

所述亲水材料可包括经亲水物质改质的橡胶。所述橡胶可包括聚氯丁二烯。所述亲水物质可包括膨润土。

所述密封元件可包括至少两个线圈，或至少三个线圈或至少四个线圈。

根据本发明的第二方面，提供一种离岸结构，其包括：壁元件，其界定腔室；至少一个孔隙，其在所述壁元件的下部分处穿过所述壁元件；至少一个柔性长形元件，每一柔性长形元件延伸穿过所述壁元件中的相应孔隙；及至少一个密封体，每一密封体定位于所述壁元件与相应长形元件之间的相应界面区域处；其中每一密封体经布置使得所述腔室内的相应水位相对于周围水位保持在所要水位以对所述密封体提供密封压力来密封相应界面区域以防止海水进入到密封空间中。

所述壁元件可大体上呈圆柱形。

每一密封体可安置于所述腔室内。

每一密封体可经布置使得高于所述周围水位的所述腔室内的水位对所述密封体提供密封压力。

每一密封体可经布置使得低于所述周围水位的所述腔室内的水位引起水经由所述密封体流入到所述腔室中。

根据本发明的第三方面，提供一种密封布置，其包括管状部件及一个端处的环形密封部件，所述环形密封部件具有密封体，所述密封体包括可定位成抵靠离岸结构的壁元件的定位部分、内表面及外表面，其中所述定位部分包括在所述定位部分定位成抵靠所述壁元件时邻接所述壁元件的密封部分，且所述密封体可经定位使得作用于所述密封体的所述外表面上的静压力超过作用于所述密封体的所述内表面上的静压力，对所述外表面施加净正压力，这促使所述密封部分与所述壁元件密封接合。

所述密封部分可为凸缘部分。所述凸缘部分可具有大体上呈环形的配置。所述管状部件可为扁平软管构造。“扁平软管”是在此项技术中用于描述可依扁平配置轧制的导管的术语。实例是作为OROFLEX 80市售的Oroflex^TM平铺软管。

根据本发明的第四方面，提供一种电缆保护系统，其包括例如J型管或I型管的管状部件及根据本发明的第三方面的密封布置。

根据本发明的第五方面，提供一种电缆保护系统，其包括例如J型管或I型管的管状部件及根据本发明的第一方面的密封布置。

附图说明

参考附图，现将在下文中仅依举例方式描述本发明的实施例，其中：

图1是定位于海床上的离岸结构的支撑组合件的示意图；

图2是包括环形密封件的图1中所展示的支撑组合件的部分的示意图；

图3是图2中所描绘的环形密封件的单独透视图；

图4是描绘支撑结构的组合件的示意图；

图5是环形密封件的替代实施例的透视图；

图6是说明J型管布置的图式；

图7是说明单桩基础布置的图式；

图8A是说明单桩基础布置的图式；

图8B是说明图8A中所展示的单桩基础布置的分配的图式；

图9是对应于图8A中所展示的布置的单桩基础布置的透视图；

图10是图9中所展示的单桩基础布置的部分截面图；

图11是图9及10中所展示的单桩基础布置的部分截面图；

图12A展示图9到11中所展示的布置的部分；

图12B展示紧固件；

图13是包括J型管的布置的示意图；

图14展示图13中所展示的布置的部分；

图15展示呈第一配置的包括J型管连接器的布置；

图16展示呈第二配置的图15中所展示的布置；

图17展示具有强化元件的密封体；

图18展示电缆的部分；

图19展示包括J型管的布置；

图20展示图18中所展示的布置的部分；

图21展示环形密封件的实施例；

图22是图21中所展示的环形密封件的替代视图；

图23是使用中的图21中所展示的环形密封件的截面图；

图24A到24C展示不同状态中的图23中所展示的布置的部分以促进解释；

图25是环形密封件的实施例的透视图；

图26是从不同视角所见的图25中所展示的环形密封件的透视图；

图27展示图25中所展示的环形密封件及电缆布置的部分；

图28A是在第一状态中使用的图26中所展示的布置的截面图；

图28B对应于处于第二状态中的图28A中所展示的截面图；

图29是环形密封件的实施例的透视图；

图30是从不同视角所见的图29中所展示的环形密封件的透视图；

图31展示使用中的图29中所展示的环形密封件；

图32是密封元件的透视图；

图33是图32中所展示的密封元件的侧视图；及

图34是图32中所展示的密封元件的端视图。

具体实施方式

图1展示例如风力发电机的离岸结构的支撑组合件2的示意图。

支撑组合件2包括呈单桩基础4的形式的基座，单桩基础4通过将单桩基础4的下端固定于海床6中的钻孔中来固定到海床6。

单桩基础4呈管状且包括具有不小于25mm且不大于200mm的壁厚的圆柱形外壁5。单桩基础4在基座处的直径是约6000mm。单桩基础4至少部分由例如钢的金属制成。单桩基础4界定在单桩基础4内向上延伸的内部腔室7。内部腔室7在底部处由其中定位单桩基础4的海床密封或由腔室7的下端处的额外衬垫密封，所述额外衬垫可在单桩基础4安装于多孔海底沉淀物上时使用。内部腔室7形成其中可存储水的贮存器。

单桩基础4从海床向上延伸，使得其跨越五个环境区：埋藏区8、冲刷区10、浸没区12、浪溅/潮差区14及大气区16。

最下区是埋藏区8，其中将单桩基础4埋藏于海床中。上方紧接着是冲刷区10，其中单桩基础经受来自海床的研磨颗粒。冲刷区10上方紧接着是浸没区12，其中单桩基础4始终保持浸没。浸没区12上方是浪溅/潮差区，其中因为由潮汐、大气压变动及波浪引起的水位波动而使单桩基础周期性地被浸没及暴露于大气。最高区是大气区，其通常高于周围水在风力发电机的使用寿命内可合理预期达到的最高水位预期(例如200年时期内可预期的最大浪高)。因此，单桩基础4在大气区中的部分(如果有过)很少被浸没。

接入口18在占据浸没区的区域中设置于圆柱形外壁5中。在所展示的实施例中，接入口18呈圆形且具有约450mm的直径。接入口可呈卵形或任何其它适合形状。

支撑组合件2进一步包括长形电缆布置20(例如由单个管组成的电缆保护系统)，其在内部腔室7内从单桩基础4的顶部处的悬挂夹22向下延伸。电缆布置20从内部腔室7延伸穿过接入口18而到其与电力网络连接的位置。电缆布置20包括用于传输由风力发电机产生的电力的主电力电缆及引入电缆。电力电缆及引入电缆由通常称为电缆保护系统的管状套管保护。接入口18的直径大于电缆布置20的直径以实现简易安装且适应电缆布置20的挠曲。

支撑组合件2进一步包括具有内表面24a及外表面24b的环形密封件24，其包围接入口22及电缆布置20。

图2展示环形密封件24的区域中的图1中所展示的支撑组合件2的部分的示意图。环形密封件24包括具有凸缘部分26、锥形部分28及管状部分30的密封体。凸缘部分26形成环形密封件24的基座，其邻接单桩基础4的外壁5。锥形部分28具有接合凸缘部分26的较大直径端及接合管状部分30的较小直径端。锥形部分28沿远离凸缘部分26的方向渐缩且界定从凸缘部分26渐缩到管状部分30的腔室29。替代地，锥形部分28可包括波纹管布置以促进密封件24的衔接。管状部分30具有对应于电缆布置20的外径的内径，使得管状部分30在电缆布置20上方形成与电缆布置20的外表面接触的套管。管状部分30的直径对应于锥形部分28的窄端的直径。锥形部分28的另一宽端具有大于电缆布置20的直径的直径。管状部分30界定形成环形密封件24的开口的唇缘。在一些实施例中，管状部分30可结合或机械固定到电缆布置。

邻接外壁5的凸缘部分26的表面具有径向内周向延伸凹槽32及径向外周向延伸凹槽34。图3单独展示环形密封件24。圆周凹槽32、34由周向间隔幅材36隔开。周向间隔孔隙38、40分别设置于凹槽32、34的壁中。孔隙38、40提供圆周凹槽32、34中的每一者之间及内凹槽与由锥形部分28界定的内部腔室29之间的流体连通。

亲水元件可放置于凹槽32、34内以在环形密封件24被浸没之后膨胀。亲水元件改进密封外壁5。

环形密封件24由例如弹性体或橡胶的柔性材料形成，其允许凸缘部分26与外壁5的内表面的形状一致。材料应优选为足够柔性，使得环形密封件24可适应电缆布置20与单桩基础4的外壁5之间的移动，且为弹性的，使得其维持与管状部分30及电缆布置20的密封接合。环形密封件24是具有一体成型的圆周凹槽32、34及幅材36的模制组件。

如图2中所展示，呈环形的机械固定件42将凸缘部分26固定到单桩基础4的外壁5。应了解，环形密封件24可通过其它构件(例如黏着剂、设置于外壁5上以接纳凸缘部分26的保持槽、夹紧布置或磁性紧固件)固定到外壁5。凸缘部分26可(例如)由钢环/复合环强化以防止跨凸缘部分26作用的压力差使其形状扭曲。

环形密封件24的管状部分30可具有圆周肋件以阻止环形密封件24沿电缆布置20滑动。

可在顶部及底部通过例如芳族聚酰胺纤维的纤维强化环形密封件24的材料以使力矩反作用为拉力。

通过将环形密封件24的凸缘部分26附接到单桩基础4的外壁5的内表面来组装支撑组合件2。接着，将单桩基础4的基座固定于海床上的适当位置(或任何适合水下结构)中。牵引电缆布置20的一个端穿过接入口18且穿过包围接入口18的环形密封件24而进入单桩基础4的内部腔室7。接着，经由内部腔室7向上提升电缆布置20且在单桩基础4的顶部处将电缆布置20连接到悬挂夹22。

当安装时，内部腔室7的填充水位(如由腔室7内的斜剖面线所描绘)达到等于或大于浪溅区的顶部的高度的水位。可通过将水直接泵抽到内部腔室7中来填充内部腔室7。替代地，一旦已安装支撑组合件2，便可允许单桩基础4外的水位(由单桩基础的外部区域中的斜剖面线所描绘)(例如)通过涨潮来自然上升。由水位上升引起的单桩基础4外的增大压力作用于环形密封件24的锥形部分28的内表面上，环形密封件24经由接入口18暴露于周围水。作用于锥形部分28的压力增大迫使管状部分30不与电缆布置20的外表面接触以允许水流入到内部腔室7中。一旦腔室7内的水位达到相同于周围水的水位，管状部分30便恢复接触电缆布置20的外表面以密封内部腔室7。

当周围水位下降(例如，由于退潮)或内部腔室7被填充到高于周围水位(如图1中所展示)时，由内部腔室7内的水施加于由环形密封件的锥形部分28及管状部分30形成的外表面上的压力对锥形部分28及管状部分30施加径向向内力以使管状部分30保持与电缆布置20密封接合。因此，环形密封件24充当防止水从内部腔室7排泄的单向阀。

此外，每一连续潮汐周期、大气压变动或将周围水高暂时增大到高于腔室内的水高的波浪引起水经由环形密封件24流入到内部腔室7中且因此逐渐增大腔室7中的水位高度。因此，布置具自调节性以使腔室7内的水位维持为等于或高于其最初填充的水位。因此，即使环形密封件24与电缆布置20之间形成不完美密封，添加泵或周围水位的周期性升高确保腔室7内的水位不会大幅波动。一旦已安装支撑组合件2，便还可预期海底沉淀物会填充环形密封件24与电缆布置20或单桩基础4的外壁5之间的小间隙，借此减少从内部腔室7泄漏。

一旦内部腔室7内的水位高于周围水位，作用于锥形部分28及凸缘部分26的外表面上的正压力便使凸缘部分26保持与单桩基础4的外壁5的内表面紧密贴合。因此，凸缘部分26与外壁5的内表面的形状一致且改进凸缘部分26与外壁5之间的密封性。通过圆周凹槽32、34来进一步改进凸缘部分26密封外壁5，圆周凹槽32、34经由孔隙38、40与由锥形部分28界定的腔室29流体连通且因此具有相同于腔室29及周围海水的压力。凸缘部分26的顶面(其暴露于内部腔室7中的水)与圆周凹槽32、34之间的正压力差进一步改进密封性。

在单桩基础4的内部腔室7内维持大体上恒定水位允许氧被耗尽，这减慢单桩基础4内的腐蚀速率。内部腔室7内的水也随时间变得不流动且可添加添加剂来抑制腐蚀。

应了解，在替代实施例中，环形密封件可定位于单桩基础4的外壁5的外表面上，使得内部腔室5内的水位保持低于周围水位。然而，其中环形密封件24定位于内部腔室7内的上述实施例是有益的，这是因为密封件在腔室7内受保护且因此不太可能被损坏。

上述环形密封件具有下列进一步益处：其可根据现存风力发电机改装，其中电缆布置经由支撑组合件中的接入口退出。首先，电缆布置在风力发电机内是断接的。接着，环形密封件滑动到电缆布置上且沿电缆布置上滑动，使得凸缘部分与外壁接触。接着，(例如)通过磁性元件(例如结合到凸缘部分的磁性元件或凸缘材料内的磁化肥粒铁元件)或结合剂使凸缘部分保持于适当位置中，且可重新连接电缆。接着，(例如)使用泵、手动填充或利用潮汐变化自然填充内部腔室(如上文所描述)。一旦内部腔室内的水位超过周围水位，密封件便变为自密封，如相对于第一实施例所描述。

图5展示环形密封件24的替代实施例，其中与外壁5接触的凸缘部分26的表面经弯曲以跟随外壁5的轮廓。例如，凸缘部分26的表面的曲率半径可大体上相同于外壁的内表面的曲率半径。布置进一步改进密封性。

图6展示常用于离岸产业中的J型管布置。J型管具有喇叭口，其可由具有与上述环形密封件共有的至少一些特征的环形密封件密封。环形密封件还可用于施予I型管的入口，与J型管不同，I型管具有在原位直接面向下的喇叭口。

图7展示离岸结构(例如风力发电机的单桩基础)的典型布置，其中电缆依相对于垂线成约45度的角度进入单桩基础的基座。虽然图1及4中所展示的支撑组合件展示电缆依相对于垂线的90度进入单桩基础，但应了解，示意图意在促进解释且单桩基础具有根据工业标准设计的入口，工业标准建议电缆入口应与垂线成45度，如图7中所展示。在此类布置中，接入口通常具有椭圆形形状。

现将参考图8A到20描述进一步布置，其涉及：改装例如单桩基础的离岸结构的密封部件，其中现存密封件已失效；提供包括中空结构(例如单桩基础)的新离岸安装设备的密封解决方案；及提供在离岸结构领域中为已知术语的J型管或I型管的密封解决方案。

图8A展示离岸结构的支撑组合件102的示意图。支撑组合件102类似于图1中所展示的支撑组合件2。

支撑组合件102包括电缆布置120及呈波纹管形式的环形密封件124(其类似于上述环形密封件24)，其连接到密封管125。密封管125从环形密封件124向上延伸到过渡段(图中未展示)。到达过渡段的管可为用于海运且改装到离岸电缆保护系统上的刚性聚合物导管(例如聚胺基甲酸酯、聚乙烯或丁腈橡胶)或扁平软管构造。

环形密封件124及密封管125可一起模制成(例如)一体成型组件或夹紧在一起。环形密封件124可(例如)包括夹紧密封管125的强化环。

管125可在高达90℃的温度处工作。与用于离岸产业中的典型60m固体聚合物导管不同，其还可盘绕且可能易于被向上运输到风力发电机过渡段。

为便于装配，装配工必须使电力电缆与接线盒断接，使波纹管124沿电缆滑下，其中管125(例如扁平软管)已结合到波纹管124的适当位置中(以最小化泄漏路径)。当波纹管124与单桩基础的内壁接触时，系统的几何形状、重力及额外导绳将使系统能够大致安装于正确位置中以覆盖电缆及电缆保护系统的单桩基础入口。如先前所描述，例如永久磁铁的磁性元件可结合或依其它方式固定到波纹管124以在与单桩基础的密封界面处提供初始密封力。图9中展示经装配布置。

当来自波纹管的管125已固定于过渡段的顶侧上时，可使用水填充单桩基础的内部以升高密封件上的压差。如果海底沉淀物是多孔的，那么需要在结构的底部处放置简单衬垫。此外，一旦内部水位超过外部高度，便将产生压差，其将使密封件抵着海底沉淀物及内壁结构移动以产生水密密封。图10及11中展示经填充单桩基础。

根据单桩基础或结构的内径来轮廓化波纹管124的连接表面(例如，邻接单桩基础的内表面的表面将具有对应于单桩基础的内表面的曲率半径的曲率半径，例如，对应于5m的单桩基础直径)。无防冲刷保护的单桩基础的进入角通常为45度且具有防冲刷保护(岩石层)的单桩基础的进入角通常为15度。

图12A中所展示的波纹管构造将为使强芳族聚酰胺或迪尼玛(dyneema)型纤维编织材料包覆成型的例如橡胶或聚胺基甲酸酯的聚合物。这用于提供结构刚性以将因为压差的对应力反作用于柔性波纹管/锥体的每一侧上。

强化环可具有在波纹管制程期间直接通过结合强化环来连接到强化环的管，或聚合物带型密封件(如图12B中所展示)(HCL紧固件——智能带)可用于在拉紧之后提供水密密封。如果波纹管上的强化环装配到聚合物管中，那么压差将产生水密密封，假定表面具有适合构造(洁净、光滑、圆形及柔性)。

图13说明J型管布置202的部分，其连接到电缆布置230以保护连接到离岸结构(图中未展示)的电缆。图14中展示圆圈中的部分。J型管装配有可牵引电缆穿过的密封管。腔室形成于密封管与J型管的外壁之间。保持器在J型管的端处使密封管保持抵靠向内指向凸缘以使密封管的端与凸缘保持密封接合。

在图8到14中的每一实施例中，波纹管对可为单桩基础内径或J型管/I型管内径或端面的结构形成密封。另外，如果电缆具有无法用作水密密封的界面的“纱线”外套管(海底电缆领域中通常称为“外套”)，那么布置将密封单桩基础及J型管。

图15说明J型管布置的部分，其中锥形密封件的内表面与电缆的外径接触且外部正对密封面与涂漆钢平面接触，所述部分作为J型管构造的部分焊接于适当位置中。图15展示安装前的布置。图16展示安装后的相同布置，其中环形密封件的密封面密封电缆的外表面。

图17展示具有内部强化材料(图中以虚线展示)的环形密封件，其可为聚合物密封件。

所描述的布置提供简单预成型密封件，其具有两条泄漏路径：一条位于密封件外径与支撑结构之间且另一条位于密封件内径与电缆(其必须具有光滑水密外套，例如图18中所展示的聚乙烯或聚胺基甲酸酯)之间。

替代迭代是沿管路向下放置固体聚合物导管，如图19及20中所展示。这类似于上述单桩基础解决方案。如果电缆具有纱线型构造且水型密封件不可行，那么这提供解决方案。

在适当情况下，J型管的密封布置可与I型管一起使用。

图21及22展示环形密封件324的实施例，环形密封件324包括具有类似于图2及3中所展示的凸缘部分、锥形部分及管状部分的凸缘部分326、锥形部分328(如图22中所标示)及管状部分330的密封体。

凸缘部分326具有：第一唇缘332，其围绕凸缘部分326的外围周向延伸；及第一环形肋件334，其周向延伸且与第一唇缘332向内径向间隔以因此在第一唇缘332与第一肋件334之间的凸缘部分326的底侧上界定第一环形凹槽336。多个第一通道338在径向方向上沿第一肋件334延伸。第一通道338在圆周方向上彼此隔开。在所展示的实施例中，存在围绕第一肋件334等距隔开的十二个通道338。然而，应了解，可设置更少或更多通道338。可预期，通道338的数目越多或每一通道338的横截面积越大，则液体越好地扩散到第一凹槽336中，但第一肋件334提供越少支撑供防止通道338在施加抵于凸缘部分326的上表面上的力的作用下被压缩。因此，必须在设置通道338的数目及大小时考虑以上两个要求。例如，在一些情境中，第一肋件334可具有至少一个通道。然而，可预期至少两个通道或至少三个通道将提供可接受性能，且在大多数情境中，将期望具有至少四个通道。

管状部分330具有：第二唇缘340，其围绕管状部分330的开口端(即，与锥形部分328远离间隔的管状部分330的端)周向延伸；及第二环形肋件342，其周向延伸且与第二唇缘340轴向(相对于管状部分330的纵轴)间隔以因此界定管状部分330的内表面上的第二环形凹槽344。多个第二通道346沿相对于管状部分330的纵轴的轴向方向延伸。在所展示的实施例中，存在围绕第二肋件342等距隔开的十二个通道346。然而，应了解，可设置更少或更多通道346。可预期，通道346的数目越多或每一通道346的横截面积越大，则液体将越好地扩散到第二凹槽344中，但第二肋件342提供越少支撑供防止通道346在施加抵于管状部分330的外表面的力的作用下被压缩。因此，必须在设置通道346的数目及大小时考虑以上两个要求。例如，在一些情境中，第二肋件342可具有至少一个通道。然而，可预期至少两个通道或至少三个通道将提供可接受性能，且在大多数情境中，将期望具有至少四个通道。

图23展示环形密封件324，其经布置以用于抵靠柔性长形元件350(例如长形电缆布置)密封结构(例如离岸结构的支撑组合件)的壁348，所述柔性长形元件350延伸穿过设置于壁348中的接入口352。柔性长形元件350具有小于接入口352的直径的直径，使得接入口352的边缘/侧与柔性长形元件350之间提供间隙。

第一密封元件354安置于第一环形凹槽336内。第一密封元件354呈环形且具有对应于第一凹槽336的横截面轮廓的横截面轮廓，使得密封元件354最初占据第一凹槽336的容积的至少80％且在所展示的实施例中大体上占据整个第二凹槽336。第一密封元件354包括在被水浸透时膨胀的亲水材料。密封元件354具有呈环形肋件356的形式的凸起特征以促进密封元件354膨胀且有助于提高密封性。

亲水材料可包括经例如膨润土的亲水剂改质的橡胶(例如聚氯丁二烯)。针对海底应用，亲水材料必须膨胀以在暴露于通常具有不小于2％(例如，不小于3.5％)的盐度的海水时提供有效密封。

适合亲水材料的实例是由叫做Tph Bausysteme GmbH的公司(参阅http://www.tph-bausysteme.com/en/systeme-zur-fugenabdichtung/water-swelling-sealing/)供应及在日本叫做C.I.Takiron的公司(参阅http://www.cik.co.jp/eng/products/construction/hydrotite/)供应的名叫HydrotiteTM的材料。

可在下列网址中找到HydrotiteTM的技术数据表：http://www.tph-bausysteme.com/fileadmin/templates/images/datenblaetter-englisch/TDS％20HYDROTITE.pdf。

在不受约束的情况下，适合亲水材料在被具有至少2.5％(例如至少3.5％)的盐度的水浸透时膨胀到其原始(即，干燥)体积的1000％到1300％之间。

这些参考数据的内容以引用方式并入本文中。

第二密封元件358安置于第二环形凹槽344内。第二密封元件358呈环形且具有对应于第二凹槽344的横截面轮廓的横截面轮廓，使得密封元件最初占据第二凹槽344的容积的至少80％且在所展示的实施例中大体上占据整个第二凹槽344。第二密封元件358包括在被海水浸透时膨胀的亲水材料。第二密封元件358具有呈环形肋件360的形式的凸起特征以促进密封元件358膨胀。

环形密封件324、壁348及柔性长形元件350界定与接入口352、第一通道338及第二通道346中的每一者流体连通的空腔362。图23中展示呈以下配置的布置，其中第一密封元件354及第二密封元件358已暴露于水，使得两者被浸透且因此膨胀到相应第一环形凹槽336及第二环形凹槽344中的每一者内的可用容积中且因此密封壁348及柔性长形元件350。将尤其参考图23及24A到24C描述安装过程。

环形密封件324螺合到柔性长形元件350上且与壁348的内表面邻接接合，如图23中所展示。在此配置中，第一唇缘332密封壁348的内表面且第二唇缘340密封柔性长形元件350的外表面。随着结构内(即，壁348的左侧上，如图23中所展示)的水位升高到高于环形密封件324的水位(如相对于先前实施例所描述)，增加压力作用于凸缘部分326上以使第一唇缘332紧贴壁348的内壁且作用于管状部分330上以使第二唇缘340紧贴柔性长形元件350的外表面。因此，第一唇缘332及第二唇缘340产生初步密封以相对于壁348围绕接入口352的外围密封柔性长形元件350。同时或随后，结构的外部(即，壁348的右侧上，如图23中所展示)的水位升高到高于接入口352。因此，海水经由接入口352的边缘与柔性长形元件350之间的间隙流入到空腔362中。海水从空腔362沿多个第一通道338及第二通道346中的每一者流入到相应第一环形凹槽336及第二环形凹槽344中且与第一密封元件354及第二密封元件358接触。

起初，第一密封元件354中的每一者呈未膨胀状态，如图24A(其展示图23中所展示的凸缘部分326的区域顺时针旋转90度的部分视图)中所展示。密封元件354的环形肋件356与壁348的外表面略微间隔。应了解，在其它实施例中，密封元件354可在呈未膨胀状态时与其将密封的表面接触。

当水经由第一通道338流入到第一环形凹槽336中且与第一密封元件354接触时，第一密封元件354膨胀。如果密封元件不受壁348约束，那么其将开始扩大，如图24B中所展示(提供图24B来促进解释且演示第一密封元件354的膨胀特性)。然而，第一密封元件354的膨胀受壁348约束且因此抵着壁348的内表面压缩肋件356。在所展示的实施例中，凹槽336经配置使得第一密封元件的膨胀受约束以使其膨胀不超过体积的20％。在其它实施例中，膨胀可受约束到不超过10％。因此，第一密封元件354对壁348施加力，且压缩及整平肋件356以填充形成于第一密封元件354与壁348之间的通道。因此，第一密封元件354在膨胀之后于凸缘部分326与结构的壁348之间产生流体密封。

第一密封元件354的膨胀取决于海水渗入材料的速率。在所描述的应用中，密封材料是基于聚氯丁二烯的遇海水膨胀橡胶。众所周知，此材料在不受约束的情况下膨胀到不小于其干燥体积的1000％(例如，高达其干燥体积的1300％，且在一些情境中，高达其干燥体积的1500％)的体积。通常，密封件会在暴露于海水时实时开始膨胀，但通常需要20天到40天来膨胀到其完全膨胀状态。可通过使用一或多个保护层覆盖暴露表面或在预定时间段内抑制或防止海水到达亲水材料的化学处理来延迟密封元件354的初始膨胀。例如，可施加可使初始膨胀延迟(例如)至少一天或至少一周及多达两周的保护层或化学处理。

在所展示的实施例中，一旦第一密封元件已完全膨胀，其便充当具有至少5巴水密压力的O形环且可(例如)通过选择适当密封材料或相对于第一环形凹槽336的几何形状配置密封元件的几何形状来配置为具有高达400巴的水密压力。

密封件可经配置以在典型水深(例如20m水深)处具水密性。密封件可具有的对应水密净压力将不小于0.2巴，例如不小于0.5巴，例如不小于1巴，例如不小于2巴。

第二密封元件358展现类似于第一密封元件358的特性的特性，但根据所需大小、膨胀度及几何形状来配置。

在一些实施例中，通过唇缘332、340来密封将是足够的。然而，预期亲水材料将尤其有利于密封不均匀表面，例如可由于生物污损、海底沉淀物/残渣或腐蚀而出现的冲刷或脏污电缆的外表面。另外，亲水材料会(例如)因腐蚀而膨胀/重组以适应密封件的移动及其密封的表面的变化。在其它应用中，可预期唇缘将提供足够密封且唇缘可经配置以为具适当柔性以对特定表面光洁度提供密封。

图25及26展示类似于先前所描述的环形密封件的环形密封件424的基座组件424a。基座组件424a包括具有凸缘部分426及锥形部分428的第一密封体。凸缘部分426可具有用于促进安装及密封且相对于先前实施例所描述的磁性元件。

图27展示包括组装有盖424b的基座组件424a的布置，盖424b固定于基座组件424a的上端上以形成环形密封件424。盖424b具有电缆布置432延伸穿过的第一孔隙430。在所展示的实施例中，电缆具有90mm到180mm之间的直径，例如100mm。

图28A展示图27中所展示的布置固定到结构的壁434时的横截面图。基座组件424a具有设置于基座组件的顶部处的第一空腔436且具有与第一孔隙430对准且电缆布置432也延伸穿过的第二孔隙438。

盖424b具有与第一空腔436对准以界定大体上呈圆柱形的腔室436、440的第二空腔440。界定腔室的基座组件424a及盖424b的内侧壁的相应端部分441a、441b沿腔室的轴线渐缩，使得腔室朝向每一端变窄。包括亲水材料的密封元件442安置于腔室内。密封元件呈圆柱形且具有沿其长度的恒定直径。密封元件442具有沿其长度的内孔，电缆布置432沿所述内孔延伸。密封元件442的长度小于腔室的长度。

由基座组件424a及盖424b界定的腔室不具水密性且因此在使用水填充结构的内部(如结合先前实施例所描述)时，腔室溢流。密封元件442在相反方向上沿腔室轴向膨胀，密封元件442的端因此膨胀到腔室的锥形端中。腔室的中间部分中的腔室的圆柱形侧壁及每一端处的锥形侧壁防止密封元件442径向膨胀，且密封元件442因此对电缆布置432施加密封力。锥形端区域有效增大沿径向方向作用于密封元件442的端上的压缩力，这是因为密封元件因轴向膨胀而被迫进入锥形区域。因此，提高密封效力。

图29展示类似于先前所描述的环形密封件的环形密封件524。环形密封件524包括具有凸缘部分526、中间部分528及紧固部分530的密封体。环形密封件524具有穿过一侧的纵向裂缝532，其沿环形密封件524的长度延伸。在所展示的实施例中，裂缝532沿环形密封件524的最短部分设置以促进安装。裂缝532允许环形密封件524沿其侧打开以使电缆布置交叉穿过密封件524而无须使电缆布置螺旋穿过密封件524。紧固部分534a、534b沿由裂缝532形成的相应边缘延伸。每一紧固部分534a、534b形成相对于环形密封件524的纵轴垂直延伸的类凸缘突出部。相应孔组536a、536b设置于每一紧固部分534a、534b中。孔组536a、536b经布置使得每一组536a、536b的孔彼此对准以接纳例如螺栓或铆钉的紧固件。在所展示的实施例中，每一孔组536a、536b包括五个孔。紧固部分534a可具有定位于其间以促进密封的亲水材料，例如先前所描述的亲水材料。

中间部分528包括位于下区域处的附接件538，其用于附接配重块以在需要将环形密封件524降低到适当位置中时通过克服环形密封件524的任何自然浮力(当安装于水下结构上时)或安装装置中的阻力/限制来促进安装。

在本实施例中，环形密封件524由具有弹性的材料形成，其允许沿裂缝532分离环形密封件524以插入电缆布置。

图31展示图29中所展示的环形密封件524，其用于形成包括电缆542及电缆保护系统544的电缆布置540与结构(例如风力发电机的单桩基础)的壁546之间的密封。

电缆保护系统544包括：护套547；机械连接器548，其具有将连接器固定到结构的壁546的保持特征550；及弯曲加强件552，其从连接器548沿电缆542的部分延伸以抵抗电缆542在安装及后续操作期间于连接器548附近过度弯曲。

柔性管554固定到环形密封件524的紧固部分530。柔性管554从紧固部分530沿电缆542延伸于弯曲加强件552的自由端上方。密封元件556固定到未连接到紧固部分530的柔性管554的端。密封元件556可包括亲水材料，其收容于由类似于图28A及28B中所展示的布置的外壳界定的腔室内。柔性管554可为具有对应于裂缝532的裂缝的扁平软管且可在安装电缆布置540之后，在无需断接电缆布置540的情况下与环形密封件524一起围绕电缆布置540扣紧/栓接。可根据需要设置柔性管554的长度。例如，在所展示的实施例中，柔性管554的长度足以使密封元件556密封电缆542而非弯曲加强件552。在其它实施例中，柔性管554的长度足以使密封元件556密封电缆542的相对洁净部分，例如靠近单桩基础内的悬挂点的电缆542的部分。在其它实施例中，柔性管554的长度足以使得其可直接连接到悬挂点而非直接密封电缆542。柔性管554的长度可为至少1m，或至少5m，或至少10m、或至少20m或至少30m。在使用中，当柔性管554内的压力小于作用于柔性管554上的外压力时，柔性管554可紧贴电缆542及/或弯曲加强件552，此预期还可提高密封性。空隙558由环形密封件524围绕连接器548界定以保留残渣，例如受损组件。凸缘部分526可具有用于促进安装及密封且相对于先前实施例所描述的磁性元件。

图32到34展示尤其适合用于图25到28B及图29到31中所展示的布置中的密封元件602。

密封元件602由相对于先前实施例所描述的亲水材料形成。密封元件是形成集成结构的单件材料，其可经模制且接着切割成所要形状。密封元件602呈螺旋形且具有第一端604及第二端606。所展示实施例的密封元件602具有位于第一端604与第二端606之间的六个线圈608a、608b、608c、608d、608e、608f。应了解，可设置更少或更多线圈。例如密封元件602可包括至少两个线圈，例如至少三个线圈或至少四个线圈。

密封元件602具弹性且因此可通过将电缆插入于一端602、604与相邻线圈之间且接着将密封元件602“缠绕”到电缆上直到其在另一端602、604处释放来安装于现场电缆上。当暴露于水时，线圈608a、608b、608c、608d、608e、608f轴向及径向膨胀以密封电缆及彼此密封。由螺旋布置界定的曲折泄漏路径提供优良密封以防止经由密封元件602泄漏。

在图式中，相同元件符号是指相同部件。

在本说明书的[具体实施方式]及权利要求书中，字词“包括”及“含有”及其的变型意谓“包含(但不限于)”，且其不希望(且不)排除其它部分、添加物、组件、整体或步骤。在本说明书的[具体实施方式]及权利要求书中，除非内文另有要求，否则单数形式涵盖复数形式。特定来说，当使用不定冠词时，除非内文另有要求，否则本说明书将其理解为涵盖复数及单数。

除非与之不兼容，否则结合本发明的特定方面、实施例或实例所描述的特征、整体、特性或群组应被理解为适用于本文中所描述的任何其它方面、实施例或实例。本说明书(其包含任何所附权利要求书、摘要及附图)中所揭示的所有特征及/或所揭示的任何方法或过程的所有步骤可依任何组合方式组合，其中至少一些特征及/或步骤相互排斥的组合除外。本发明不受限于任何前述实施例的任何细节。本发明扩展到本说明书(其包括所附权利要求书、摘要及附图)中所揭示的任何新颖特征或新颖特征组合或扩展到所揭示的任何方法或过程的任何新颖步骤或任何新颖步骤组合。

读者应关注与本说明书及本申请案同时申请或在本说明书及本申请案的前申请及与本说明书一起审查公开的所有文献及档案，且将所有此类文献及档案的内容以引用的方式并入本文中。

Claims (37)

1.一种环形密封部件，其包括：

密封体，其包括：定位部分，其可定位成抵靠离岸结构的壁元件；内表面；外表面；及唇缘部分，其界定所述密封部件的开口以接纳穿过其的长形元件；其中

所述密封体可定位成抵靠所述壁元件，使得当作用于所述密封体的所述外表面上的静压力超过作用于所述密封体的所述内表面上的静压力时，对所述外表面施加净正压力，所述外表面至少部分向内变形以提供所述密封体的部分来密封所述长形元件的外表面。

2.根据权利要求1所述的密封部件，其中所述长形元件包括脐带缆或电力电缆或其类似者。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的密封部件，其中所述长形元件具柔性。

4.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的密封部件，其中所述密封体包括在所述净正压力下变形的弹性材料。

5.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的密封部件，其中所述定位部分包括凸缘部分。

6.根据权利要求5所述的密封部件，其中所述凸缘部分包括围绕所述凸缘周向延伸的至少一个凹部区域。

7.根据权利要求6所述的密封部件，其中所述凹部区域包括亲水材料。

8.根据权利要求7所述的密封部件，其中所述亲水材料包括经亲水物质改质的橡胶。

9.根据权利要求8所述的密封部件，其中所述橡胶包括聚氯丁二烯。

10.根据权利要求8或9所述的密封部件，其中所述亲水物质包括膨润土。

11.根据权利要求5到10中的任一权利要求所述的密封部件，其中所述凸缘部分包括用于将所述凸缘部分固定到所述壁元件的至少一个磁性元件。

12.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的密封部件，其中所述密封体包括沿从所述定位部分到所述唇缘部分的方向延伸的中间部分，所述外表面的至少部分及所述内表面的至少部分设置于所述中间部分上，其中所述中间部分朝向所述唇缘部分渐缩。

13.根据权利要求12所述的密封部件，其中所述中间部分大体上呈截头圆锥形。

14.根据权利要求12或13所述的密封部件，其中所述中间部分界定用于接纳所述长形元件的腔室，所述腔室大于由所述长形元件在所述腔室内占据的空间。

15.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的密封部件，其中所述唇缘部分包括围绕所述唇缘部分的内表面周向延伸的至少一个唇缘凹部区域。

16.根据权利要求15所述的密封部件，其中所述唇缘凹部区域包括亲水材料。

17.根据权利要求16所述的密封部件，其中所述亲水材料包括经亲水物质改质的橡胶。

18.根据权利要求17所述的密封部件，其中所述橡胶包括聚氯丁二烯。

19.根据权利要求17所述的密封部件，其中所述亲水物质包括膨润土。

20.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的密封部件，其中所述密封体包括弹性材料，且沿所述密封体的长度设置至少一个裂缝，使得所述密封体可沿所述裂缝打开以插入长形元件。

21.根据权利要求20所述的密封部件，其中所述密封体包括：第一紧固部分，其位于相邻于所述裂缝的所述密封体的第一部分上；及第二紧固部分，其位于相邻于所述裂缝的对置侧的所述密封体的第二部分上，其中所述紧固部分经布置以固定在一起。

22.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的密封部件，其中所述密封体包括柔性管状元件，所述柔性管状元件沿所述密封体中所述唇缘部分与可定位成抵靠所述壁元件的所述密封体的部分之间的区域延伸。

23.根据权利要求22所述的密封部件，其中所述柔性管状元件的长度是至少1m，或至少5m，或至少10m，或至少20m或至少30m。

24.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的密封部件，其中所述密封体界定所述长形元件在被接纳时延伸穿过的腔室，所述腔室经构形以接纳环形亲水密封元件，且所述密封体经构形以约束所述亲水密封元件在所述腔室内沿至少一个方向膨胀。

25.根据权利要求24所述的密封部件，其中所述腔室的至少部分朝向所述腔室的一个端渐缩。

26.根据权利要求24或25所述的密封部件，其中所述密封体经构形以约束所述亲水密封元件在所述腔室内沿一方向膨胀，所述方向垂直于所述电缆在被接纳于所述腔室中时延伸穿过所述腔室的方向。

27.一种密封元件，其包括亲水材料，其中所述密封元件的至少部分呈螺旋形。

28.根据权利要求27所述的密封元件，其中所述亲水材料包括经亲水物质改质的橡胶。

29.根据权利要求28所述的密封元件，其中所述橡胶包括聚氯丁二烯。

30.根据权利要求28或29所述的密封元件，所述亲水物质包括膨润土。

31.根据权利要求27到30中的任一权利要求所述的密封元件，其中所述密封元件包括至少两个线圈，或至少三个线圈或至少四个线圈。

32.一种离岸结构，其包括：

壁元件，其界定腔室；

至少一个孔隙，其在所述壁元件的下部分处穿过所述壁元件；

至少一个柔性长形元件，每一柔性长形元件延伸穿过所述壁元件中的相应孔隙；及

至少一个密封体，每一密封体定位于所述壁元件与相应长形元件之间的相应界面区域处；其中

每一密封体经布置使得所述腔室内的相应水位相对于周围水位保持于所要水位以对所述密封体提供密封压力来密封相应界面区域以防止海水进入到所述密封空间中。

33.根据权利要求32所述的离岸结构，其中所述壁元件大体上呈圆柱形。

34.根据权利要求32或33所述的离岸结构，其中每一密封体安置于所述腔室内。

35.根据权利要求34所述的离岸结构，其中每一密封体经布置使得高于所述周围水位的所述腔室内的水位对所述密封体提供密封压力。

36.根据权利要求34或35所述的离岸结构，其中每一密封体经布置使得低于所述周围水位的所述腔室内的水位致使水经由所述密封体流入到所述腔室中。

37.一种环形密封部件或一种离岸结构，其大体上如本文参考附图所描述且如附图中所展示。