DE3416367A1

DE3416367A1 - Kabel zum schleppen von luft- oder wassergeschuetzen

Info

Publication number: DE3416367A1
Application number: DE3416367A
Authority: DE
Inventors: Otto Jar Benestad; Eldar Hosle Lien; Clive Oegstgeest Snook
Original assignee: Geophysical Company of Norway AS
Current assignee: Westerngeco AS
Priority date: 1983-05-02
Filing date: 1984-04-30
Publication date: 1984-12-13
Also published as: NO157475B; NO831546L; NL192141C; GB8410038D0; NL8401360A; US4597065A; NL192141B; GB2139312B; NO157475C; FR2545639B1; FR2545639A1; GB2139312A

Description

Geophysical Company of Norway A/S, Veritasveien 1, 1322 Hjrfvik, Norwegen .

Kabel zum Schleppen von Luft- oder Wassergeschützen

Die Erfindung betrifft ein Kabel zum Schleppen von Luft- oder Wassergeschützen oder -kanonen od.dgl. hinter einem seismischen Wasserfahrzeug mit vom Zentrum nach außen in nachstehender Reihenfolge angegebenen Schichten oder Lagen, nämlich einem bewehrten Luftschlauch im zentralen Bereich, einer auf diesen folgenden Schicht von Leitern, einer Schicht aus Spannungs-Entlastungselementen und einer außen gelegenen Schutzummantelung.

Normalerweise schleppt oder bugsiert ein Wasserfahrzeug fünf bis acht Geschütz-Kabel gleichzeitig, wobei eine vier bis acht Geschütze umfassende Anordnung oder Reihe mit jedem Kabel verbunden ist.

Ein Geschütz- oder Kanonenkabel umfaßt drei Hauptfunktionen.

Das Kabel soll einer Spannung bis zu 10 t in Form von Spitzenbelastungen kurzer Dauer sowie ständig einer statischen Spannung von 3 bis 4 t standhalten.

Über mindestens einen Hochdruck-Luftschlauch muß das Kabel die Geschütze mit Druckluft (bei einem typischen Druck von

140 kp/cm ) versorgen.

Das Kabel soll in der Lage sein, an die Geschütze Signale zum Auslösen der Zündung der Geschütze auf einer einzelnen Basis zu übertragen. Auch soll es diskrete Signale von den Geschützen zur Meldung der genauen Zeit einzelner Schüsse sowie andere elektrische Signale von Nahbereichs-Unterwasserschallempfängern und Tiefe-Meßwertgebern übertragen.

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Früher bestand die herkömmliche Praxis darin, die Geschütze über einen getrennten Luftschlauch, der sicher und fest mit dem Geschützkabel verbunden ist, mit Luft zu beaufschlagen. Heute stehen auf dem Markt Verbundkabel zur Verfügung, die alle drei Hauptfunktionen in einem einzigen Kabel vereinigen. Diese Kabel gewährleisten offensichtlich deutliche Vorteile für eine leichtere Handhabung; aber die herkömmlichen Kabel dieser Art weisen eine Reihe Nachteile auf.

Ein Geschützkabel dieser Bauart ist wie nachstehend beschrieben aufgebaut.

Im Zentrum des Kabels sind ein (oder mehrere) Hochdruck-Luftschläuche herkömmlicher Bauart angeordnet, die aus einem inneren Nylonschlauch mit einer Polyesterfaser-Bewehrung bestehen.

Außerhalb des Luftschlauches bzw. der Luftschläuche sind mehrere Schichten vorhanden, die elektrische Leiter sowie Stahldrähte zur Entlastung der Kabelspannung umfassen.

Ganz außen ist eine Ummantelung aus künstlichem Material (z.B. Polyurethan oder Neopren) vorgesehen, um mechanischen Schutz sowie wasserdichte Abdichtung zu gewährleisten.

Geschützkabel der erwähnten Bauart werden ungefähr seit fünf Jahren verwendet. Während dieser Zeit hat sich eine Reihe von Mängeln herausgestellt. Diese können wie folgt zusammengefaßt werden.

Die äußere Ummantelung ist nicht hinreichend wasserdicht. Dieses ist so, weil die Ummantelung entweder aus einem Material hergestellt ist, das selbst nicht ausreichend beständig gegen Wasser ist, oder meistens weil kleine Löcher, Risse, Ritzen, Sprünge, od.dgl. in der Ummantelung als Folge einer normalen Handhabung unter schwierigen Bedingungen auftreten.

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Die äußere Ummantelung gewährleistet keinen ausreichenden mechanischen Schutz. Zusätzlich zu den genannten an der Ummantelung selbst auftretenden Schaden können in den elektrischen Leitern Brüche, Knickungen od.dgl. entstehen, wenn das Kabel zu scharf gebogen wird oder wenn scharfe Gegenstände in das Kabel eindringen.

Der Luftschlauch "arbeitet oder wirkt" zu sehr innerhalb des Kabels. Beim Betrieb pulsiert der Druck in dem Schlauch konti-

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nuierlich, typischerweise zwischen 70 kp/cm und 140 kp/cm . Dadurch ändert sich der Schlauchdurchmesser bis zu 2 mm. Es gibt Grund zu der Annahme, daß die in den elektrischen Leitern auftretenden Brüche z.T. durch Ermüdung infolge des genannten Pulsierens oder Vibrierens auftreten können.

Die äußere Ummantelung bekommt "Blasen". Manchmal werden Geschützkabel zerstört, weil große Beulen oder Blasen in der äußeren Ummantelung auftreten. Diese Erscheinungen werden durch auf hohen Druck komprimierte Luft verursacht, die entweder durch die Wände des Luftschlauchs diffundiert oder aus unzureichend abgedichteten Teilen des Schlauchs oder an dem Schlauchende entweicht. Für diese Luft gibt es keinen direkten Weg zum Entweichen. Da die äußere Ummantelung durch ihre eigene Elastizität an Ort und Stelle gehalten wird, wird sie, wenn sie luftdicht ist, Blasen ziehen, Beulen bilden oder aufquellen.

Die Kabel weisen große Außendurchmesser auf. Der komplexe Aufbau, insbesondere infolge der großen Zahl von erforderlichen elektrischen Leitern, führt zu dicken Kabeln, die sowohl schwer zu handhaben sind, als auch einen hohen Wasserwiderstand aufweisen, wenn sie quer zur Strömung geschleppt werden.

Der bei weitem größte Nachteil der heutzutage verwendeten Geschützkabel besteht in ihrer Anfälligkeit oder Schwäche auf das

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bzw. gegenüber dem Eindringen von Wasser. In die äußere Ummantelung eingedrungenes Wasser wird sich schnell entlang des ganzen Kabels ausbreiten, weil einerseits die Pulsierungswirkung des Luftschlauches vorhanden ist und andererseits beim Diffundieren von Luft aus dem Luftschlauch mikroskopische Lufttaschen oder -kammern in dem Kabel gebildet werden. Die Lufttaschen füllen sich sofort mit Wasser. Das Wasser führt zu einem Kurzschluß-, Kriech- oder Verluststrom zwischen den Leitern und verursacht eine Signalkreuzung oder -Überlappung, so daß das Kabel die ihm zugemessene Funktion nicht langer ausführen kann. Ein Kriechstrom tritt in Verbindung mit mikroskopischen Defekten (Pinholes) und mit anderer an der Isolierung um jeden einzelnen Leiter vorhandener Beschädigung oder am Ende des Kabels auf (Leitungsende, Abspannung), wo die elektrischen Leiter in elektrische Unterwasser-Verbinder münden.

Trotz der Tatsache, daß für Luft-Geschützkabel mit Luftschlauch seit mehreren Jahren Probleme im Zusammenhang mit seismischen Vermessungen des Meeresbodens bekannt sind, sind die Kabel während dieser Zeit nicht wesentlich verbessert worden. Dies dürfte deshalb so sein, weil sich herausgestellt hat, daß es schwierig ist, das Kabel hinsichtlich einzelner Gesichtspunkte zu verbessern, ohne daß gleichzeitig neue Probleme oder Schwierigkeiten hervorgerufen werden.

Um z.B. einen besseren mechanischen Schutz zu erreichen, sind Kabel hergestellt worden, bei denen ein Stahldraht für die Spannungsentlastung nicht innerhalb sondern außerhalb des Kabels vorhanden ist. In diesem Fall müssen zwei vollständige Schichten aus Stahldrahtkabel verwendet werden, die in entgegengesetzte Richtungen um das Kabel gewickelt sind, um für einen Torsionsausgleich oder ein Torsionsgleichgewicht zu sorgen. Diese Drähte oder Adern müssen auch ziemlich starke oder dicke Dimensionen oder Abmaße aufweisen, um sie auf einfache Weise vor einem Durch-

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scheuern öder Ausfasern zu bewahren. Infolgedessen ist das so erhaltene Kabel dick, unelastisch (steif), gewichtsmäßig schwer und schwierig zu handhaben.

Es hat sich auch als schwierig herausgestellt, eine zufriedenstellende Lösung für das Wasser-Abdichtproblem zu finden. Weil sämtliches elektrisches Isoliermaterial mehr oder weniger hygroskopisch ist und weil die um jeden elektrischen Leiter liegende Isolierung dünn sein muß, um nicht zu viel Raum zu beanspruchen - was dann wieder die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Punktdefekten und/oder Verschleiß- oder Abnutzungsschäden erhöht - ist ein Kabel, bei dem die Isolierung um die Leiter die alleinigen Wasser-Dichtmittel darstellt, keine ideale Lösung. Es ist üblich, auf eine sämtliche Leiter umgebende Ummantelung zurückzugreifen. In der Praxis hat sich jedoch herausgestellt, daß diese Ummantelung nur kurze Zeit wasserdicht bleibt und Probleme (Luftblasen) erzeugt, wenn sie zu luftdicht ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Geschütz- oder Kanonenkabel-Aufbau anzugeben, der sämtliche zuvor erwähnte Probleme oder Nachteile vermeidet, ohne daß neue Probleme entstehen. Die Erfindung basiert auf dem üblichen Verfahren für digitale Datenübertragung, wie dies in der norwegischen Patentanmeldung Nr. 83 1203 beschrieben ist, wobei digitalisierte Signale multiplexiert und über eine kleine Zahl abgeschirmter verdrillter Paare oder über optische Fasern in dem Kabel übertragen werden.

Bei dem Kabel der eingangs genannten Art wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Luftschlauch als Kevlar-Faser armierter Hochdruck-Luftschlauch mit niedriger Luftdiffusion ausgebildet ist, die Leiter einzeln mit einem wasserdichten Überzug isoliert und im wesentlichen in einer einzelnen Schicht aus zylindrischen, um den Luftschlauch gewickelten Elementen angeordnet sind, wobei die Zwischenräume zwischen den Elementen mit einem wasserabstoßenden

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Schmier-Mittei gefüllt sind, und eine die Schicht der zylindrischen Elemente umgebende, nicht in erster Linie einer Wasserabdichtwirkung dienende Schutz-Zwischenummantelung ausgebildet ist.

Besonders zweckmäßige Ausbildungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Weitere Ausbildungsmöglichkeiten, Zweckmäßigkeiten und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung der in der schematischen Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele hervor. Die Zeichnung zeigt in Schnittdarstellung teilweise ein erfindungsgemäßes Geschütz- oder Kanonenkabel.

Eine innerste Lage oder Schicht umfaßt einen Hochdruck-Luftschlauch 1, der aus einem inneren, mit gesponnener Kevlar-Faser bewehrten oder verstärkten Nylonschlauch besteht. Es wird Nylon gewählt, weil dieses künstliche Material bei den standzuhaltenden Drücken eine besonders niedrige Luftdiffusion aufweist. Die Kevlar-Armierung oder -bewehrung ist bei pulsierenden oder stoßweise auftretenden Drücken, die ebenso den Schlauchdurchmesser zum Pulsieren bringen oder beanspruchen, wesentlich, um Abnutzungs- oder Verschleißschäden in dem Kabel zu verhindern. Der grundlegende Gesichtspunkt der Erfindung besteht darin, daß Vibrationen und/oder Stoßbeanspruchungen des Luftschlauches sowie der daraus resultierende Abnutzungsjsder Verschleißschaden erkannt werden und die Kevlar-Bewehrung zur Beseitigung dieser Probleme verwendet wird. Die aus Kevlar-Faser gebildete Bewehrung wird unter einem Winkel gespannt oder gewickelt, der die Dehnung des Volumens des Luftschlauches in radialer Richtung auf ein Minimum bringt.

Eine folgende Schicht besteht aus einer Mehrzahl (20 bis 30) sich in Längsrichtung erstreckender zylindrischer Elemente 2, die um den !luftschlauch 1 gewickelt sind. Ein solches zylindrisches

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Element kann aus einem (mehradrigen) Kupferleiter mit Polyäthylenjsolierung bestehen. Dieser Leiter wird zur Ubertraqung von elektrischen Zünd- oder Steuerimpulsen oder -stoßen an ein Luftgeschütz bzw. an eine Luftkanone verwendet. Das zylindrische Element kann auch bei Isolierung jedes Leiters mit Polyäthylen ein verdrilltes Leiterpaar mit einer dieses umgebenden Abschirmung oder Abdeckung und einer Ummantelung aus Polyäthylen an der Außenseite der Abschirmung sein. Weiterhin kann das zylindrische Element aus einer oder mehreren optischen Fasern mit einem diese umgebenden herkömmlichen Schutzmantel gebildet sein.

Im Gegensatz zu den in heute üblichen Kabeln verwendeten zwei bis vier Schichten ist nur eine einzige Schicht der genannten zylindrischen Elemente erforderlich, weil die Multiplextechnik eingesetzt wird. Die leeren Räume in der Schicht der zylindrischen Elemente werden mit Vaselin gefüllt, zum einen, um die Flächen zu schmieren oder zu ölen und um infolgedessen die Abnutzung zu verringern, zum anderen, um ein Wandern von Wasser durch die Zwischenräume zu vermeiden.

Als Isolierung für den Leiter wird Polyäthylen verwendet, weil, dieses unter den bekannten Isoliermaterialien am wenigsten hygroskopisch ist. Dieses Material wird heutzutage selten für Geschütz- oder Kanonenkabel verwendet, weil es schwierig ist, es mit Dichtmaterial zu umgießen oder zu umgeben, und man infolgedessen Mühe hat, an den am Kabelende befindlichen Verbindern eine vollständig undurchlässige oder dichte Abdichtung zu erzielen. Bei dem erfindungsgemäßen Kabel wird dieses Problem gesondert gelöst.

Ein wesentlicher Gesichtspunkt der Erfindung besteht auch darin, daß die Polyäthylenisolierung um jeden Leiter und um jedes abgeschirmte Paar auf Punktfehler oder punktuelle Fehlstellen geprüft wird, bevor das Kabel zusammengebaut wird.

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Die Kombination der oben erwähnten Maßnahmen gewährleistet ohne eine wasserdichte äußere Ummantelung eine zufriedenstellende Wasser-undurchlässige Abdichtung. Dieses weitere erfindungswesentliche Merkmal ist durch die folgenden Maßnahmen gekennzeichnet bzw. wird dadurch mit den entsprechenden Vorteilen erreicht..

a) Es wird nur eine einzige Schicht von Leiterelementen verwendet. Dadurch wird das mögliche Auftreten von Zündfunken herabgesetzt und die auf die Leiterisolierung ausgeübte Druckbeanspruchung vermindert, wobei die Leiterschicht außerhalb des Luftschlauches 1 angeordnet ist, der minimal auf Schwingung, Vibration oder Stoß beansprucht ist und deshalb weniger Verschleiß oder Abnutzung verursacht.

b) Für die Leiterisolierung kommt Polyäthylen zur Anwendung.

c) Zum Erzielen einer doppelten Sicherheit werden zwei getrennte Polyäthylen-Schichten um die verdrillten Leiter vorgesehen.

d) Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die Übertragung von Multiplexsignalen auf optischen Fasern erfolgen, die gegen Eindringen von Wasser sicher und unempfänglich sind.

e) Vaselin wird als Schmiermittel und besonderes Wasserhindernis verwendet.

f) Es gelangt eine Leiterisolierung zum Einsatz, die auf Punktfehler vorgeprüft wird.

An der Außenseite der Leiterschicht wird eine Schutz-Zwischenummantelung 3 angeordnet. Ihre Funktion besteht nicht in erster Linie in einer Wasserabdichtung. Die Ummantelung 3 kann aus Polyurethan oder aus Polyäthylen hergestellt sein. Ihre Haupt-

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funktion ist es, die zylindrischen Elemente 2 sowie Vaselin am Platz zu halten und für einen Schutz gegen örtliche äußere Druckbeanspruchungen zu sorgen. Diese Eigenschaften können mit einem relativ dünnen Mantel erreicht werden.

Aus dem Luftschlauch entweichende Luft diffundiert entweder durch diesen Mantel 3 in das umgebende Wasser oder tritt an den Enden des Kabels aus. Eine Blasenbildung ist unmöglich, weil die Ummantelung durch eine Stahlbewehrung außerhalb dieser Schicht am Platze gehalten wird.

Außerhalb der Ummantelung 3 sind zwei^Schichten 4, die in jeweils entgegengesetzte Richtungen um das Kabel gewickelt sind, angeordnet. Die Stahlbewehrung weist die folgenden Funktionen auf:

a) In dem Kabel wird Spannung (Zug oder Druck) aufgenommen und/ oder abgebaut bzw. entfernt.

b) Es ist für einen mechanischen Schutz gegen Biegen, Verschleiß und örtliche äußere Druckbeanspruchungen Sorge getragen. \

c) In der unterliegenden Ummantelung wird die Ausbildung von Blasen vermieden.

Da in besonders vorteilhafter Weise nur eine Schicht elektrischer Leiter in dem Kabel verwendet wird und da der Mantel um die Leiterelemente dünn ist, ist es möglich, zwei vollständige mit Stahlbewehrung kreuzweise belegte Schichten auszubilden, ohne daß bei den heute zumeist üblichen Verfahren und üblicher Ausstattung das Kabel zu dick, zu fest (unelastisch), zu schwer und zu . schwierig in der Handhabung wird.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildungsform der Erfindung kann eine äußere Ummantelung 5 aus einem starken und/oder kräfti-

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gen- Verschleiß-widerstehenden künstlichen Material an der Außenseite der Stahlbewehrung vorgesehen sein, um die Bewehrung am Platz zu halten und um für dieselbe bei einem ggf. auftretenden Bruch eine "Ausfaserung oder Auftrennung" zu vermeiden. Ein besonders geeignetes Material ist thermoplastisches Polyester. Die außen liegende Ummantelung muß nicht notwendig wasserdicht sein, dagegen kann sie im Betrieb leicht zerreißen. Der Schwerpunkt liegt deshalb bei der Widerstandsfähigkeit der Ummantelung gegen Verschleiß und Abnutzung.

Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, daß eine vollständig neue Gesamtlösung für eine Kanonen- oder Geschützkabelkonstruktioii gelehrt wird. Die bei den bisher bekannten und üblichen Kabeln sich herausstellenden Probleme und Nachteile werden vermieden. Mit der Erfindung ist es möglich geworden, Kabel mit einer gegenüber herkömmlichen Kabeln wesentlich längeren Lebensdauer herzustellen.

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Claims

Geophysical Company of Norway A/S-, Veritasveien 1, 1322 HszSvik _f. Norwegen

Kabel zum Schleppen von Luft- oder Wassergeschützen

Patentansprüche :

\1. /Kabel zum Schleppen von Luft- oder Wassergeschützen oder \_y -kanonen od.dgl. hinter einem seismischen Wasserfahrzeug mit vom Zentrum nach außen in nachstehender Reihenfolge angegebenen Schichten oder Lagen, nämlich einem bewehrten Luftschlauch im zentralen Bereich, einer auf diesen folgenden Schicht von Lextern, einer Schicht aus Spannungs-Entlastungselementen und einer außen gelegenen Schutzummantelung, dadurch gekennzeichnet , daß der Luftschlauch (1) als Kevlar-Faser armierter Hochdruck-Luftschlauch mit niedriger Luftdiffusion ausgebildet ist, die Leiter einzeln mit einem wasserdichten Überzug isoliert und im wesentlichen in einer einzelnen Schicht aus'zylindrischen, um den Luftschlauch (I) ^ gewickelten Elementen (2)-angeordnet sind, wobei die Zwischen- _.j räume zwischen den Elementen (2) mit einem wasserabstoßenden <■'* "^Mittel gefüllt sind, und eine die Schicht der zylindrischen Elemente (2) umgebende, nicht in erster Linie einer Wasserabdichtwirkung dienende Schutz-Zwischehummantelung (3) ausgebildet ist.
2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungs-Entlastungselemente (4) als zwei in entgegengesetzte Richtungen um das Kabel gewickelte Schichten ausgebildet und außerhalb'der Zwischenummantelung (3) angeordnet sind. .
3. Kabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Luftschlauch (1) mit einem inneren Nylonschlauch ausgebildet ist.

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4. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die zylindrischen Elemente (2) in der Leiterschicht aus einadrigen oder mehradrigen Kupferleitern und/oder einem verdrillten abgeschirmten oder geschützten Leiterpaar bestehen, wobei die Leiter mit Polyäthylen isoliert sind.
5. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die zylindrischen Elemente (2) aus einer oder mehreren .optischen Fasern mit einer herkömmlichen Isolier/Schutzummantelung bestehen.
6. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Zwischenräume zwischen den zylindrischen Elementen (2) mit Vaselin gefüllt sind.
7. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutz-Zwischenummantelung (3) aus Polyurethan oder aus Polyäthylen hergestellt ist.
8. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß eine äußerste Ummantelung (5) aus verschleißfestem Kunstharz, insbesondere aus thermoplastischem Polyester, mit nicht hauptsächlich wasser-abdichtenden Eigenschaften hergestellt ist.
9. Kabel nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Kevlar-Faser-Bewehrung um den Luftschlauch (1) unter einem die Radial-Volumenausdehnung des Luftschlauches (1) minimierenden Winkel gespannt und/ oder gewickelt ist.

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