JP6845025B2 - 長尺線状体、長尺線状体の歪測定方法、長尺線状体の歪測定システム - Google Patents

長尺線状体、長尺線状体の歪測定方法、長尺線状体の歪測定システム Download PDF

Info

Publication number
JP6845025B2
JP6845025B2 JP2017009951A JP2017009951A JP6845025B2 JP 6845025 B2 JP6845025 B2 JP 6845025B2 JP 2017009951 A JP2017009951 A JP 2017009951A JP 2017009951 A JP2017009951 A JP 2017009951A JP 6845025 B2 JP6845025 B2 JP 6845025B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
reinforcing layer
optical fiber
frp
long
linear body
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2017009951A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2018120688A (ja
Inventor
徹 籠浦
徹 籠浦
広幸 榊原
広幸 榊原
隆博 佐々木
隆博 佐々木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Original Assignee
THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD. filed Critical THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority to JP2017009951A priority Critical patent/JP6845025B2/ja
Publication of JP2018120688A publication Critical patent/JP2018120688A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6845025B2 publication Critical patent/JP6845025B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Insulated Conductors (AREA)

Description

本発明は、例えば海中で使用される電力ケーブルや流体輸送管などの長尺線状体等に関するものである。
近年、再生可能エネルギーの開発が進められており、例えば浮体式洋上風力発電の実用化が進められている。このような洋上浮体設備から送電するために、海中に電力ケーブルが敷設される。
例えば、浮体式洋上風力発電では洋上風車から発電した電力を送電するために海中で使用される海中ケーブルは、電力線芯を３相交流送電用に３本集合撚り合わせたケーブルコアの外周に、ケーブル重量及び波浪等による浮体動揺で発生する繰り返し張力変動に耐えるための軸方向補強層が設けられ、更にその外周に外傷防止用の保護層が被覆された構造である。
また、既存の海底油・ガス開発に加えてメタンハイドレートを含む海底鉱物資源開発についても実証研究が進められており、例えば、海底油田等から産出する高圧の石油等を輸送するためには可撓性を有する流体輸送管が用いられる。流体輸送管は、前述した海中ケーブル構造と略同様であるが、外水圧や流体内圧に耐える補強構造を有し、更に必要に応じて制御用ケーブルや各種チューブ等が組み合わされた構造である。
このような電力ケーブルや流体輸送管などの長尺線状体の軸方向補強層は、例えば、複数の鋼線がロングピッチで撚り合わせて構成される（例えば特許文献１）。
特開２００４−１９２８３１号公報
このような海中ケーブルは、洋上で揺動を繰り返す洋上浮体設備から海中に懸垂される。このため、波浪や潮流による流体力と浮体揺動によって、海中ケーブルは常に変形が繰り返される。また、洋上から海底に長尺線状体を敷設する際には、長尺線状体が海底に接する際に、当該部に大きな曲げ変形が生じる場合がある。
このような変形が生じると、軸方向補強層を構成する鋼線等の軸方向に、圧縮力が付与される場合がある。軸方向補強層を構成する鋼線等は、引張力に対しては十分な強度を有するが、圧縮力が付与されると座屈等が生じ、この結果、鋼線等が外方に膨らんで長尺線状体の破損の要因ともなり得る。
また、流体輸送管においては軸方向補強層の損傷により流体内圧に耐える耐内圧補強層も破損すると内圧破壊に至り内部流体漏洩の可能性もある。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、座屈等による破損を抑制することが可能な長尺線状体等を提供することを目的とする。
前述した目的を達成するため、第１の発明は、電力ケーブルまたは流体輸送管である長尺線状体であって、電力ケーブルの内部のケーブルコアまたは流体輸送管の内部の管構造体の外周に設けられる補強層と、前記補強層の外周に設けられる保護層と、を具備し、前記補強層は、軸方向補強層と、周方向補強層と、を備え、前記周方向補強層は、複数の第１のＦＲＰ線が併設されて一体化されたテープ状部材が螺旋状に配置されて形成され、前記テープ状部材を構成する少なくとも一部の前記第１のＦＲＰ線の内部に、第１の光ファイバが配置され、複数の前記第１の光ファイバの内、少なくとも一対の前記第１の光ファイバの特性が異なることを特徴とする長尺線状体である。
第２の発明は、電力ケーブルまたは流体輸送管である長尺線状体であって、電力ケーブルの内部のケーブルコアまたは流体輸送管の内部の管構造体の外周に設けられる補強層と、前記補強層の外周に設けられる保護層と、を具備し、前記補強層は、軸方向補強層と、周方向補強層と、を備え、前記周方向補強層は、複数の第１のＦＲＰ線が併設されて一体化されたテープ状部材が螺旋状に配置されて形成され、前記テープ状部材を構成する少なくとも一部の前記第１のＦＲＰ線の内部に、第１の光ファイバが配置され、前記第１の光ファイバは、前記テープ状部材の両端に位置する前記第１のＦＲＰ線を除く、他の複数の前記第１のＦＲＰ線の内部に配置されることを特徴とする長尺線状体である。
第３の発明は、電力ケーブルまたは流体輸送管である長尺線状体であって、電力ケーブルの内部のケーブルコアまたは流体輸送管の内部の管構造体の外周に設けられる補強層と、前記補強層の外周に設けられる保護層と、を具備し、前記補強層は、軸方向補強層と、周方向補強層と、を備え、前記周方向補強層は、複数の第１のＦＲＰ線が併設されて一体化されたテープ状部材が螺旋状に配置されて形成され、前記テープ状部材を構成する少なくとも一部の前記第１のＦＲＰ線の内部に、第１の光ファイバが配置され、前記テープ状部材は、螺旋状に隙間をあけて配置され、前記第１の光ファイバは、１つの前記テープ状部材内の複数の前記第１のＦＲＰ線内に配置され、少なくとも前記第１の光ファイバが配置される一対の前記第１のＦＲＰ線の物性が異なることを特徴とする長尺線状体である。
第４の発明は、電力ケーブルまたは流体輸送管である長尺線状体であって、電力ケーブルの内部のケーブルコアまたは流体輸送管の内部の管構造体の外周に設けられる補強層と、前記補強層の外周に設けられる保護層と、を具備し、前記補強層は、軸方向補強層と、周方向補強層と、を備え、前記周方向補強層は、複数の第１のＦＲＰ線が併設されて一体化されたテープ状部材が螺旋状に配置されて形成され、前記軸方向補強層は、複数本の第２のＦＲＰ線によって形成され、少なくとも２本の前記第２のＦＲＰ線の内部に、光ファイバが配置され、一方の前記第２のＦＲＰ線の内部において、第２の光ファイバが前記第２のＦＲＰ線と密着し、他の前記第２のＦＲＰ線の内部において、第３の光ファイバがルースチューブ内に配置され、前記第２の光ファイバは、同一の前記第２のＦＲＰ線の内部に複数本異なる位置に配置されることを特徴とする長尺線状体である。
前記軸方向補強層の外側に、前記周方向補強層が設けられてもよい。
前記軸方向補強層の内側に、前記周方向補強層が設けられてもよい。
複数の前記第２の光ファイバが配置される前記第２のＦＲＰ線の内部において、断面の部位によって前記第２のＦＲＰ線の物性が異なってもよい。
第５の発明は、第１から第３の発明にかかる長尺線状体を用い、前記第１の光ファイバを用いて、ＰＰＰ−ＢＯＴＤＡ法によって前記長尺線状体の全長に渡って前記周方向補強層の歪を測定することを特徴とする長尺線状体の歪測定方法である。
第６の発明は、第４の発明にかかる長尺線状体と、前記軸方向補強層に配置された前記第２の光ファイバを用いて、ＰＰＰ−ＢＯＴＤＡ法によって前記長尺線状体の全長に渡って歪変化を測定する測定部と、前記測定部で測定された歪情報を記憶する記憶部と、前記歪情報の演算を行う演算部と、を有し、前記演算部は、前記ルースチューブ内に配置された前記第３の光ファイバによって、温度による影響を検出し、前記第２のＦＲＰ線と密着する前記第２の光ファイバの測定値から、前記温度による影響を差し引いて、前記長尺線状体の歪成分を算出し、前記長尺線状体の敷設初期の歪状態を基準状態として、前記基準状態からの歪変化量を算出して、前記記憶部に記憶させることを特徴とする長尺線状体の歪測定システムである。
前記歪変化量を累積し、前記長尺線状体の疲労寿命を予測してもよい。
本発明によれば、座屈等による破損を抑制することが可能な長尺線状体等を提供することができる。
長尺線状体１を示す斜視断面図。 テープ状部材１９を示す図。 テープ状部材１９の巻き付け構造を示す図。 長尺線状体１ａの断面図。 （ａ）は光ファイバ２３ｂが配置されたＦＲＰ線２１ｂの拡大断面図、（ｂ）は光ファイバ２３ｂが配置されたＦＲＰ線２１ｂの他の構成を示す拡大断面図、（ｃ）は光ファイバ２３ｃが配置されたＦＲＰ線２１ｂの拡大断面図。 歪測定システム４０を示す図。 長尺線状体１ｂの断面図。 長尺線状体１ｃの断面図。
以下、本発明の実施の形態にかかる長尺線状体１について説明する。図１は、流体輸送管である長尺線状体１を示す斜視断面図である。長尺線状体１は、主に管体であるインターロック管３、樹脂管７、耐内圧補強層９、軸方向補強層１１、周方向補強層１３、保護層１７等から構成される。
インターロック管３は、長尺線状体１の最内層に位置し、外圧に対する座屈強度に優れ、耐食性も良好なステンレス製である。インターロック管３はテープを断面Ｓ字形状に成形させてＳ字部分で互いに噛み合わせて連結されて構成され、可撓性を有する。なお、インターロック管３と同様の可撓性を有し、座屈強度等に優れる管体であれば、インターロック管３に代えて他の態様の管体を使用することも可能である。
インターロック管３の外周には、樹脂管７が設けられる。樹脂管７は、インターロック管３内を流れる流体を遮蔽する。樹脂管７は、例えば高密度ポリエチレン、ポリアミド、ＰＶｄＦ等の樹脂製である。なお、インターロック管３と樹脂管７との間に座床層１５ａを設けてもよい。座床層１５ａは、必要に応じて設けられ、インターロック管３の外周の凹凸形状を略平らにならすための層であり、インターロック管３の可撓性に追従して変形可能である。すなわち、座床層１５ａは、例えば不織布等からなり、インターロック管３外周の凹凸のクッションとしての役割を有する。
なお、以下の説明においては座床層を有する場合について説明するが、座床層は必ずしも必要ではなく、省くこともできる。したがって、以降の長尺線状体の断面を示す図においては、座床層の図示を省略する。
また、インターロック管３の外周に樹脂管７が設けられるとは、必ずしもインターロック管３と樹脂管７とが接触していることを要せず、例えば、座床層１５ａのような他層が間に挟まれて設けられている場合も、樹脂管７は、インターロック管３の「外周に」設けられていると称する。以下の説明においては、同様にして「外周」なる用語を用いる。
樹脂管７の外周には、周方向補強層である耐内圧補強層９が設けられる。耐内圧補強層９は、炭素鋼、ステンレス等からなり、主にインターロック管３内を流れる流体の内圧等に対する補強層である。耐内圧補強層９は、例えば断面Ｃ形状または断面Ｚ形状等の異形線等２層を互いに向かい合うように、かつ、互いに軸方向に重なり合うように短ピッチ（金属製のテープの幅と巻きつけピッチが略同じ）で巻きつけられて形成される。なお、耐内圧補強層９は、インターロック管３の曲げ変形等に追従可能である。
ここで、インターロック管３および樹脂管７等を合わせて管構造体５と称する。すなわち、管構造体５は、流体輸送管である長尺線状体１の内部の断面中心近傍を構成する構造体である。
流体輸送管の管構造体５の外周には、軸方向補強層１１が設けられる。軸方向補強層１１は、主にインターロック管３が長尺線状体１の軸方向へ変形する（伸びる）ことを抑えるための補強層である。軸方向補強層１１は、耐内圧補強層９の外周において、例えば鋼線やＦＲＰ線の線材をロングピッチで線材の径に対して巻きつけピッチが十分に長くなるように、線材の巻き付け径に対して数倍〜十数倍の巻き付けピッチにて２層交互巻きして形成される。なお、線材の断面形状は、円形または矩形である。軸方向補強層１１は、インターロック管３の可撓性に追従して変形可能である。
なお、必要に応じて、耐内圧補強層９と軸方向補強層１１の間にポリエチレン製等の樹脂テープである座床層１５ｂを設けてもよく、また、逆向きに螺旋状に巻きつけられる２層のＦＲＰ線の間に、座床層１５ｃを設けてもよい。座床層１５ｂ、１５ｃは、補強部材同士が長尺線状体１の変形に追従する際に擦れて、摩耗することを防止するためである。この場合でも、座床層の有無を問わず、耐内圧補強層９の外周に軸方向補強層１１が設けられると称する。
軸方向補強層１１の外周には、周方向補強層１３が設けられる。周方向補強層１３は、軸方向補強層１１を構成する線材が外方に座屈することを抑制する補強層である。なお、本発明において、周方向補強層である耐内圧補強層９、軸方向補強層１１および周方向補強層１３を総称して、単に補強層と呼ぶ場合がある。すなわち、本発明における補強層とは、軸方向補強層と周方向補強層とを備えるものである。軸方向補強層１１の外周には、必要に応じて座床層１５ｄが設けられる。座床層１５ｄは、軸方向補強層１１の外周の凹凸形状を略平らにならすための層であり、インターロック管３の可撓性に追従して変形可能である。
図２は、周方向補強層１３を構成するテープ状部材１９を示す図である。テープ状部材１９は、第１のＦＲＰ線である複数のＦＲＰ線２１ａが併設されて、例えば熱融着によって一体化されて構成される。ＦＲＰ線２１ａの補強繊維としては、例えば、高強度繊維としてアラミド繊維やベクトラン繊維、液晶ポリマー繊維、超高分子ＰＥ繊維、ＰＢＯ、炭素繊維等が使用され、補強繊維の断面占有率は５０％〜７０％である。また、ＦＲＰ線２１ａの最外層は耐摩耗性や外傷を防止するため樹脂被覆層が設けられる。
なお、ＦＲＰ線２１ａは、例えば０．５〜１．０ｍｍφ程度である。テープ状部材１９の厚みが薄い方が、巻き付け易く、また、長尺線状体１の外径が大きくなることを抑制することができる。また、テープ状部材１９の幅は、例えば、５０〜１００ｍｍ程度である。なお、ＦＲＰ線２１ａの本数は図示した例には限られない。
テープ状部材１９を構成する少なくとも一部のＦＲＰ線２１ａの内部には、第１の光ファイバである光ファイバ２３ａが配置される。光ファイバ２３ａは、ＦＲＰ線２１ａと密着して一体化している。したがって、周方向補強層１３の変形によって、光ファイバ２３ａに応力が付与される。このため、光ファイバ２３ａによって、周方向補強層１３の歪量を測定することができる。
なお、光ファイバ２３ａを用いた歪測定方法としては、例えば、ＯＴＤＲ法、ＢＯＴＤＲ法、ＰＰＰ−ＢＯＴＤＡ法を適用することができるが、ＰＰＰ−ＢＯＴＤＡ法であることが望ましい。ＰＰＰ−ＢＯＴＤＡ法によれば、光ファイバ２３ａからの光情報を、光ファイバ２３ａの各部の位置毎の歪の大きさである歪情報に換算することで、光ファイバ２３ａの歪を検知することができる。このため、長尺線状体１の全長に渡って位置毎の周方向補強層１３の変形を測定することができる。この結果、光ファイバ２３ａによる歪の計測値が所定以上となった場合には、周方向補強層１３の変形が所定以上であることを意味し、軸方向補強層１１の座屈などが生じていることを把握することができる。
なお、光ファイバ２３ａは、テープ状部材１９の幅方向の複数個所に配置されることが望ましい。例えば、光ファイバ２３ａは、テープ状部材１９の幅方向の端部近傍と、中央部近傍に配置されることが望ましい。光ファイバ２３ａを複数個所に配置することで、より正確に、周方向補強層１３の変形状態を把握することができる。
また、光ファイバ２３ａが配置される少なくとも一対のＦＲＰ線２１ａの物性（例えば弾性係数、線膨張係数）を異なるようにしてもよい。ＦＲＰ線２１ａの物性が異なると、周方向補強層１３の変形に対して生じる応力が変わる。このため、それぞれのＦＲＰ線２１ａの物性に応じて、光ファイバ２３ａから得られる歪情報が異なる。したがって、それぞれの光ファイバ２３ａからの情報に基づいて、より詳細な周方向補強層１３の変形状態を把握することができる。
また、これとは逆にＦＲＰ線２１ａに配置される少なくとも一対の光ファイバ２３ａの特性（例えば弾性係数、線膨張係数、許容歪）を異なるようにしてもよい。この場合も同様に、それぞれの光ファイバ２３ａからの情報に基づいて、より詳細な周方向補強層１３の変形状態を把握することができる。
図３は、テープ状部材１９の巻き付け工程を示す概念図である。テープ状部材１９は、軸方向補強層１１の外周に螺旋状に隙間２５をあけて巻き付けられる。すなわち、周方向補強層１３は、テープ状部材１９が螺旋状に配置されて形成される。隙間２５を形成することで、長尺線状体１を曲げた際にも、テープ状部材１９の幅方向の端部同士が接触することがない。このため、テープ状部材１９の幅方向端部に、互いの接触による応力が付与されることを抑制することができる。なお、テープ状部材１９同士の隙間２５は、例えば、テープ状部材１９の幅の５〜１０％程度である。
ここで、光ファイバ２３ａは、テープ状部材１９の両端に位置するＦＲＰ線２１ａを除く、他のＦＲＰ線２１ａの内部に配置されることが望ましい。すなわち、テープ状部材１９の両端部のＦＲＰ線２１ａには、光ファイバ２３ａが配置されないことが望ましい。テープ状部材１９の両端部は、巻き付け時や長尺線状体１の曲げ変形の際に、ダメージを受けやすい。このため、光ファイバ２３ａの断線等のおそれがある。また、巻き付け時にダメージを受けた場合は、周方向補強層１３の変形状態を正しく把握することが困難となる。したがって、光ファイバ２３ａは、テープ状部材１９の両端に位置するＦＲＰ線２１ａを除く、他のＦＲＰ線２１ａの内部に配置されることが望ましい。
周方向補強層１３（補強層）の外周には、保護層１７が設けられる。保護層１７は、例えば海水等が補強層へ浸入することを防止するための層である。保護層１７は、例えばポリエチレン製やポリアミド系合成樹脂製等が使用できる。なお、周方向補強層１３の外周には、必要に応じて座床層１５ｅが設けられる。座床層１５ｅは、周方向補強層１３の外周の凹凸形状を略平らにならすための層であり、インターロック管３の可撓性に追従して変形可能である。
以上のように、第１の実施形態の長尺線状体１は、軸方向補強層１１の外周に周方向補強層１３が配置される。すなわち、長尺線状体１は、軸方向補強層１１の外側に周方向補強層１３が配置されるとともに、軸方向補強層１１の内側にさらに周方向補強層である耐内圧補強層９が配置される。このため、耐内圧補強層９によって、内部の流体の圧力による影響を抑制し、周方向補強層１３によって、軸方向補強層１１を構成するＦＲＰ線の座屈等を抑制することができる。
なお、耐内圧補強層９に対しても、周方向補強層１３と同様に、ＦＲＰ線２１ａを用いたテープ状部材１９によって形成してもよい。このようにすることで、耐内圧補強層９の軽量化や、接触する他の層の耐摩耗性を向上させることができる。
例えば、本実施形態においては、軸方向補強層１１の内側および外側の両方に周方向補強層を配置したが、軸方向補強層１１の内側または外側の少なくともいずれか一方に周方向補強層を配置し、当該周方向補強層を、複数のＦＲＰ線２１ａが併設されて一体化されたテープ状部材１９で形成することで、周方向補強層を容易に形成することができる。
また、周方向補強層１３は、テープ状部材１９によって形成されるため、製造が容易である。また、テープ状部材１９を構成する少なくとも一部のＦＲＰ線２１ａの内部に、光ファイバ２３ａが配置されるため、光ファイバ２３ａを歪センサとして利用することができる。このため、光ファイバ２３ａの歪を常にモニタリングすることで、周方向補強層１３の変形状態を把握することができる。このため、軸方向補強層１１の座屈の有無を把握することができる。
この際、光ファイバ２３ａが、テープ状部材１９の両端に位置するＦＲＰ線２１ａを除く、他の複数のＦＲＰ線２１ａの内部に配置されるため、特に損傷しやすい幅方向端部を避けて、光ファイバ２３ａを配置することができる。
また、テープ状部材１９が隙間２５を開けて螺旋状に巻き付けられるため、仮に長尺線状体１が曲り変形を生じた場合でも、テープ状部材１９の端部同士が接触することを抑制することができる。このため、テープ状部材１９が、幅方向の両側から圧縮されることを抑制することができる。なお、隙間２５を埋めるために、テープ状部材１９を半ピッチずらして２重に巻き付けてもよい。
また、複数の光ファイバ２３ａを配置した際に、少なくとも一対の光ファイバ２３ａが配置されるＦＲＰ線２１ａの物性（例えば弾性係数や線膨張係数）を変えることによって、同一の変形に対しても、それぞれの光ファイバ２３ａが異なる応力を受ける。このため、物性の違いに応じた応力の差を検知することで、応力を要因ごとに分離して把握することができる。また、ＦＲＰ線２１ａに配置される一対の光ファイバ２３ａの特性（例えば弾性係数や線膨張係数、許容歪）を変えることによって、同一の変形に対しても、それぞれの光ファイバ２３ａが異なる特性を示す。このため、幅広い範囲において応力をより正確に把握することができる。
次に、第２の実施の形態について説明する。図４は、第２の実施形態にかかる長尺線状体１ａの長手方向に垂直な断面図である。なお、以下の説明において、長尺線状体１と同一の機能を奏する構成については、図１〜図３と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
長尺線状体１ａは、長尺線状体１とほぼ同様の構成であるが、軸方向補強層１１の構造が異なる。長尺線状体１ａの軸方向補強層１１は、第２のＦＲＰ線である複数のＦＲＰ線２１ｂにより形成される。ＦＲＰ線２１ｂは、ＦＲＰ線２１ａとほぼ同様の材質でよく、例えば、６〜１０ｍｍφのサイズである。少なくとも２本のＦＲＰ線２１ｂ（図では５本）の内部には、光ファイバ２３ｂ、２３ｃが配置される。
図５（ａ）は、図４のＡ部拡大図である。図示したように、第２の光ファイバである光ファイバ２３ｂはＦＲＰ線２１ｂの内部に配置される。光ファイバ２３ｂは、ＦＲＰ線２１ｂと密着して一体化している。光ファイバ２３ｂは、長尺線状体１ａの歪を測定する部位である。なお、光ファイバ２３ｂは、少なくとも１か所形成されれば良いが、図示したように、長尺線状体１ａの断面において、互いに直交する位置であって周方向に等間隔に４か所以上に設けられることが望ましい。このようにすることで、長尺線状体１ａの曲がり位置や方向に関係なく、確実に光ファイバ２３ｂによって歪を測定することができる。
また、光ファイバ２３ｂは、できるだけ長尺線状体１ａの外周側に配置されることが望ましい。長尺線状体１ａが曲がる際には、長尺線状体１ａの断面中心に対して、断面最外周側が最も大きな歪が生じる。このため、光ファイバ２３ｂを、できるだけ長尺線状体１ａの外周側に配置することにより、高い感度で歪を測定することができる。したがって、本実施形態のように、ＦＲＰ線２１ｂが２層構造である場合には、外周側のＦＲＰ線２１ｂの一部に光ファイバ２３ｂを配置することが望ましい。
なお、光ファイバ２３ｂの配置は図示した例には限られず、さらに多くの箇所に配置してもよく、また、２層構造のＦＲＰ線２１ｂの内外の両方に光ファイバ２３ｂを配置してもよい。例えば、周方向の略同一箇所であって、内外のＦＲＰ線２１ｂに対して、それぞれ光ファイバ２３ｂを配置してもよい。
複数の光ファイバ２３ｂの歪変化量を測定することで、長尺線状体１ａの曲率を知ることができる。すなわち、長尺線状体１ａの長手方向の各部の歪変化をプロットすることで、長尺線状体１ａの形状変化を全長に渡って知ることができる。
また、図５（ｂ）に示すように、１本のＦＲＰ線２１ｂに対して、複数本の光ファイバ２３ｂを配置してもよい。このようにすることで、光ファイバ２３ｂのわずかな配置の違いに応じて、互いの歪量を異なるようにすることができる。この結果、配置の違いによる歪量の差を算出することで、より詳細に歪量を計測することができる。
なお、光ファイバ２３ａ、ＦＲＰ線２１ａと同様に、一対の光ファイバ２３ｂが配置されるＦＲＰ線２１ｂの物性（例えば弾性係数や線膨張係数）を変えることによって、応力を要因ごとに分離して把握することができる。また、ＦＲＰ線２１ｂに配置される一対の光ファイバ２３ｂの特性（例えば弾性係数や線膨張係数、許容歪）を変えることによって、幅広い範囲において応力をより正確に把握することができる。
図５（ｃ）は図４のＢ部拡大図である。前述した光ファイバ２３ｂが配置されているＦＲＰ線２１ｂ以外のＦＲＰ線２１ｂにおいて、一部のＦＲＰ線２１ｂの内部には、ルースチューブ２７が配置される。また、ルースチューブ２７の内部には、第３の光ファイバである光ファイバ２３ｃが配置される。すなわち、光ファイバ２３ｃは、ＦＲＰ線２１ｂに対して拘束されない。なお、光ファイバ２３ｃは、少なくとも１本配置されればよい。
図６は、光ファイバ２３ｂを用いた長尺線状体１ａの歪測定システム４０のブロック図である。歪測定システム４０は、光ファイバ２３ｂ、２３ｃ、測定部４３、演算部４５、表示部４７、記憶部４９等からなる。
前述の通り、長尺線状体１ａの内部に配置された光ファイバ２３ｂ、２３ｃからの情報は測定部４３に送られる。測定部４３では、光ファイバ２３ｂからの光情報が、光ファイバ２３ｂの各部の位置毎の歪の大きさである歪情報に換算される。すなわち、測定部４３は、軸方向補強層１１に配置された光ファイバ２３ｂを用いて、例えばＰＰＰ−ＢＯＴＤＡ法によって長尺線状体１ａの全長に渡って歪変化を測定する。
演算部４５は、測定部４３で測定された歪情報を記憶部４９に記憶させるとともに、あらかじめ記憶部４９に記憶されている、長尺線状体１ａ敷設時の初期の歪状態である基準状態と、測定部４３で得られた歪情報とを比較する。すなわち、演算部４５では、歪情報の演算を行い、敷設初期の形状からの歪変化量が算出される。
また、演算部４５は、得られた歪変化量を記憶部４９に記憶させる。さらに、演算部４５は、敷設初期からの歪変化量を累積し、長尺線状体１ａの長手方向の各部の累積歪変化量を算出する。
さらに、演算部４５では、記憶部４９に記憶された基準累積歪変化量を参照し、現時点での累積歪変化量から、各部の長尺線状体１ａの疲労の進行度を予測する。例えば、基準累積歪変化量に達すると、疲労により長尺線状体１ａの損傷が予測されるとして（疲労の進行度が１００％）、これに対する疲労の進行度（疲労寿命）を予測する。以上により、長尺線状体１ａの全長に渡る累積歪変化量および疲労の進行度を知ることができる。
ここで、前述したように、光ファイバ２３ｃは、ＦＲＰ線２１ｂに対して拘束されていないため、長尺線状体１ａが曲り変形した際にも、光ファイバ２３ｃは、その影響を受けにくい。一方、光ファイバ２３ｃは、長尺線状体１ａの温度変化の影響を受ける。このため、測定部４３では、光ファイバ２３ｃからの光情報が、温度変化による情報に換算される。このため、長尺線状体１ａの温度分布を検知することが可能である。
演算部４５は、ルースチューブ２７内に配置された光ファイバ２３ｃによって、温度による影響を検出し、ＦＲＰ線２１ｂと密着する光ファイバ２３ｂの測定値から、温度による影響を差し引く。したがって、演算部４５は、温度変化の影響を差し引いた、長尺線状体１ａの歪成分のみを算出することができる。
このように、光ファイバ２３ｃによって温度を測定し、この温度の影響を、光ファイバ２３ｂの測定結果から差し引くことで、長尺線状体１ａの曲りによる歪のみを抽出することができる。したがって、より正確に長尺線状体１ａの曲り情報を得ることができる。
なお、演算部４５は、必要に応じて、適宜、歪情報、累積歪変化量、疲労進行度の予測等を表示部４７に表示させることができる。このような、測定部４３、演算部４５、記憶部４９、表示部４７を備える装置としては、記憶媒体および表示手段を有するコンピュータを用いることができる。
以上、第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、光ファイバ２３ｂを用いて、ＰＰＰ−ＢＯＴＤＡ法によって長尺線状体１ａの歪変化量の測定を行うため、長尺線状体１ａの全長に渡って感度良く歪変化量を測定することができる。
また、光ファイバ２３ｂは、少なくとも長尺線状体１ａの長手方向に垂直な断面において互いに断面の中心を挟んで対称な２個所以上に設けられる。さらに望ましくは、中心を挟んで対称な相互に直交する４個所に設けられる。このようにすることで、長尺線状体１ａの曲がり方向によらずに、確実に感度良く長尺線状体１ａの歪変化を測定することができる。
また、図５（ｂ）に示すように、同一のＦＲＰ線２１ｂの内部の異なる位置に、複数の光ファイバ２３ｂを配置することで、光ファイバ２３ｂの位置に応じた歪を正確に測定することができる。なお、この場合には、それぞれの光ファイバ２３ｂの周囲のＦＲＰ線２１ｂの物性（例えば弾性係数）を変えてもよい。すなわち、複数の光ファイバ２３ｂが配置されるＦＲＰ線２１ｂの内部において、断面の部位（例えば径方向）によってＦＲＰ線２１ｂの物性を異なるようにしてもよい。このようにすることで、ＦＲＰ線２１ｂの物性に対応した、それぞれの光ファイバ２３ｂからの歪情報を得ることができる。
また、軸方向補強層１１を構成するＦＲＰ線２１ｂに密着して一体化された光ファイバ２３ｂと、ルースチューブ２７を用いて、ＦＲＰ線２１ｂに拘束されない光ファイバ２３ｃとを用いることで、長尺線状体１ａの温度の影響を差し引いて、より正確な歪量を得ることができる。
また、演算部４５において、敷設初期の歪状態を基準状態として、基準状態からの歪変化量を算出することで、より正確に長尺線状体１ａの動きを把握することができ、歪変化量を累積することで疲労の進行を予測することができる。
次に、第３の実施の形態について説明する。図７は、第３の実施形態にかかる長尺線状体１ｂの長手方向に垂直な断面図である。長尺線状体１ｂは、長尺線状体１ａとほぼ同様の構成であるが、管構造体５の構成が異なる。
長尺線状体１ａは、海底油井等と洋上浮体設備とを接続し、高い内圧と繰り返しの揺動（曲げや引張）に耐えることが要求されるダイナミック仕様である。一方、長尺線状体１ｂは、海底水管や上水道、深層水取水管などの、敷設時の張力、曲げ、側圧等に耐えることが要求されるスタティック仕様の流体輸送管である。したがって、最内部にインターロック管が用いられず、樹脂管７が最内部に配置される。すなわち、長尺線状体１ｂの管構造体５は、樹脂管７等からなり、管構造体５の外周に耐内圧補強層９が設けられる。
以上、第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。このように、本発明に適用可能な流体輸送管としては、その断面構造によらず、少なくとも、管構造体５の外周に補強層（例えば軸方向補強層１１と周方向補強層１３）が配置されればよい。
次に、第４の実施の形態について説明する。図８は、第４の実施形態にかかる長尺線状体１ｃの長手方向に垂直な断面図である。長尺線状体１ｃは、長尺線状体１等のような流体輸送管ではなく、電力ケーブルである。
長尺線状体１ｃは、主にケーブルコア３０、軸方向補強層１１、周方向補強層１３、保護層１７等から構成される。また、ケーブルコア３０は、複数（図では３本）の電力用線心３１から構成される。
電力用線心３１は、導体部３３、絶縁部３５、内部シース３７等から構成される。導体部３３は、例えば銅素線を撚り合わせて構成される。
導体部３３の外周部には、絶縁部３５が設けられる。絶縁部３５は、例えば架橋ポリエチレンで構成される。なお。絶縁部３５は、内部半導体層、絶縁体層、外部半導体層の三層構造としてもよい。内部半導体層、絶縁体層、外部半導体層の三層構造とすることで、水トリー劣化抑制と、絶縁体と金属層との機械的緩衝層としての効果を得ることができる。
絶縁部３５の外周には、内部シース３７が設けられる。なお、内部シース３７内部にシールド層を設けてもよい。この場合、シールド層は、導電性部材により構成される。また、さらに、遮水層や防食層を設けてもよい。
このようにして構成される電力用線心３１が、３相交流送電用に３本集合撚りされる。また、３本の電力用線心３１を撚り合わせた後、隙間に通信用の光ケーブル３９が配置される。さらに、３本の電力用線心３１の隙間に、樹脂紐等の介在物を配置して略円形のケーブルコア３０が形成される。
電力ケーブルの内部のケーブルコア３０の外周には、軸方向補強層１１が設けられる。また、軸方向補強層１１の外周には、周方向補強層１３が設けられ、周方向補強層１３の外周には保護層１７が設けられる。軸方向補強層１１および周方向補強層１３の構成は、長尺線状体１ａ等と同様である。
以上、第４の実施の形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。このように、本発明に適用可能な長尺線状体としては、流体輸送管のみではなく、電力ケーブルに対しても適用可能である。例えば、たとえば浮体式洋上風力発電装置などの洋上浮体設備同士の接続や、地上への送電などに用いられる海中ケーブルや海底ケーブルに適用することができる。
以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
例えば、各実施形態は互いに組み合わせることができることは言うまでもない。また、各実施形態において、一部の構成を削除してもよく、他の構成を加えてもよい。
１、１ａ、１ｂ、１ｃ………長尺線状体
３………インターロック管
５………管構造体
７………樹脂管
９………耐内圧補強層
１１………軸方向補強層
１３………周方向補強層
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ………座床層
１７………保護層
１９………テープ状部材
２１ａ、２１ｂ………ＦＲＰ線
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ………光ファイバ
２５………隙間
２７………ルースチューブ
３０………ケーブルコア
３１………電力用線心
３３………導体部
３５………絶縁部
３７………内部シース
３９………光ケーブル
４０………歪測定システム

Claims (10)

  1. 電力ケーブルまたは流体輸送管である長尺線状体であって、
    電力ケーブルの内部のケーブルコアまたは流体輸送管の内部の管構造体の外周に設けられる補強層と、
    前記補強層の外周に設けられる保護層と、
    を具備し、
    前記補強層は、軸方向補強層と、周方向補強層と、を備え、
    前記周方向補強層は、複数の第１のＦＲＰ線が併設されて一体化されたテープ状部材が螺旋状に配置されて形成され、
    前記テープ状部材を構成する少なくとも一部の前記第１のＦＲＰ線の内部に、第１の光ファイバが配置され、
    複数の前記第１の光ファイバの内、少なくとも一対の前記第１の光ファイバの特性が異なることを特徴とする長尺線状体。
  2. 電力ケーブルまたは流体輸送管である長尺線状体であって、
    電力ケーブルの内部のケーブルコアまたは流体輸送管の内部の管構造体の外周に設けられる補強層と、
    前記補強層の外周に設けられる保護層と、
    を具備し、
    前記補強層は、軸方向補強層と、周方向補強層と、を備え、
    前記周方向補強層は、複数の第１のＦＲＰ線が併設されて一体化されたテープ状部材が螺旋状に配置されて形成され、
    前記テープ状部材を構成する少なくとも一部の前記第１のＦＲＰ線の内部に、第１の光ファイバが配置され、
    前記第１の光ファイバは、前記テープ状部材の両端に位置する前記第１のＦＲＰ線を除く、他の複数の前記第１のＦＲＰ線の内部に配置されることを特徴とする長尺線状体。
  3. 電力ケーブルまたは流体輸送管である長尺線状体であって、
    電力ケーブルの内部のケーブルコアまたは流体輸送管の内部の管構造体の外周に設けられる補強層と、
    前記補強層の外周に設けられる保護層と、
    を具備し、
    前記補強層は、軸方向補強層と、周方向補強層と、を備え、
    前記周方向補強層は、複数の第１のＦＲＰ線が併設されて一体化されたテープ状部材が螺旋状に配置されて形成され、
    前記テープ状部材を構成する少なくとも一部の前記第１のＦＲＰ線の内部に、第１の光ファイバが配置され、
    前記テープ状部材は、螺旋状に隙間をあけて配置され、
    前記第１の光ファイバは、１つの前記テープ状部材内の複数の前記第１のＦＲＰ線内に配置され、少なくとも前記第１の光ファイバが配置される一対の前記第１のＦＲＰ線の物性が異なることを特徴とする長尺線状体。
  4. 電力ケーブルまたは流体輸送管である長尺線状体であって、
    電力ケーブルの内部のケーブルコアまたは流体輸送管の内部の管構造体の外周に設けられる補強層と、
    前記補強層の外周に設けられる保護層と、
    を具備し、
    前記補強層は、軸方向補強層と、周方向補強層と、を備え、
    前記周方向補強層は、複数の第１のＦＲＰ線が併設されて一体化されたテープ状部材が螺旋状に配置されて形成され、
    前記軸方向補強層は、複数本の第２のＦＲＰ線によって形成され、少なくとも２本の前記第２のＦＲＰ線の内部に、光ファイバが配置され、一方の前記第２のＦＲＰ線の内部において、第２の光ファイバが前記第２のＦＲＰ線と密着し、他の前記第２のＦＲＰ線の内部において、第３の光ファイバがルースチューブ内に配置され、
    前記第２の光ファイバは、同一の前記第２のＦＲＰ線の内部に複数本異なる位置に配置されることを特徴とする長尺線状体。
  5. 前記軸方向補強層の外側に、前記周方向補強層が設けられることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の長尺線状体。
  6. 前記軸方向補強層の内側に、前記周方向補強層が設けられることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の長尺線状体。
  7. 複数の前記第２の光ファイバが配置される前記第２のＦＲＰ線の内部において、断面の部位によって前記第２のＦＲＰ線の物性が異なることを特徴とする請求項４記載の長尺線状体。
  8. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の長尺線状体を用い、
    前記第１の光ファイバを用いて、ＰＰＰ−ＢＯＴＤＡ法によって前記長尺線状体の全長に渡って前記周方向補強層の歪を測定することを特徴とする長尺線状体の歪測定方法。
  9. 請求項４または請求項７に記載の長尺線状体と、
    前記軸方向補強層に配置された前記第２の光ファイバを用いて、ＰＰＰ−ＢＯＴＤＡ法によって前記長尺線状体の全長に渡って歪変化を測定する測定部と、
    前記測定部で測定された歪情報を記憶する記憶部と、
    前記歪情報の演算を行う演算部と、を有し、
    前記演算部は、前記ルースチューブ内に配置された前記第３の光ファイバによって、温度による影響を検出し、前記第２のＦＲＰ線と密着する前記第２の光ファイバの測定値から、前記温度による影響を差し引いて、前記長尺線状体の歪成分を算出し、前記長尺線状体の敷設初期の歪状態を基準状態として、前記基準状態からの歪変化量を算出して、前記記憶部に記憶させることを特徴とする長尺線状体の歪測定システム。
  10. 前記演算部は、前記歪変化量を累積し、前記長尺線状体の疲労寿命を予測することを特徴とする請求項９記載の長尺線状体の歪測定システム。
JP2017009951A 2017-01-24 2017-01-24 長尺線状体、長尺線状体の歪測定方法、長尺線状体の歪測定システム Active JP6845025B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017009951A JP6845025B2 (ja) 2017-01-24 2017-01-24 長尺線状体、長尺線状体の歪測定方法、長尺線状体の歪測定システム

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017009951A JP6845025B2 (ja) 2017-01-24 2017-01-24 長尺線状体、長尺線状体の歪測定方法、長尺線状体の歪測定システム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018120688A JP2018120688A (ja) 2018-08-02
JP6845025B2 true JP6845025B2 (ja) 2021-03-17

Family

ID=63043888

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017009951A Active JP6845025B2 (ja) 2017-01-24 2017-01-24 長尺線状体、長尺線状体の歪測定方法、長尺線状体の歪測定システム

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6845025B2 (ja)

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS551022A (en) * 1978-06-20 1980-01-07 Nippon Telegraph & Telephone Sheathed submarine cable
JPS5821086A (ja) * 1981-07-29 1983-02-07 住友電気工業株式会社 管・ケ−ブル複合体
JPS6084028U (ja) * 1983-11-11 1985-06-10 住友電気工業株式会社 光フアイバ複合海底電力ケ−ブル
JP3228368B2 (ja) * 1993-03-31 2001-11-12 石油公団 可撓性流体輸送管の製造方法
JP2009020016A (ja) * 2007-07-12 2009-01-29 Fujikura Ltd 光ファイバセンサケーブル
JP5460659B2 (ja) * 2011-08-09 2014-04-02 古河電気工業株式会社 海中ケーブルの歪測定システム

Also Published As

Publication number Publication date
JP2018120688A (ja) 2018-08-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101457330B1 (ko) 해중 케이블, 그 차수층용 복층 테이프 및 해중 케이블의 피로특성 향상방법
EP3098820B1 (en) Undersea cable, undersea cable installation structure, and method for installing undersea cable
JP5144259B2 (ja) 複合材料からなる分散された負荷伝達要素を備える電力供給管
AU780741B2 (en) Dynamic umbilicals with with internal steel rods
US9466405B2 (en) High voltage power cable for ultra deep waters applications
JP6294616B2 (ja) 海中ケーブル、およびその遮水層用複層テープ
JP5460659B2 (ja) 海中ケーブルの歪測定システム
US20060193572A1 (en) Power umbilical for deep water
JP5323901B2 (ja) 海中ケーブル、海中ケーブルの遮水層用複層テープおよび海中ケーブルの疲労特性の向上方法
WO2009079920A1 (fr) Cable de grande puissance à fibres composites
CN113571245A (zh) 深水海底电缆
US20130299033A1 (en) Flexible pipe body with buoyancy element and method of producing same
CN107589500A (zh) 一种地球物理探测机器人用超宽频承荷探测电缆
US20220139595A1 (en) Submarine Power Cable With Curvature Monitoring Capability
JP6845025B2 (ja) 長尺線状体、長尺線状体の歪測定方法、長尺線状体の歪測定システム
GB2567406A (en) Cable including monitoring strand
JP5323973B1 (ja) 疲労特性に優れた海中ケーブルおよびその遮水層用複層テープ
CN111653401A (zh) 一种钢丝铠装海底电缆设计方法
CA2757338C (en) Direct electrical heating flow system
WO2023144916A1 (ja) 電力用ケーブル監視システム、およびセンサロープの製造方法
CN217847470U (zh) 一种66kV大截面防蛀光纤复合海底电缆
CN210052552U (zh) 一种潮流能发电用动态光纤复合海缆
CN211529653U (zh) 一种充油型500kV超高压海底电缆
Paul et al. The use of snubbers as strain limiters in ocean moorings
CN111525489A (zh) 一种海缆终端接头

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20191023

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200917

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20201006

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20201207

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210209

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210225

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6845025

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350