KR20140072862A - 팽창성 시일링 섹션을 갖는 케이블 인입 시스템 - Google Patents

팽창성 시일링 섹션을 갖는 케이블 인입 시스템 Download PDF

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KR20140072862A
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Abstract

해저로부터 물의 표면 위로 연장하는 중공형 인테리어 그리고 구조물의 외부 벽 내의 입장 구멍(2)을 갖는 타입의 해양 구조물(1)들에 대한 케이블 인입 시스템 및 방법에 관한 것이다. 시스템은 세장형 외부 도관 조립체(7)를 포함하며 그의 인테리어 내에 세장형 케이블 부재(10)가 배열되고, 상기 세장형 외부 도관 조립체에는 외부 도관 조립체를 밀봉하고 부착하기 위해 입장 구멍(2)의 인테리어와 맞물리도록 적응되는 팽창성 시일링 섹션(4)이 구비된다. 세장형 외부 도관 조립체는 팽창성 시일링 섹션(4)이 입장 구멍(2)과 맞물리도록 입장 구멍을 통하여 그리고 수면 위의 탈거 지점까지 넣어진다.

Description

팽창성 시일링 섹션을 갖는 케이블 인입 시스템 {CABLE PULL-IN SYSTEM WITH INFLATABLE SEALING SECTION}
본 발명은 해양 구조물들, 예컨대 풍력 터빈들을 위한 기반으로서 해양 풍력 터빈들에서 사용되는 것과 같은 모노타워(monotower)들에 연결되는 해저 케이블들, 특히, 가요성 케이블들에 관한 것이다.
해저 케이블들이 해양 구조물들에 - 예컨대 풍력 터빈들을 위한 기반으로서 해양 시설들 또는 중력식 플랫폼들에서 사용되는 모노타워들에 - 연결될 때, 인입 동안 케이블을 과도한 굽힘 및 막힘(jamming)으로부터 보호하고 제어하며 작업 동안 케이블을 동적 힘들에 대항하여 보호할 필요가 있다. 신선한 해수가 구조물에 들어가는 것을 방지하기 위하여 케이블이 구조물에 들어가는 입구를 밀봉할 수 있는 것이 또한 바람직하다. 그 시스템은 빠른 설치가 가능해야 하고, 설치하기에 안전해야 하며 설치 시간 및 따라서 비싼 케이블 포설(laying) 베슬의 관여를 단축하기 위해 낮은 고장의 위험을 가져야 한다.
종래 기술 해결책들은 설치하기 어렵다는 것이 입증되었으며, 비싼 설치를 초래하는 높은 고장률을 가지며 몇몇의 경우들에서 완전한 케이블 섹션들이 교체될 필요가 있다. 종래 기술 해결책들은 또한 작업 및 문제가 되는 수중 침식(scouring) 상태들 동안 적절한 동적 보호를 주지 않는다. 게다가, 사용된 시일링 해결책들은 신뢰할 수 없고/없거나 다이버들 또는 원격으로 작동되는 이동 수단들에 의한 적절한 때의 심해 조정(subsea intervention)을 요구하는 것이 입증되었다.
공지된 종래 기술 시스템들은 인입에 앞서 어레이를 형성하기 위해 건설될 수 있고, 케이블은 고정된 위치로 케이블 상에 끼워지는 어레이에 의해 구조물 안으로 넣어질 수 있으며, 이는 결국 인입 작업 동안 가요성을 제한한다. 공지된 시스템들의 예들은 종종 시일링 부재 또는 콘이 가요성 케이블에 부착되는 시일 해결책과 연관되고, 이 시일 또는 콘은 모노타워 안으로의 입구에 배열되는 규정된 인터페이스 유닛과 맞물려서 당겨지도록 배열된다.
공지된 시일링 장치들은, 그 중에서도 이하의 단점들을 갖는다 :
1. 공지된 배열들은 밀봉하기 위해 가요성 케이블 상에 기계적으로 긴밀한 끼워 맞춤을 요구한다. 이러한 것은 시일이 케이블 상에 맞물릴 때 케이블 구성요소들은 개별 이동이 제한되고 압축되기 때문에 케이블이 이동(굽힘/휨)하는 것을 제한할 수 있다는 사실에 기인하여 바람직하지 않다.
2. 이러한 분야들에서 일반적으로 사용되는 침수되지 않은 케이블[외부 수밀형(water tight) 자켓(jacket)이 없음] 상에서 밀봉될 때, 시일은 케이블 내측의 케이블 구성요소들 사이의 누수들을 밀봉하지 않을 것이며, 그리하여 해수가 케이블 자체를 통하여 구조물 안으로 누수될 것이다.
3. 심지어 자켓 케이블은 케이블이 둥글지 않을 때에(외부 형상은 단지 반원임), 케이블의 길이에 걸쳐 횡단면 직경 변동들을 형성하는 내측의 더 큰 구성요소들로 인하여 밀봉하기 어려울 것이다.
4. 압축 시일들이 사용될 때에, 시일들은 위치에 도착할 때 케이블 상에 시일들을 맞물리게 하기 위해 다이버(가능하게는 무인 원격 작동되는 이동 수단) 보조 또는 작업을 요구할 수 있다.
5. 인터페이스에 대한 어레이의 기계적 잠금은 잠금이 맞물린 것을 확인하기 위해 수중 검사를 요구하기 쉬운 수중 기계적 장치이다.
6. 케이블이 설치될 때 케이블은 구조물에 대한 인터페이스에서 제 위치로 고정되고 유지되며 해저에 매장함으로써 케이블을 보호할 때의 - 플라우 앤드 제팅(plough and jetting) - 작업은, 케이블에 장력을 가할 수 있어서, 증가된 응력 및 긴 자유 경간(free span)을 초래하며 이는 케이블의 수명에 영향을 미칠 것이다.
7. 케이블은 보호 시스템을 바꾸지 않고 교환될 수 없고 - 이는 예컨대 케이블들이 앵커들, 디플렉터(deflector)들 등과 같은 해저 물체들로부터의 충격에 의해 손상될 때 수리들을 복잡하게 한다.
본 발명은 해저로부터 물의 표면 위로 연장하는 중공형 인테리어 그리고 구조물의 외부 벽 내의 입장 구멍을 갖는 타입의 해양 구조물들을 위한 케이블 인입 시스템을 제공한다. 시스템은 세장형 외부 도관 조립체를 포함하고 그의 인테리어 내에 세장형 케이블 부재가 배열된다. 일 양태에 따르면, 세장형 외부 도관 조립체에는 외부 도관 조립체를 밀봉하고 부착하기 위해 입장 구멍의 인테리어와 맞물리도록 적응되는 팽창성 시일링 섹션이 구비된다. 다른 양태에 따르면, 세장형 외부 도관 조립체는 시일링 섹션 없이 사용된다. 세장형 외부 도관 조립체는 입장 구멍을 통하여 그리고 팽창성 시일링 섹션이 입장 구멍과 맞물리도록 수면 위의 탈거(hangoff) 지점까지 넣어진다.
팽창성 시일링 섹션(4)은 구조물 안으로의 입장 구멍과의 시일링 맞물림으로 팽창되도록 배열되는 가요성 주머니(18)를 포함한다.
도 1 은 본 발명에 따른 시스템의 사시도이다.
도 2 및 도 3 은 본 발명에 따른 시스템의 입면 횡단면도들이다.
도 4 는 구조물의 입장 구멍과 맞물리는 팽창성 시일링 섹션의 횡단면도이다.
도 5 는 팽창성 시일링 섹션의 횡단면도이다.
도 6 은 팽창성 시일링 섹션의 사시 절단도이다.
도 7 및 도 8 은 시일링 섹션의 팽창되는 대안적인 방법들을 도시하는 입면도들이다.
도 9 는 주머니의 대안적인 배열의 횡단면도이다.
도면들에서 보이는 것과 같이, 일 양태에 따르면 본 발명은 해양 풍력 터빈들에 대하여 사용되는 모노파일(monopile)과 같은 해양 구조물(1)을 위한 케이블 등의 인입 및 동적 보호를 위한 시스템 및 방법을 포함한다. 해양 구조물은, 통상적으로 구조물의 바닥부 가까이에 입장 구멍(2)을 가지며, 이를 통하여 케이블(10)이 구조물의 중공형 인테리어 안으로, 그리고 구조물의 정상부까지 넣어진다.
일 양태에 따르면 본 발명은 조립된, 수밀형, 가요성 외부 도관 조립체(7)를 포함하며, 이는 수중 구조물의 외측으로부터, 입장 구멍(2)을 통하여 상기 구조물(1) 내측의 해수면 위의 장착 또는 탈거 지점(8)까지 놓인다. 세장형, 가요성 케이블(10) 등이 가요성 외부 도관 조립체 내에 배열된다. 가요성 외부 도관 조립체(7)는 바람직하게는 박벽형, 섬유 강화형 폴리우레탄 구조물로서 만들어질 것이다. 외부 도관 조립체는 각각의 단부에서 커플링 수단에 의해 상호 결합되는 복수의 개별적인 짧은 섹션으로 구성될 수 있다. 이는 인입 및 작업 동안 기계적인 굽힘 및 인장력들, 충격들, 마모 및 마멸을 견디게 될 가요성이지만 튼튼한 구조물을 제공할 것이다. 동력 케이블에 대하여, 박벽형 외부 도관이 보유열 전달 문제들을 낮추고 케이블 공급자들이 케이블 디자인을 비용 최적화하는 것을 가능하게 할 것이다. 비금속성 외부 도관이 종래의 강 구조물들에서 발견되는 부식 및 자기장 문제들을 또한 없앨 것이다. 외부 도관 조립체(7)의 섹션들 사이의 조인트들은 한 줄로 있고 심해 구조물 내측의 환경으로부터 밀봉된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 가요성 외부 도관 조립체(7)는 팽창성 시일링 섹션(4)을 포함한다.
도 5 및 도 6 에 나타낸 것과 같이, 팽창성 시일링 섹션(4)은 내부의, 강성 원통형 섹션(16)을 포함하고, 그 주위에 팽창성 주머니(18)가 몰딩된다. 일 양태에 따르면, 팽창성 주머니는 내부의 팽창성 주머니(18a) 및 외부의 팽창성 주머니(18b)를 포함한다. 밸브(20)가 유체(22)를 주머니 안으로 유입하기 위해 주머니 내에 배열된다. 시일링 섹션의 단부들에는 수형 및 암형 커플링(24 및 26)들이 구비된다. 주머니 내측은 가변 체적을 유지하고, 주머니는 가요성 외부 스킨에 의해 보호될 수 있다. 외부 스킨은 섹션이 구조물 구멍 안에 놓이고 관통하는 것을 가능하게 하기 위해 접촉 및 충격 응력들을 관리한다.
유리하게는 팽창성 시일링 섹션의 내부 직경을 일정하게 유지하기 위해, 원통형 섹션(16)은 - 주머니의 가변 체적 범위(오므라든 상태로부터 최대 팽창까지)에 걸쳐 일정한 직경을 유지하기 위해 압축에 대항하여 매우 높은 내성을 갖는다.
팽창성 주머니는 바람직하게는, 팽창될 때 벽들이 연장하거나 또는 팽창하는 것을 가능하게 하는 탄성 중합체 재료로부터 만들어진다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 팽창성 시일링 섹션은 강성 원통형 섹션의 외측 상에 별개의 섹션의 탄성 중합체 재료를 도포함으로써 만들어진다. 팽창성 길이를 위하여 재료는 원통형 섹션의 표면에 접합되지 않으며 - 팽창성 체적이 되도록 층들 사이에 틈을 허용한다. 팽창성 섹션의 단부들에서 외부 층이 강성 원통형 섹션의 재료 내에 접합되고(밀봉되고) - 층들 사이의 틈이 폐쇄된 체적이 되게 한다.
밸브(20)는 - 폐쇄된 체적 안으로 - 팽창성 섹션의 외부 층을 관통하며 이는 체적이 유체 매질로 채워지는 것을 가능하게 한다. 팽창성 시일링 섹션의 외부 벽은 주머니와 일체형일 수 있거나 또는 별개의 보호층일 수 있다.
유체 매질을 압력 하에서 주머니 안으로 유입함으로써, 팽창성 시일링 섹션의 외경을 입장 구멍(2)의 내경보다 더 큰 크기로 팽창시키는 것이 가능하다. 일 양태에 따르면, 시일링 섹션은 더 큰 직경의 주머니가 더 작은 직경의 입장 구멍을 통하여 넣어지도록 미리 팽창된다. 주머니가 구멍을 통하여 넣어질 때 주머니가 압축되기 때문에, 유체의 체적은 입장 구멍의 제한된 직경에 의해 변위된다. 이는 주머니의 압력을 증가시킨다. 인터페이스 구멍을 통하여 넣을 때, 변위된 매질은 더 가압될 것이며 - 제한된 입장 구멍 직경을 통한 그리고 입장 구멍의 내측 상의 섹션 안으로의 매질의 흐름을 강제한다.
구조물의 주머니 내측의 부분과 구조물의 주머니 외측의 부분 사이의 압력 차이는 감소/동등하게 될 것이다. 슬리브가 완전히 인입될 때, 압력은 구조물 벽의 하나의 측 상의 주머니의 부분들 사이에서 균형이 맞춰진다. 이는 벽의 하나의 측 상의 주머니의 외경이 입장 구멍의 직경을 초과하도록 강제하고, 따라서 구조물의 입장 구멍 안으로 팽창성 시일링 섹션을 시일링 및 잠금한다.
도 7 및 도 8 에 각각 나타낸 것과 같이, 주머니는, 예컨대 ROV 에 의해, 수면 위로부터, 또는 표면 아래로부터 가압될 수 있다.
도 9 는 팽창성 주머니에 대한 대안적인 배열을 나타내며, 여기서 주머니는 세장형 도관(7)의 둘레 주위에 배열되는 도넛형(doughnut-like) 주머니(24)의 형태인 별개로 배열되는 구성요소이다.
주머니 내의 유체는 효과적인 시일을 만들기 위해 주머니를 가압하는 기능을 수행하는 임의의 유체일 수 있다. 본 발명의 일 양태에 따르면, 유체는 0.5 내지 20000 cP(5 × 10-4 내지 20 ㎩ㆍs)의 점성을 갖는다. 또 다른 양태에 따르면, 유체는 시간의 기간 후에 고체 또는 반고체(semisolid) 상태로 딱딱하게 하는 타입이다(경화 액체).
도 2 에 나타낸 것과 같이, 케이블은 케이블(10)을 세장형 도관(7) 내측에 배열하고 세장형 도관의 단부에 부착되는 견인(towing) 인터페이스 부재(28)에서 케이블을 종료시킴으로써 구조물 안으로 넣어진다. 와이어(30)가 견인 인터페이스 부재에 부착되고, 팽창성 시일링 섹션이 입장 구멍(2)과 맞물리도록 입장 구멍(2)을 통하여 그리고 수면 위의 탈거 지점까지 세장형 도관을 넣는데 사용된다. 팽창성 시일링 섹션은 도 7 또는 도 8 에서 보이는 것과 같이, 예컨대 ROV(32)에 의해 또는 펌프/저장소(34)를 경유하여 표면으로부터, 입장 구멍(2)과의 시일링 맞물림으로 팽창된다.

Claims (18)

  1. 본질적으로는 수직 벽 또는 벽들, 중공형 인테리어 그리고 상기 벽을 통하여 상기 인테리어로 연장하는 수중 입장 구멍(2)을 갖는 타입의 해양 구조물(1)에 수중 케이블을 연결하기 위한 케이블 인입 장치에 있어서,
    상기 장치는 입장 구멍(2)을 통하여 그리고 수면 위의 탈거 지점(8)까지 구조물 외측으로부터 연장하기에 충분한 길이의 수밀형, 세장형, 가요성 외부 도관 조립체(7)를 포함하고, 상기 가요성 외부 도관은 그의 길이를 따라 케이블(10)을 배열하도록 적응되는 인테리어 공간을 갖는 것을 특징으로 하는,
    케이블 인입 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 장치는 입장 구멍과의 시일링 맞물림으로 팽창되도록 배열되는 팽창성 시일링 섹션(4)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    케이블 인입 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 가요성 외부 도관은 섬유 강화형 폴리우레탄으로 만들어지는 것을 특징으로 하는,
    케이블 인입 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 팽창성 시일링 섹션(4)은 내부의, 강성 원통형 섹션(16)을 포함하고, 이를 중심으로 팽창성 주머니(18)가 몰딩되는 것을 특징으로 하는,
    케이블 인입 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 주머니는 내부 주머니 및 외부 주머니를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    케이블 인입 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 팽창성 주머니는 강성 원통형 섹션의 외측에 도포되는 탄성 중합체 재료로부터 만들어지고, 그의 단부 구역들은 팽창성 폐쇄된 체적을 형성하기 위해 강성 원통형 섹션에 접합되는 것을 특징으로 하는,
    케이블 인입 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 팽창성 시일링 섹션은 팽창되게 하는 유체의 선택적인 유입을 위한 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    케이블 인입 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 팽창성 시일링 섹션은 세장형 도관(7)의 둘레 주위에 배열되는 도넛 형상 주머니의 형태인 별개로 배열되는 구성요소인 것을 특징으로 하는,
    케이블 인입 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체는 액체인 것을 특징으로 하는,
    케이블 인입 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체는 고체 또는 반고체 상태로 딱딱하게 하는 타입인 것을 특징으로 하는,
    케이블 인입 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가요성 외부 도관 조립체(7)는 복수의 상호 결합된 개별 섹션들을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    케이블 인입 장치.
  12. 본질적으로 수직 벽 또는 벽들, 중공형 인테리어 그리고 벽을 통하여 인테리어로 연장하는 수중 입장 구멍(2)을 갖는 타입의 해양 구조물(1) 안으로 케이블을 넣는 방법에 있어서,
    a. 상기 입장 구멍(2)을 통하여 그리고 수면 위의 탈거 지점까지, 구조물 외측으로부터 연장하기에 충분한 길이의 수밀형, 세장형, 가요성 외부 도관 조립체(7)를 제공하는 단계로서, 상기 가요성 외부 도관은 그의 길이를 따라 케이블(10)을 배열하도록 적응되는 인테리어 공간을 갖고, 상기 세장형 가요성 도관 조립체는 입장 구멍과의 시일링 맞물림으로 팽창되도록 배열되는 팽창성 시일링 섹션(4)을 더 포함하는, 수밀형, 세장형, 가요성 외부 도관 조립체를 제공하는 단계,
    b. 상기 외부 도관 조립체의 인테리어를 따라 케이블(10)을 배열하는 단계,
    c. 상기 가요성 외부 도관(7)의 단부에 위치되는 견인 인터페이스 부재(28)에서 케이블을 종료하는 단계,
    d. 상기 견인 인터페이스 부재(28)에 와이어(30)를 부착하는 단계,
    e. 상기 팽창성 시일링 섹션이 입장 구멍(2)과 맞물리도록, 상기 입장 구멍(2)을 통하여 그리고 수면 위의 탈거 지점까지 와이어(30)를 경유하여 가요성 외부 도관 조립체를 넣는 단계,
    f. 상기 입장 구멍과의 시일링 맞물림으로 팽창성 시일링 섹션을 팽창되게 하는 단계를 특징으로 하는,
    해양 구조물 안으로 케이블을 넣는 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 가요성 외부 도관은 섬유 강화형 폴리우레탄으로 만들어지는 것을 특징으로 하는,
    해양 구조물 안으로 케이블을 넣는 방법.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 팽창성 시일링 섹션은 입장 구멍의 직경보다 더 큰 직경으로 미리 팽창되는 것을 특징으로 하는,
    해양 구조물 안으로 케이블을 넣는 방법.
  15. 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시일링 섹션은 ROV 에 의해 팽창되는 것을 특징으로 하는,
    해양 구조물 안으로 케이블을 넣는 방법.
  16. 제 12 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시일링 섹션은 수면 위로부터 놓이는 호스를 경유하여 팽창되는 것을 특징으로 하는,
    해양 구조물 안으로 케이블을 넣는 방법.
  17. 제 12 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시일링 섹션은 0.5 내지 2000 cP 의 점도를 갖는 액체에 의해 팽창되는 것을 특징으로 하는,
    해양 구조물 안으로 케이블을 넣는 방법.
  18. 제 12 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시일링 섹션은 고체 또는 반고체 상태로 딱딱하게 하는 타입의 액체에 의해 팽창되는 것을 특징으로 하는,
    해양 구조물 안으로 케이블을 넣는 방법.
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