KR20200030543A - 인입 헤드 어셈블리 - Google Patents

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KR20200030543A KR1020207001861A KR20207001861A KR20200030543A KR 20200030543 A KR20200030543 A KR 20200030543A KR 1020207001861 A KR1020207001861 A KR 1020207001861A KR 20207001861 A KR20207001861 A KR 20207001861A KR 20200030543 A KR20200030543 A KR 20200030543A
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Abstract

당김 장치(112)를 기다란 가요성 구조물(4, 6)에 해제 가능하게 연결하기 위한 인입(pull-in) 헤드 어셈블리(8)가 개시된다. 인입 헤드 어셈블리(8)는 인입 헤드 어셈블리(8)의 당김 축선(X)을 규정하는 본체(30), 및 그 당김 축선(X) 주위에 배치되는 유지 부재(32)를 포함한다. 유지 부재(32)는 인입 헤드 어셈블리(8)를 기다란 가요성 구조물(4, 6)에 고정시키도록 구성되어 있고, 따라서, 사용시, 당김 축선(X)을 따라 인입 헤드 어셈블리(8)에 가해지는 당김력이 기다란 가요성 구조물(4, 6)에 전달된다. 인입 헤드 어셈블리(8)가 기다란 가요성 구조물(4, 6)로부터 분리될 수 있도록, 유지 부재(32)는, 당김력이 미리 정해진 임계치를 초과하면 인입 헤드 어셈블리(8)를 기다란 가요성 구조물(4, 6)로부터 해제시키도록 구성되어 있다

Description

인입 헤드 어셈블리
본 발명은 인입(pull-in) 헤드 어셈블리, 및 기다란 가요성 구조물을 설치하는 장치와 방법에 관한 것으로, 특히, 비배타적으로, 케이블 보호 시스템을 위한 인입 헤드 어셈블리 및 설치 방법에 관한 것이다.
케이블 및 다른 가요성 제품은, 육지에서든, 건조한 환경에 있든, 또는 담수/염분이 있는 물의 환경 또는 해저 환경에 있든, 오랫 동안 간단한 신뢰적인 장비를 사용하여 기반 시설에 설치되었다.
전력 케이블의 질량(10kg/m 내지 150kg/m 이상이 될 수 있음), 마찰 계수와 설치 기하 구조 때문에, 선박 또는 바지선 또는 트레일러에서 전력 케이블을 전개 또는 설치하기 위해 필요한 권양 케이블 장력은 기반 시설 권양 시스템 및/또는 선박 유지 권양기/케이블 엔진의 능력에 따라 1kN 내지 150kN(15톤) 이상으로 크게 변동할 수 있다.
권양 케이블의 장력은 케이블 내의 고레벨 축방향 장직성으로 인해 순간적으로 증가(급증)할 수 있다. 권양 케이블을 케이블에 고정시키기 위해 사용되는 체결기(예컨대, 페룰(ferrule), 링크, 스톡킹, 커플링) 중의 어느 하나가 외부 또는 내부 접촉부와 접촉하거나 그에 구속되거나(즉, 걸리거나) 또는 기하학적으로 잠금되면(마찰 효과를 포함하여), 또한 장력의 갑작스런 증가가 일어날 수 있다.
큰 장력 급증으로 인해, 비교적 값비싼 케이블이 손상될 수 있다. 시스템이 해저에 설치되고 있다면, 걸림의 원인을 조사하는 작업 및 손상된 장비 또는 자산을 고치는 수리 작업의 지연은, 비용이 많이 들고 시간 소모적인 활동을 야기할 수 있다.
근년에, 케이블은 설치 단계 동안에 손상 받기가 가장 쉬우며 따라서 많은 보험 청구를 받는 것으로 인식되었다.
설치 단계 동안에 또한 케이블의 수명 전체에 걸쳐 케이블을 보호하기 위해, 케이블 보호 시스템(CPS)이 개발되었다. 케이블 보호 시스템은 일반적으로 설치 및 그 후의 사용 동안에 케이블을 보호하기 위해 케이블의 외측면을 따라 연장되는 가요성 보호 슬리브를 포함한다. 케이블 보호 시스템은, 케이블의 최소 굽힘 반경이 악화되는 것을 방지하고 케이블에 가해지는 과도한 장력을 방지하고/방지하거나 설치된 케이블을 물의 침식 작용으로부터 보호하는 것을 포함하는 여러 가지 기능을 갖는다. 하지만, J-튜브 내부에 설치될 때, 그러한 시스템을 케이블 단부 근처에 또는 케이블 상에 또는 케이블의 길이를 따라 위치되는 구속부(예컨대, 센트럴라이저(centraliser))에 임시로 또는 영구적으로 포함시킴으로써, 설치는 문제가 될 수 있다.
역사적으로, 2개의 권양 케이블(일반적으로 메신저 라인으로 알려져 있음)을 사용하여 케이블 및 케이블 보호 시스템을 설치한다. 한 권양 케이블은 케이블에 연결되고 다른 권양 케이블은 케이블 보호 시스템에 연결된다.
이 경우, 케이블 보호 시스템 및 케이블은 함께 당겨져 구조 인터페이스(랫치 또는 랫칭부를 가짐) 안으로 들어가, 케이블 보호 시스템을 지지 구조물에 구속시킨다.
케이블 보호 시스템이 제 1 권양 케이블을 사용하여 구속된 것으로 확인된 후에, 제 2 권양 케이블을 사용하여, 케이블을 지지 구조물 내의 행오프까지 끌어 당긴다.
케이블 및 케이블 보호 시스템은 회전 구속되어 있지 않고 또한 제조 응력 및 예비 케이블 감기 과정(예컨대, 케이블을 회전식 원형 컨베이어 안으로 감는 것)로 인해 토크 와인드업이 야기될 수 있기 때문에, 케이블 및 케이블 보호 시스템은 설치 동안에 회전되기 쉽고, 케이블이 선박으로부터 하나의 연속적인 길이로 전개되어 장력 하에 기초 안으로 당겨짐에 따라 토크 와인드업은 연결된 어셈블리와 평형을 이루는 경향이 있다. 권양기 와이어는 또한 그의 나선 형태로 인해 추가적인 와인드업을 유발할 수 있다. 역방향 나선 층을 갖는 저회전 로프가 이 문제를 완화시켜 주며, 장력 하에 최소 토크가 발생된다.
그러므로 권양 케이블은 서로 얽히기 쉽고, 그로 인해, 곤경을 해결하기 위한 반복적인 시도를 위해 비용이 많이 드는 지연 또는 심지어 시스템 제거가 일어날 수 있다.
또한, 그리하여, 케이블 보호 시스텝은 임의의 배향 각도로 설치될 수 있다.
이는 케이블 보호 시스템을 구조 계면 안으로 설치하는 능력에 영향을 주지 않지만, 오프셋 배치로 인해, 필요한 케이블 보호 시스템의 유효한 당김은 예축 불가능함을 의미하는데, 그 유효한 당김은, 다른 인자 중에서도, 설치 배향 및 출발 각도에 관련 되어 있기 때문이다.
대안적인 구성에서, 단일의 권양 케이블이 사용될 수 있는데, 이 케이블은 약한 링크를 통해 케이블 호보 시스템에 연결되고, 또한 일단 케이블 보호 시스템이 설치되면, 약한 링크가 나중에 케이블을 제위치로 끌려 가게 할 수 없도록 케이블에 연결된다.
알려져 있는 설치 장비와 관련된 추가 문제는, 설치 동안에 권양 케이블과 인입 헤드 사이의 커넥터가 해저 구조물 또는 구조물 자체에 걸리게 된다는 것이다.
본 발명의 목적은, 위에서 언급된 문제를 적어도 부분적으로 줄이는 것이다.
본 발명의 어떤 실시 형태의 목적은, 케이블 및 케이블 보호 시스템을 동시에 설치하기 위한 개선된 인입 헤드 어셈블리 및/또는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 어떤 실시 형태의 목적은, 당김 헤드에 가해지는 당김력이 미리 정해진 임계치를 초과하면, 인입 헤드 어셈블리가 부착되는 기다란 가요성 구조물로부터 자동적으로 해제되는 개선된 인입 헤드 어셈블리를 제공하는 것이다.
본 발명의 어떤 실시 형태의 목적은, 당김 헤드 어셈블리에 가해지는 당김력이 미리 정해진 임계치를 초과하면, 인입 헤드 어셈블리가 부착되는 기다란 가요성 구조물로부터 예측 가능하게 해제되는 인입 헤드 어셈블리를 제공하는 것이다.
본 발명의 제 1 양태에 따르면, 당김 장치를 기다란 가요성 구조물에 해제 가능하게 연결하기 위한 인입 헤드 어셈블리가 제공되고, 이 인입 헤드 어셈블리는, 상기 인입 헤드 어셈블리의 당김 축선을 규정하는 본체; 및 상기 당김 축선 주위에 배치되는 유지 부재를 포함하고, 상기 유지 부재는 상기 인입 헤드 어셈블리를 기다란 가요성 구조물에 고정시키도록 구성되어 있고, 따라서, 사용시, 당김 축선을 따라 인입 헤드 어셈블리에 가해지는 당김력이 상기 기다란 가요성 구조물에 전달되고, 상기 인입 헤드 어셈블리가 상기 기다란 가요성 구조물로부터 분리될 수 있도록, 상기 유지 부재는, 당김력이 미리 정해진 임계치를 초과하면 상기 인입 헤드 어셈블리를 기다란 가요성 구조물로부터 해제시키도록 구성되어 있다.
미리 정해진 임계치는 15kN 이상일 수 있고, 예컨대, 미리 정해진 임계치는 60kN 이상, 예컨대, 80kN 이상일 수 있다. 미리 정해진 임계치는 150kN 이하일 수 있고, 예컨대, 미리 정해진 임계치는 120kN 이하일 수 있다. 미리 정해진 임계치는 특정된 낮은 임계치 중의 하나와 특정된 더 높은 임계치 중의 하나 사이에 있을 수 있다.
유지 부재는 단일의 유지 부분을 포함하거나 복수의 유지 부분들을 포함할 수 있다. 예컨대, 유지 부재는 당김 축선 주위에 원주 방향으로 연장되어 있는 단일의 유지 부분을 포함할 수 있다. 유지 부재는 서로 이격되어 있는 적어도 2개의 또는 적어도 3개의 또는 적어도 4개의 또는 적어도 5개의 또는 적어도 6개의 또는 그 이상의 유지 부분을 포함할 수 있다. 유지 부분은 당김 축선 주위에 원주 방향으로 배치될 수 있다. 이와 관련하여, "원주 방향으로 배치된다"라는 말은, 당김 축선을 따라 볼 때, 유지 부분 또는 유지 부분들이 대체로 원형으로 배치되도록 당김 축선 주위에 배치되는 것을 의미한다.
어떤 실시 형태에서, 유지 부분들 중의 적어도 하나가 다른 부분 보다 당김 축선으로부터 더 멀리 이격되거나 연장되도록 유지 부분들은 서로에 대해 반경 방향으로 오프셋될 수 있다. 유지 부분둘은 당김 축선의 방향으로 서로에 대해 축방향으로 오프셋될 수 있다.
유지 부분들은 원주 방향으로 동일한 양으로 서로 이격될 수 있다. 유지 부분들은 당김 축선의 방향으로 서로에 대해 축방향으로 오프셋될 수 있고, 또한 당김 축선 주위에 원주 방향으로 배치될 수 있다. 유지 요소 중의 적어도 하나 또는 모두는 당김 축선에 수직인 평면을 따라 연장될 수 있다. 유지 요소는 서로 별개인 구성품인 개별적인 요소일 수 있고 또는 단일 구성품의 일부분을 형성할 수 있다.
상기 유지 부재는, 상기 기다란 가요성 구조물이 당김 축선을 따라 상기 인입 헤드 어셈블리와 함께 움직일 수 있게 고정되도록 상기 유지 부재의 적어도 일부분이 상기 기다란 가요성 구조물의 일부분과 결합하도록 배치되는 유지 상태, 및 상기 인입 헤드 어셈블리가 당김 축선을 따라 상기 기다란 가요성 구조물로부터 분리될 수 있도록 상기 유지 부재가 상기 기다란 가요성 구조물로부터 결합 해제되는 해제 상태를 가질 수 있다.
유지 부재는 상기 유지 상태와 해제 상태 사이에서 탄성적으로 변형 가능하다.
유지 부재는 탄성 중합 재료를 포함할 수 있다.
유지 부재는, 상기 당김 축선을 따라 인입 헤드 어셈블리에 가해지는 당김력이 상기 당김 축선 주위에 분산되도록 배치될 수 있다. 유지 부재는, 상기 당김 축선을 따라 당김 헤드 어셈블리에 가해지는 당김력이 유지 부재에 의해 당김 축선 주위에 고르게 분산되도록 배치될 수 있다.
유지 부재는 환형일 수 있다.
유지 부재는, 당김 축선이 연장되어 있는 평면의 상호 반대 측에 배치되는 적어도 2개의 유지 부분을 가질 수 있다. 2개의 유지 부분은 당김 축선에 대해 직경 방향으로 서로 반대편에 배치될 수 있다.
유지 부분들은 상기 기다란 가요성 구조물로부터 동시에 해제되도록 구성될 수 있다.
유지 부재는 상기 당김 축선 주위에 원주 방향으로 배치되는 복수의 유지 요소를 포함할 수 있다. 각 유지 요소는 상기 당김 축선에 대해 반경 방향 외측으로 연장되어 있을 수 있다. 유지 부재는 실질적으로 원추형인 외측 프로파일을 가질 수 있다.
유지 부재는 당김 축선을 따라 상기 인입 헤드 어셈블리의 전방부 쪽으로 수렴할 수 있다.
유지 부재는 당김 축선을 따라 연장되어 있는 내부 원통형 보어를 규정하고, 상기 본체는 상기 보어를 따라 연장되어 있을 수 있다.
상기 유지 부재를 포함하는 인입 헤드 어셈블리의 적어도 일부분은 상기 기다란 가요성 구조물의 일 단부 안으로 삽입되도록 구성될 수 있다.
유지 부재를 포함하는 상기 인입 헤드 어셈블리의 일부분은 케이블 보호 시스템을 위한 커넥터의 상기 단부 안으로 삽입되도록 구성될 수 있다.
기다란 가요성 구조물 내에서 연장되는 제 2 기다란 가요성 구조물을 본체에 연결하기 위한 수단을 더 포함하고, 따라서, 사용시, 인입 헤드 어셈블리가 상기 기다란 가요성 구조물로부터 분리될 때 상기 제 2 기다란 가요성 구조물이 상기 인입 헤드 어셈블리에 연결되어 있는 상태로 유지 된다. 제 2 기다란 가요성 구조물은 해저 전력 케이블과 같은 전력 케이블을 포함할 수 있다.
본 발명의 제 2 양태에 따르면, 장치가 제공되고, 이 장치는 본 발명의 제 1 양태에 따른 인입 헤드 어셈블리; 및 기다란 가요성 구조물을 포함하고, 기다란 가요성 구조물은 기다란 가요성 요소 및 기다란 가요성 구조물을 지지 구조물에 연결하기 위한 커넥터를 포함한다.
커넥터는 상기 인입 헤드 어셈블리의 유지 요소와 해제 가능하게 결합하도록 구성된 유지부를 포함한다.
커넥터는 커넥터의 길이방향 축선을 따라 연장되어 있는 내부 보어를 가지며, 상기 유지부는 상기 보어의 표면에 제공되어 있는 오목부를 포함한다.
오목부는 상기 유지 부재의 외측 부분에 대응하는 프로파일을 가지며, 따라서, 사용시, 상기 유지 부재는 상기 오목부와 결합하여 상기 인입 헤드 어셈블리를 상기 기다란 가요성 구조물에 고정시킨다.
기다란 가요성 구조물 내에서 연장되는 제 2 기다란 가요성 구조물을 더 포함하고, 상기 제 2 기다란 가요성 구조물은 상기 본체에 고정되며, 따라서, 인입 헤드 어셈블리가 상기 기다란 가요성 구조물로부터 분리될 때 상기 제 2 기다란 가요성 구조물이 상기 인입 헤드 어셈블리에 연결되어 있는 상태로 유지 된다.
기다란 가요성 요소는 기다란 관형 요소일 수 있다.
본 발명의 제 3 양태에 따르면, 기다란 가요성 구조물을 설치하는 방법이 제공되며, 이 방법은,
본 발명의 제 1 양태에 따른 인입 헤드 어셈블리를 상기 기다란 가요성 구조물의 일 단부에 고정시키는 단계;
상기 기다란 가요성 구조물이 지지 구조물에 제공되어 있는 커넥터와 접촉하도록 상기 인입 헤드 어셈블리를 상기 기다란 가요성 구조물과 함께 끌어 당겨 상기 지지 구조물과 결합시키는 단계;
상기 인입 헤드 어셈블리가 상기 기다란 가요성 구조물로부터 해제되도록, 당김 축선을 따라 상기 인입 헤드 어셈블리에 가해지는 당김력을 증가시키는 단계; 및
상기 인입 헤드 어셈블리를 끌어당겨 그 인입 헤드 어셈블리를 상기 기다란 가요성 구조물로부터 분리시키는 단계를 포함한다.
인입 헤드 어셈블리를 기다란 가요성 구조물로부터 분리시키는 단계에 의해 케이블의 적어도 일부분이 상기 기다란 가요성 구조물 밖으로 끌어 당겨지도록 상기 인입 헤드 어셈블리가 상기 기다란 가요성 구조물 내에 수용되는 케이블에 연결될 수 있다.
본 발명의 제 4 양태에 따르면, 기다란 가요성 구조물이 제공되고, 이는 기다란 가요성 요소 및 커넥터를 포함하고, 커넥터는,
커넥터의 길이방향 축선을 규정하는 본체; 및
당김 축선 주위에 배치되는 유지 부재를 포함하고,
유지 부재는 상기 인입 헤드 어셈블리를 기다란 가요성 구조물에 고정시키도록 구성되어 있고, 따라서, 사용시, 당김 축선을 따라 인입 헤드 어셈블리에 가해지는 당김력이 상기 기다란 가요성 구조물에 전달되고, 상기 인입 헤드 어셈블리가 상기 기다란 가요성 구조물로부터 분리될 수 있도록, 상기 유지 부재는, 당김력이 미리 정해진 임계치를 초과하면 상기 인입 헤드 어셈블리를 기다란 가요성 구조물로부터 해제시키도록 구성되어 있다.
본 발명에서, 인입 헤드(가끔 당김 헤드라고도 함)는, 당김 장치(예컨대, 권양 시스템이지만, 이에 한정되지 않음)를 기다란 가요성 구조물의 단부(예컨대, 관, 튜브 또는 케이블 위한 엔드 피팅이지만, 이에 한정되지 않음)에 임시로 연결하기 위해 사용되는 장치이며, 그래서, 기다란 가요성 구조물은 표면, 트렌치, 보어를 따라 또는 측면을 따라 또는 구조물 내부에서 끌어 당겨지거나(예컨대, 권양됨) 또는 심지어 들어 올려져 원하는 위치로 가게 되는데, 예컨대, 지지 구조물에 제공되어 있는 커넥터 또는 체결기와 결합하게 되며, 이에 한정되지 않는다.
인입 헤드는 일반적으로 본체 부분을 포함하고, 관형의 기다란 가요성 구조물을 설치하기 위해 사용되는 당김 헤드의 경우에, 그 본체 부분은 관형의 기다란 가요성 구조물의 단부 안으로 삽입되어, 체결기를 사용하여 관형의 기다란 가요성 구조물의 단부에 고정될 수 있다.
인입 헤드의 통상적인 특징은, 기다란 가요성 구조물의 설치가 완료되면 인입 헤드가 그 기다란 가요성 구조물로부터 제거된다는 것이다.
본 발명의 어떤 실시 형태는, 당김 장치(예컨대, 권양 기구)를 기다란 가요성 구조물에 해제 가능하게 연결하기 위한 수단을 제공하며, 그래서, 당김 장치를 사용하여 기다란 가요성 구조물을 원하는 위치로 끌어 당기고, 일단 원하는 위치에 있으면 당김 장치를 기다란 가요성 구조물로부터 해제시킬 수 있다.
본 발명의 어떤 실시 형태는, 기다란 가요성 구조물이 지지 구조물에 연결되면, 케이블 보호 시스템, 가요성 해저 파이프 또는 엄빌리컬과 같은 기다란 가요성 구조물로부터 인입 헤드 어셈블리를 자동적으로 해제시키기 위한 수단을 제공한다.
본 발명의 어떤 실시 형태는, 당김력이 임계치를 초과하면, 기다란 가요성 구조물로부터 인입 헤드 어셈블리를 자동적으로 해제시키기 위한 수단을 제공한다.
본 발명의 어떤 실시 형태는, 기다란 가요성 구조물이 지지 구조물에 연결되면, 기다란 가요성 구조물로부터 인입 헤드 어셈블리를 자동적으로 해제시키기 위한 수단을 제공하며, 미리 정해진 당김력에서 또는 당김력의 미리 정해진 범위 내에서 인입 헤드 어셈블리를 해제시키는 것은, 기다란 가요성 구조물에 대한 인입 헤드 어셈블리의 배향 및/또는 지지 구조물에 대한 인입 헤드 및/또는 기다란 가요성 구조물의 배향에는 무관하다. 당김력은 권양 시스템에 의해 가해지는 당김 장력으로 나타내질 수 있다.
본 발명의 어떤 실시 형태는, 유지 부재를 갖는 인입 헤드 어셈블리를 제공하고, 그 유지 부재는 인입 해드 어셈블리를 기다란 가요성 구조물에 고정시키도록 구성되어 있고, 유지 부재는, 당김력이 미리 정해진 임계치를 초과하면 인입 헤드를 기다란 가요성 구조물로부터 해제시키도록 구성된다.
본 발명의 어떤 실시 형태는, 기다란 가요성 구조물(예컨대, 케이블 보호 시스템, 가요성 해저 파이프 또는 엄빌리컬)을 해양 지지 구조물(예컨대, 풍력 터빈용 모노파일 또는 J-튜브 벨마우스이지만, 이에 한정되지 않음)에 연결하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 어떤 실시 형태는 케이블 및/또는 케이블 보호 시스템을 동시에 설치하기 위한 개선된 인입 헤드 어셈블리 및/또는 장치를 제공한다.
이제, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태를 예시적으로 설명한다.
도 1은 인입 헤드 어셈블리를 포함하는 장치의 일부 구성품을 나타낸다.
도 2는 도 1에 나타나 있는 장치의 일부분의 저면도이다.
도 3은 도 2의 B-B 선을 따른 단면도이다.
도 4는 도 1에 나타나 있는 장치의 일부 구성품의 사시도이다.
도 5는 도 4에 나타나 있는 구성품을 다른 각도에서 본 사시도이다.
도 6은 설치 과정의 단계들을 도시하는 흐름도이다.
도 7a는 설치 과정의 일 단계를 나타낸다.
도 7b는 설치 과정의 다른 단계를 나타낸다.
도 7c는 설치 과정의 다른 단계를 나타낸다.
도 7d는 설치 과정의 다른 단계를 나타낸다.
도 7e는 설치 과정의 다른 단계를 나타낸다.
도 8은 도 7a - 7e에 나타나 있는 설치 과정의 천이 단계를 도시하는 단면도이다.
도 9는 도 7a - 7e에 나타나 있는 설치 과정의 추가 천이 단계를 도시하는 단면도이다.
도 10은 커넥터와 기다란 가요성 슬리브 사이의 연결을 도시한다.
도 11은 인입 헤드 어셈블리를 포함하는 추가 장치의 개략도이다.
도 1 내지 3은 제 1 기다란 가요성 구조물(4), 제 2 기다란 가요성 구조물(6) 및 인입 헤드 어셈블리(8)를 포함하는 장치(2)의 일부분을 나타낸다.
제 1 기다란 가요성 구조물(4)은 관형 가요성 슬리브(10)(부분적으로 파선으로 나타나 있음)의 형태로 된 기다란 가요성 요소 및 제 1 기다란 가요성 구조물(4)을 풍력 터빈을 위한 또는 J-튜브의 벨마우스 내부의 모노파일(monopile)과 같은 지지 구조물에 연결하기 위한 커넥터(12)를 포함한다. 기다란 가요성 슬리브(10)는, 도 10에 도시되어 있는 바와 같이, 기다란 가요성 슬리브(10)의 일단부와 커넥터의 한 단부에 제공되어 있는 홈(12a) 사이의 기하학적 상호잠금 장치에 의해 커넥터(12)에 연결된다. 대안적으로 또는 추가적으로, 슬리브(10)는 접합, 클램핑 및/또는 다른 적절한 수단으로 커넥터(12)에 고정될 수 있다. 나타나 있는 실시 형태에서, 커넥터(12)는 통상적으로 엔드 피팅이라고 하는 종류의 커넥터이다. 기다란 가요성 슬리브(10) 및 커넥터(12)는 케이블 보호 시스템(CPS)을 형성하는데, 이 시스템은 슬리브(10) 내부의 케이블을 설치 과정 및 다음의 작업 동안에 손상으로부터 보호하기 위해 일반적으로 해저 전력 케이블의 설치 동안에 사용된다.
커넥터(12)는 제 1 절반부(14a) 및 제 2 절반부 (14b)를 갖는(도 1에는 제 1 절반부(14a)만 나타나 있음) 중공의 원통형 커넥터 본체(14)를 포함하며, 그 절반부들은,조립될 때, 커넥터 본체(14)에 있는 각각의 원주 방향 연장 외부 홈(18a, 18b, 18c)에 위치되는 스트랩(16a, 16b, 16c)에 의해 함께 유지된다.
원통형 보어(19)가 커넥터 본체(14)의 길이방향 축선을 따라 연장되어 있다. 그 보어는 커넥터 본체(14)의 내면(20)을 제공한다. 이 내면(20)은 커넥터 본체(14)의 길이방향 축선 주위에 연장되어 있는 제 1 환형 홈(22)의 형태로 된 오목부를 갖는다. 제 1 환형 홈(22)은 원주 방향에서 볼 때 V-형 단면을 갖는다. 환형 홈(22)은, 커텍터 본체(14)의 길이방향 축선에 대해 반경 방향 내측으로 또한 전방으로 향하는 방향으로 홈(22)의 정점으로부터 경사져 있는 전방 표면(22a)을 갖는다. 환형 홈(22)은, 커텍터 본체(14)의 길이방향 축선에 대해 반경 방향 내측으로 또한 후방으로 향하는 방향으로 홈(22)의 정점으로부터 경사져 있는 후방 표면(22b)을 갖는다. 커넥터 본체(14)는, 커텍터 본체(14)의 길이방향 축선을 따라 전방 방향으로 테이퍼져 있는 원추형 전방 부분(23)을 갖는다. 이 전방 부분(23)은 원추형 접촉면(23a)을 갖는데, 이 접촉면은, 아래에서 도 8 및 9를 참조하여 설명하는 바와 같이, 해저 구조물에 장착되는 커넥터와 결합하도록 구성되어 있다.
제 2 기다란 가요성 구조물(6)은 해저 전력 케이블과 같은 케이블(24)을 포함한다. 전형적으로, 해저 전력 케이블은 풍력 터빈과 같은 근해 발전기로부터 전력을 베이스 스테이션에 전달하거나 풍력 터빈 어레이의 일부분을 형성하는 풍력 터빈들 사이의 상호 연결을 제공하기 위해 사용된다. 해저 전력 케이블은 일반적으로 여러 개의 도체를 포함하는데, 각 도체는 도체 스크린으로 둘러싸여 있다. 도체는 적절한 경우에 필라(filler) 및 통신 케이블과 함께 다발지어져 있고, 또한 그 다발은 보호를 제공하는 장갑(armour)(전형적으로 강재 장갑 와이어), 테이프 또는 역청질 화합물의 하나 이상의 층으로 둘러싸인다. 해저 전력 케이블은 일반적으로 50 mm 내지 300 mm의 전체 직경을 갖는다.
인입 헤드 어셈블리(8)는 인입 헤드(26) 및 당김 라인(28)을 포함한다.
도 3 내지 5를 참조하면, 인입 헤드(26)는 본체(30), 유지 부재(32) 및 고정 플레이트(34)를 포함한다. 본체(30)는 전방 부분(36), 중간 부분(38) 및 후방 부분(40)을 갖는다. 본체(30)는 인입 헤드(26)의 당김 축선(X)을 규정하는 길이방향 축선을 갖는다. 전방 부분(36)은 단김 축선을 따라 전방 방향으로 테이퍼져 있는 원추형 외측 프로파일을 갖는다. 전방 부분(36)의 직경은, 이 부분과 접촉하는 원추형 전방 부분(23)의 부분의 일부분의 직경 보다 약간 더 크며, 그래서 전방 부분(36)이 약간 돌출되는데, 이로써, 설치 동안에 원추형 전방 부분(23)이 걸리게 되는 위험이 감소된다. 중간 부분(38)은 원통형 프로파일을 갖는다. 중간 부분(38)과의 계면에서 전방 부분(36)의 직경은 중간 부분(38)의 직경 보다 커서, 도 3에서 보는 바와 같이, 전방 부분(36)은, 커넥터 본체(14)와 접촉하는 제 1 환형 접촉면(42)을 규정한다. 후방 부분(40) 또한 원통형 프로파일을 갖는다. 후방 부분(40)의 직경은 중간 부분(38)의 직경 보다 작아서, 중간 부분(38)은 유지 부재(32)가 위치되는 제 2 환형 접촉면(44)을 규정한다. 후방 부분(40)은 당김 축선(X) 주위에 연장되어 있는 제 2 환형 홈(46)의 형태로 되어 있는 오목부를 갖는다.
보어(48)가 본체(30)의 전체 길이를 따라 연장되어 있다. 이 보어(48)는 당김 축선(X)과 동축이고, 보어(48)의 각 단부에서 개구를 규정한다. 보어(48)는, 후술하는 바와 같이, 당김 라인(28)과의 속박의 가능성을 줄여주도록 구성된 보어(48)의 발산형 부분(50, 52) 및 전후방 부분을 갖는다.
유지 부재(32)는 환형이고 당김 축선(X) 주위에서 원주 방향으로 연장되어 있다. 유지 부재(32)는 내측 원통형 부분(54)(본체(30)의 후방 부분(40)이 그 부분을 통해 연장됨) 및 외측 원추형 부분(56)을 포함한다. 본 실시 형태에서, 내측 원통형 부분(54) 및 외측 원추형 부분(56)은 폴리머 재료, 예컨대, 쇼어(Shore) 60A 내지 쇼어 60D의 쇼어 경도를 갖는 고무 및/또는 폴리우레탄과 같은 탄성 재료의 단일 편으로 형성된다. 외측 원추형 부분(56)은 핑거의 형태로 된 6개의 개별적인 유지 요소(58)를 포함하고, 이들 유지 요소는 당김 축선(X) 주위에 원주 방향으로 배치되어 있다. 각 유지 요소(58)는 당김 축선(X)에 대해 내측 원통형 부분(54)으로부터 반경 방향 외측으로 또한 본체(30)에 대해 뒤쪽으로 연장되어 있다. 본 실시 형태에서, 각 유지 요소(58)는 당김 축선(X)에 대해 30도의 각도로 연장되어 있다. 다른 실시 형태에서, 그 각도는 요구 사항에 따라 설정될 수 있지만, 뒤에서 설명하는 바와 같이, 미리 정해진 부하 하에서 신뢰적인 해제를 제공하기 위해서는 20도 내지 70도, 예컨대, 30도 이상 50도 이하인 것이 바람직하다. 개별 유지 요소(58)는 도 4 및 5에 가장 명확히 나타나 있다. 각 요소(58)는, 이와 접촉하는 홈(22)의 전방면(22a)의 프로파일에 일치하도록 만곡되어 있는 외면(60)을 갖는다. 따라서, 유지 부재(32)는 커넥터 본체(14)에 대해 홈(22) 내부에서 지유롭게 회전한다. 각 요소(58)는, 인입 헤드(26)가 충분한 힘으로 커넥터 본체(14)의 전방면(22a)에 가압되면 당김 축선(X) 쪽으로 반경방향 내측으로 구부러지고 압축되도록 구성되어 있다.
유지 부재(32)는 고정 플레이트(34)에 의해 제 2 접촉면(44)과 결합하여 유지된다. 고정 플레이트(34)는 볼트(62)(도 5 참조) 또는 다른 적절한 체결 수단에 의해 본체(30)의 후방부에 체결되는 원형 디스크를 포함한다. 고정 플레이트(34)는 보어(48)와 정렬되는 중심 구멍(35)을 갖는다.
당김 라인(28)은 일 단부에서 연결 루프(64)를 갖는데, 이 연결 루프는 인입 헤드 어셈블리(8)를 권양 케이블 또는 다른 당김 장치에 연결하기 위한 것이고, 당김 라인은 또한 다른 단부에서 체결기(66)를 갖는데, 이는 인입 헤드 어셈블리(8)를 케이블(24)에 체결하기 위한 것이고, 또한 당김 라인은 연결 루프(64)와 체결기(66) 사이에 배치되는 스탑퍼(68)를 포함한다.
나타나 있는 실시 형태에서, 당김 라인(28)은 KevlarTM과 같은 고 인장 강도를 갖는 연질 가요성 재료로 만들어진 필라멘트로 직조된다. 당김 라인(28)은 대안적으로 또는 추가적으로 아연 도금 강 또는 스테인레스강을 포함할 수 있다. 체결기(66)는 케이블(24)의 단부에 끼워지는 메시형 관형 요소를 포함한다. 체결기(66)는 케이블(24)의 일 단부가 삽입될 수 있는 케이블 그립을 형성하도록 구성되어 있다. 당김 라인(28)의 체결기 부분을 형성하는 필라멘트는, 당김 라인에 인장력이 가해지면 체결기(66)가 케이블(24) 주위에 수축되는 구성으로 직조된다. 당김 스톡킹, 케이블 그립, 케이블 스톡킹 또는 중국식 핑거로서의 장치가 케이블 설치 기술 분야에 알려져 있다.
케이블(24)을 잡는데에 사용되지 않는 체결기(66)의 일부분은 보어(48)를 통해 연장되며, 그 보어 자체는 인입 헤드(26)의 본체(30) 및 고정 플레이트(34)의 중심 구멍(35)을 따라 연장되어 있다. 스탑퍼(68)는 필라멘트를 전구 형태로 직조하여 형성되며, 그 전구 형태는 보어(48)의 전방 단부에 있는 개구 보다 큰 최대 폭을 갖는다. 스탑퍼(68)는 비드형 또는 보빈형 요소와 같은 강성적인 구조물 주위에 필라멘트를 직조하여 형성될 수 있다.
연결 루프(64)는 필라멘트를 자체에 접고 연결 루프(64)와 체결기(66)의 단부 사이에 있는 당김 라인(28)의 일부분에서 필라멘트의 단부를 직조하여 형성된다. 나타나 있는 실시 형태에서, 연결 루프(64)는 스탑퍼(68)에 인접한다. 대안적인 실시 형태에서, 연결 루프(64)는 최대 1 m 또는 최대 5 m 또는 최대 10 m 이상 만큼 스탑퍼(68)로부터 이격될 수 있다.
장치를 조립하기 위해, 인입 헤드 어셈블리(8)는 먼저 체결기(66)를 갖는 당김 라인(28)의 단부를 인입 헤드(26)의 본체(30)의 보어(48)에 통과시켜 조립될 수 있고, 그래서 체결기(66)는 인입 헤드(26)의 후방부로부터 연장되고 연결 루프(64)와 스탑퍼(68)는 인입 헤드(26)의 전방부에 있다.
그런 다음에 케이블(24)의 일 단부가 체결기(66) 안으로 삽입된다. 이 삽입 동안에, 당김 라인(28)에 인장력이 가해지지 않으며, 그래서 케이블(24)의 단부가 체결기(66) 안으로 쉽게 슬라이딩할 수 있다. 케이블(24)의 단부가 더 쉽게 수용되게 체결기(66)를 확장시키기 위해 체결기(66)가 길이 방향으로 약간 압축될 수 있다. 일단 삽입되면, 케이블(24)을 잡기 위해 체결기(66)를 케이블(24)의 단부 주위에 수축시키기 위해 체결기(66)가 해제될 수 있거나 약간의 인장이 가해진다.
이 구성에서, 인입 헤드(26)는 스탑퍼(68) 및 케이블(24)/체결기(66)에 의해 당김 라인(28)에 유지된다.
일단 인입 헤드 어셈블리(8)가 전술한 바와 같이 케이블(24)에 고정되면, 도 1에 나타나 있는 바와 같이, 커넥터 본체(14)의 내면(19)에 형성되어 있는 제 1 환형 홈(22) 내부에 유지 부재(32)의 외측 원추형 부분(56)이 위치되도록, 인입 헤드(26)의 본체(30)는 커넥터 본체(14)의 제 1 절반부(14a) 내부에 배치된다. 당김 축선(X)은 커넥터(12)의 길이 방향 축선과 동축이다. 그런 다음에 커넥터 본체(14)의 제 2 절반부(14b)가 제 1 절반부(14a) 위에 배치되고, 두개의 절반부(14a, 14b)는 스트랩(16a, 16b, 16c)에 의해 함께 클램핑된다.
일단 조립되면, 제 1 환형 접촉면(42)(커넥터(12)의 전방부에 접촉함) 및 유지 부재(32)에 의해, 인입 헤드(26)가 커넥터(12)에 대해 당김 축선을 따라 축선 방향으로 움직이는 것이 방지된다. 당김력이 당김 라인(28)을 따라 가해지면, 케이블(24)이 앞쪽으로 끌어 당겨져 고정 플레이트(34)와 접촉하게 된다(체결기(66)의 일부분은 케이블(24)의 단부와 고정 플레이트(34) 사이에 위치될 것이지만, 본체(30)에 속박되는 것이 보어(48)의 발산형 부분(52)에 의해 방지됨을 알 것이다). 케이블(24)에 의해 고정 플레이트(34)에 가해지는 힘은 유지 부재(32)를 통해 커넥터 본체(14)에 전달된다. 따라서, 인입 헤드가 당김 축선(X)을 따르는 방향으로 당겨지면, 케이블 보호 시스템을 형성하는 커넥터(12)와 슬리브(10)가 인입 헤드(26)를 따라 끌어 당겨지게 된다. 그러나 인입 헤드(26)는 커넥터(12)에 대해 당김 축선(X) 주위로 회전 가능하다.
전술한 바와 같이, 유지 부재(32)는 탄성 변형 가능한 재료의 단일 편으로 형성된다. 그러므로 유지 요소(58)가 충분한 힘으로 커넥터 본체(14)의 홈(22)의 전방면(22a)에 가압되면, 그 유지 요소(58)는 반경 방향 내측으로 휘어질 것이다. 유지 부재(32)는, 미리 정해진 임계치를 초과하는 당김력이 가해질 때만 인입 헤드(26)가 커넥터(12)의 단부 밖으로 끌어 당겨질 수 있게 해주는 양 만큼 유지 요소(58)가 반경 방향 내측으로 변형되도록 구성된다. 미리 정해진 임계치는 인입 헤드 어셈블리(8)에 대한 원하는 적용에 근거하여 결정된다. 유지 부재(32)는, 유지 요소의 수 및/또는 두께, 재료 종류, 재료 두께, 유지 요소의 길이를 선택하여, 당김 축선(X)을 따르는 미리 정해진 당김력(인입 헤드 어셈블리(8)의 해제력으로서 정의됨)을 방출하도록 구성된다. 예컨대, 해제력은 유지 요소의 적절한 수의 선택으로 설정될 수 있다. 해제력은 또한 유지 요소 중 하나 이상의 적절한 두께의 선택으로 설정될 수 있다. 해제력은 또한 각각의 또는 적어도 하나의 유지 요소가 연장되는 적절한 각도의 선택으로 설정될 수도 있다. 예컨대, 실제 각도는 특정한 용례에 달려 있을 것이고, 케이블 직경, 케이블 보호 시스템의 외경, 설치 동안에 케이블/권양 케이블에서 예상되는 장력, 원하는 해제력(및 케이블/권양 케이블의 대응하는 장력) 및 장치의 강성을 포함하는 하나 이상의 인자에 근거하여 설정될 수 있다. 해제력을 설정하기 위해 사용되는 인자는 근해 설치 전에 연안(onshore) 시험으로 결정될 수 있다.
해제력은, 유지 부재(32)의 접촉면과 커넥터 본체(14)의 홈(22)의 전방면(22a) 사이의 마찰 계수를 변화시켜 설정될 수도 있다. 마찰 계수는, 한 표면 또는 양 표면에 특정한 표면 마무리를 제공하여 그리고/또는 표면들 사이에 윤활유를 가하여 변화될 수 있다. 유지 부재(32)와 커넥터 본체(14) 사이의 끼워 맞춤의 종류는 원하는 해제력에 따라 선택될 수 있다. 끼워 맞춤의 종류는 틈새 끼워 맞춤, 억지 끼워 맞춤 및 중간 끼워 맞춤 중의 하나 일 수 있다. 추가로, 유지 부재의 재료는 원하는 체적 탄성 계수를 갖도록 선택될 수 있다.
전술한 바와 같이 조립되면, 장치(2)는 권양 케이블에 연결될 준비가 된다.
도 6은 장치(2)를 풍력 터빈용 모노파일에 연결하는 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 7a는 설치 동안에 단계 1002에 있는 장치(2)를 개략적으로 나타낸다.
모노파일(102)이 해저(104)에 위치된다. 모노파일(102)은 수직 방향으로 연장되어 있는 관형 본체(105)를 포함하고, 이 본체는 전력 케이블을 모노파일(102) 안으로 수용하기 위해 모노파일(102)의 기부 근처에 있는 원형 구멍(106)을 갖는다. 구멍(106)은, 모노파일(102)이 해저(104)에 위치될 때 잠수되는 모노파일(102)의 일 영역에 위치된다. 후술하는 바와 같은 케이블 보호 시스템에 연결되기 위한 모노파일 커넥터(108)가 구멍(106)에 제공된다. 모노파일(102)은 이 모노파일(102) 내부에서 행오프점(110)을 가지며, 이에는 케이블 장치가 연결될 수 있다.
설치 전에, 권양 케이블(112)(일반적으로 당업계에서는 메신저 라인으로 알려져 있음)이 권양기(나타나 있음)로부터 행오프점(110)을 지나(또는 통과하여) 아래쪽으로 모노파일의 본체(105)를 통해 꿰어지며 그리고 구멍(106)을 통해 모노파일(102) 밖으로 나가게 된다. 권양 케이블(112)의 단부에는 인입 헤드 어셈블리(8)의 연결 루프(64)에 연결되는 클래스프(clasp)와 같은 체결기(114)가 제공된다.
처음에, 장치(2)(전술한 바와 같은 슬리브(10)와 커넥터(12), 케이블(24)과 인입 헤드 어셈블리(8)를 포함함)는 보트와 같은 선박에서 감길 수 있다.
일단 권양 케이블(112)이 연결 루프(64)에 고정되면, 권양기는 운반 선반으로부터 인입 헤드 어셈블리(8)를 아래로 모노파일(102)의 기부 쪽으로 당기게 된다. 도 7a에 나타나 있는 바와 같이, 인입 헤드 어셈블리(8)가 아래쪽으로 이동함에 따라, 커넥터(12)는 인입 헤드 어셈블리(8)와 함께 아래쪽으로 당겨져, 슬리브(10)와 케이블(24)이 운반 선박으로부터 풀린다.
인입 헤드 어셈블리(8)가 아래쪽으로 이동함에 따라, 슬리브(10), 케이블(24), 커넥터(12) 및 인입 헤드(26)(스탑퍼(68)와 케이블(24)의 단부 사이에 있는 당김 라인(28)의 일부분을 따라 자유롭게 슬라이딩할 수 있음)의 중량에 의해 커넥터(12)가 아래로 스탑퍼(68)에 밀리게 된다. 그러므로 스탑퍼(68)는 인입 헤드 어셈블리(26) 및 커넥터(12)가 케이블(24)의 단부로부터 멀어지게 아래쪽으로 슬라이딩하는 것을 방지한다.
슬리브(10)가 풀림에 따라, 그 슬리브(10)의 길이방향 축선 및 그래서 당김 축선(X)에 대한 토크가 슬리브(10)에 의해 발생된다. 이 토크는, 제조 중에 또는 슬리브(10)가 스풀 상에 감길 때 생기는 슬리브(10) 내의 잔류 응력으로 인한 것이다. 이 토크는 커넥터(12)에 전달된다. 커넥터(12)는 인입 헤드(26)에 대해 자유롭게 회전할 수 있기 때문에(전술한 바와 같이), 인입 헤드 어셈블리(8)는 슬리브(10)로부터 권양 케이블(112)로의 토크 전달을 상당히 감소시키고 또한 완전히 제거할 수 있다. 인입 헤드(26)는 또한 당김 라인(28)에 대해서도 자유롭게 회전할 수 있고 이 또한 토크 전달을 경감시키는데 도움이 될 수 있음을 알 것이다.
도 7a에 나타나 있는 실시 형태에서, 연결 루프(64)와 스탑퍼(68) 사이의 거리는 1m이다(그러므로 배치는 이 점에 있어서, 연결 루프(64)가 스탑퍼(68)에 인접하여 나타나 있는 도 1 내지 5에 나타나 있는 실시 형태와 다름). 연결 루프(64)와 스탑퍼(68) 사이의 거리에 의해, 인입 헤드 어셈블리(8)가 아래쪽으로 이동하는 중에 체결기(114)와 연결 루프(64)가 구멍(106)을 통해 끌어당겨 질 수 있다. 이러한 배향에서, 장치(2)의 중량은 스탑퍼(68)에 지탱되고(또는 주변의 물에 의해 지지됨), 그래서 권양 케이블(112)에 작용하는 장력이 비교적 낮게 된다. 따라서, 체결기(14)와 연결 루프(64)가 구멍(106)을 통과할 때 그 체결기 및/또는 연결 루프가 걸리게 되는 위험이 최소화된다. 보어(48)의 발산형 부분(50)은 스탑퍼(68)를 수용하고 스탑퍼(68)가 본체(30)에 속박되는 것을 방지하는데 도움을 준다.
도 7b는 인입 헤드 어셈블리(8)가 구멍(106)과 같은 높이에 있을 때 단계 1004에 있는 장치(2)의 설치를 나타낸다. 단계 1004에서, 체결기(114) 및 연결 루프(64)는 구멍(106)을 통과한 상태이며, 그래서 걸림의 위험이 감소된다.
도 7c는 인입 헤드 어셈블리(8)가 구멍(106)에 인접해 있을 때 단계 1006에 있는 장치(2)의 설치를 나타낸다. 이 단계 1006에서, 인입 헤드 어셈블리(8)가 수평일 때 본체(30)의 전방 부분(36)은 구멍(106)을 통해 슬라이딩한다. 본체(30)의 전방 부분(36)의 원추형 외측 프로파일 및 커넥터 본체(14)의 원추형 접촉면(23a)은 인입 헤드(26)와 커넥터(12)가 구멍(106)의 가장자리를 넘어 슬라이딩할 수 있게 해주며, 이에 따라, 장치(2)가 구멍(106)을 통해 끌어 당겨질 때 걸림의 위험이 최소화된다. 또한, 장치(2)의 중량은 권양 케이블(122)에 걸리는 장력에 여전히 크게 기여하지 않는다. 그래서 걸림의 위험이 낮게 유지된다.
도 7d는 커넥터(12)가 모노파일 커넥터(108)와 결합될 때 단계 1008에 있는 장치(2)의 설치를 나타낸다. 단계 1008에서 단계 1010(도 7e에 나타나 있음)(인입 헤드(26)가 커넥터(12)로부터 분리되어 있음)로의 천이를 도 8 및 9를 참조하여 설명할 것이다.
도 8은 인입 헤드 어셈블리(8)가 권양 케이블(112)에 의해 끌어 당겨질 때 통과하는 구멍(116)을 갖는 모노파일 커넥터(108)을 나타낸다.
환형 접촉면(118)이 구멍(116)을 둘러싼다. 환형 접촉면(118)은 커넥터 본체(14)의 전방 부분(23)을 수용하도록 배치된다. 커넥터(12)가 모노파일 커넥터(108)와 정확히 정렬되도록 하기 위해, 환형 접촉면(118)은 원추형이고, 커넥터 본체(14)의 전방 부분(36)의 원추형 접촉면(23a)의 프로파일에 대응하는 프로파일을 갖는다. 따라서, 인입 헤드(26)의 전방 부분(36)이 구멍(116)을 통해 끌어 당겨질 때, 커넥터 본체(14)의 원추형 접촉면(23a) 및 모노파일 커넥터((108)의 환형 접촉면(118)이 서로 접촉하여 슬라이딩하여 커넥터(12)를 모노파일 커넥터(108)와 정렬시킨다. 일단 커넥터(12)가 모노파일 커넥터(108)와 완전히 결합되면(이 경우, 완전한 결합은 커넥터(12)와 모노파일 커넥터(108)가 동축으로 정렬되고 또한 원추형 접촉면(23a)과 환형 접촉면(118)이 서로 인접해 있을 때임(도 8에 나타나 있는 바와 같이)), 랫칭 기구(나타나 있지 않음)를 사용하여 커넥터(12)를 모노파일 커넥터(108)와 결합시킨다. 랫칭 기구는 수동적이거나 자동적이다.
단계 1002 내지 1008 전체에 걸쳐, 당김 축선(X)을 따라 인입 헤드(26)에 가해지는 딩김력은 미리 정해진 임계치를 초과할 것으로 예상되지 않는다. 예컨대, 항력, 마찰력 및 다른 힘(케이블 및 케이블 보호 시스템을 스풀로부터 끌어 당길 때 언제나 존재하게 됨)은, 걸림이 없으면, 임계력 보다 낮을 것으로 예상할 수 있다. 임계력은 풀리는 케이블의 길이, 풀리는 케이블 보호 시스템의 길이, 케이블과 케이블 보호 시스템의 치수(예컨대, 케이블의 직경 및 폭), 모노파일 커넥터(또는 다른 커넥터)의 랫치 기구를 촉발시키는데 필요한 힘 및 다른 인지를 포함한 많은 인자에 달려 있을 것이지만, 그에 한정되지 않는다. 그럼에도, 설치 과정 동안에 초과되지 않을 것으로 예상될 수 있는 임계력은 예컨대 경험적인 데이타 또는 모델링을 사용하여 결정될 수 있다.
본 실시 형태에서, 담김 축선(X)을 따라 인입 헤드(26)에 가해지는 힘은 단계 1002 내지 1008 전체에 걸쳐 60kN를 초과할 것으로 예상되지 않는다.
일단 커넥터(12)가 모노파일 커넥터(108)와 완전하게 결합하면, 모노파일 커넥터(108)는 커넥터(108)의 추가 전진을 방지한다. 따라서, 권양 케이블(112)을 따라 권양기에 의해 가해지는 당김력의 증가는 당김 축선(X)을 따라 인입 헤드(26)에 가해지는 힘의 증가로 이어진다. 당김 축선(X)을 따라 인입 헤드(26)에 가해지는 당김력이 미리 결정된 양을 초과하면(그 양은 임계력 이상으로 설정되는데, 예컨대 15kN 내지 150kN의 힘, 예컨대 80kN 내지 120kN의 힘(나타나 있는 실시 형태에서는 100kN)으로 설정됨), 커넥터 본체(14)에 있는 홈(22)의 전방면(22a)에 의해 개별적인 유지 요소(58)에 가해지는 힘에 의해, 유지 요소(58)는 반경 방향 내측으로 휘어지고/휘어지거나 압축되어, 도 9에 나타나 있는 바와 같이, 인입 헤드(26)가 커넥터(12) 밖으로 나갈 수 있다. 유지 요소(58)의 내측 휨은, 내측 원통형 부분(54)이 제 2 환형 홈(46) 안으로 휘어지는 것의 도움을 받는다. 또한, 인접하는 유지 요소(58) 사이의 간격에 의해 유지 요소는 서로를 방해함이 없이 인접하는 유지 요소(58) 사이의 공간 안으로 붕괴될 수 있다.
제조 공차, 온도, 환경 인자 및 다른 인자의 변화는 당김 헤드 어셈블리를 해제하는데 요구되는 실제 당김력의 변동에 기여함을 알 것이다. 그러한 인자는, 해제력이 미리 정해진 범위 외에서 변동하지 않도록 당김 헤드 어셈블리를 구성하여 고려될 수 있다. 예컨대, 해제력은 통상적인 작동 하에서는 80kN 아래로 떨어지지 않을 것이며 또한 통상적인 작동 하에서는 120kN을 초과하지 않을 것이다. 그러므로, 미리 정해진 해제력이라는 용어는 미리 정해진 조건 하에서 예상될 수 있는 해제력인 것으로 이해될 수 있다.
유지 부재(32)가 홈(22)으로부터 커넥터(12)의 단부를 통과함에 따라, 유지 요소(58)가 전술한 바와 같이 해제 구성으로 압축되고, 이 해제 구성에서, 각각의 유지 요소(58)의 외면(60)은 커넥터 본체(14)를 통과하는 보어(19)의 내경에 대응하는 직경을 갖는 실질적으로 원통형 외측 프로파일을 규정한다. 그러므로, 도 7e에 나타나 있는 바와 같은 단계 1010에 따라 인입 헤드(26)는 당김 축선(X)을 따라 커넥터(12)로부터 분리되며 또한 모노파일(102)을 통해 위쪽으로 끌어 당겨질 수 있다.
유지 부재(32)는, 당김 축선(X)을 따른 당김력이 미리 정해진 임계치를 초과하면 인입 헤드 어셈블리(8)를 커넥터(12)로부터 해제시키는 기계적 퓨즈를 제공한다. 이리하여, 인입 헤드 어셈블리(8)의 해제가 예측 가능하며 신뢰적이고 또한 커넥터(12)가 모노파일 커넥터(108)에 연결되었을 때만 일어날 수 있다. 또한, 유지 요소(58)를 당김 축선(X) 주위에 배치함으로써, 당김 축선(X)을 따라 가해지고 당김 헤드로부터 커넥터(12)에 전달되는 당김력이 당김 축선(X) 주위에 분산될 수 있다. 따라서, 인입 헤드 어셈블리(8)를 커넥터(8)로부터 분리시키기 위해 필요한 힘은, 커넥터(12)에 대한 인입 헤드(26)의 배향 및 그것이 결합하는 모노파일 커넥터(108)에 대한 커넥터(12)의 배향에 무관하다.
일단 인입 헤드(26)가 커넥터(12)로부터 분리되면, 인입 헤드(26)에 부착되어 있는 상태로 유지되는 케이블(24)의 단부는 슬리브(10)와 커넥터(12)로부터 밖으로 슬라이딩하고 또한 인입 헤드(26)와 함께 모노파일(102) 내의 행오프점(110)으로 끌어 당겨진다.
일단 인입 헤드(26)가 도 8에 나타나 있는 상태로부터 도 9에 나타나 있는 상태로 전환되면, 유지 부재(32)가 홈(22)에서 이탈했기 때문에 당김 축선(X)을 따라 가해지는 당김력은 감소될 수 있고 또한 인입 헤드(26)가 커넥터(12)에서 나감에 따라 더 감소될 수 있다. 따라서, 도 8에 나타나 있는 상태로부터 도 9에 나타나 있는 상태로의 전환은, 당김 헤드(26)에 가해지는 당김력의 급격한 급증으로 확인될 수 있다.
전술한 실시 형태에서, 유지 부재는 재료의 단일 편을 포함하는 일체화된 부품으로 형성되지만, 내측 원통형 부분 및 외측 원통형 부분은 서로 별개인 부품일 수 있다. 유지 요소도 서로 별개인 부품일 수 있다. 전술한 실시 형태에 나타나 있는 바와 같이, 유지 부재 및 당김 헤드의 본체는 서로 별개인 부품일 수 있지만, 단일의 일체화된 부품일 수도 있다. 유지 부재 및 본체는 동일하거나 서로 다른 재료로 만들어질 수 있다.
대안적인 실시 형태는 커넥터의 보어를 규정하는 내면에 제공되는 적어도 2개의 환형 홈을 갖는 커넥터를 포함할 수 있는데, 이 경우, 그 홈들은 커넥터의 길이방향 축선을 따라 서로 인접하여 또는 서로 이격되어 배치된다. 이러한 구성은, 반경 방향 공간이 제한되어 있는 용례, 예컨대, 케이블의 직경이 케이블 보호 시스템의 직경에 비해 큰 경우에 특히 적합하다.
다른 실시 형태는 커넥터의 탄성적인 부분과 결합하는 강성적인 유지 부재를 포함할 수 있고, 커넥터의 그 탄성적인 부분은 당김 헤드 어셈블리를 해제시키기 위해 변형되도록 구성되어 있다.
나타나 있는 실시 형태에서, 모노파일 커넥터는 커넥터와 결합하는 환형 접촉면을 갖는다. 그러나, 커넥터의 움직임을 제한하기 위한 다른 수단도 이용될 수 있음을 알 것이다. 예컨대, 커넥터에는, 모노파일의 외면과 접촉하는 외면에 있는 어깨부 또는 추가의 전방 움직임을 제한하기 위해 구멍을 둘러싸는 다른 구조물과 같은 접촉부가 제공될 수 있다.
추가의 실시 형태는, 당김 축선을 따라 가해지는 당김력이 미리 정해진 임계치를 초과하면 파단되거나 소성 변형되도록 구성된 유지 부재를 포함할 수 있다.
도 11은 도 1에 나타나 있는 장치의 변형예를 나타내는데, 여기서, 인입 헤드 어셈블리(108)는 본체(130) 및 유지 부재(132)를 포함하고, 이 유지 부재는 당김 축선(X) 주위로 연장되어 있는 환형 칼라(133)의 형태로 되어 있다. 환형 칼라(133)는 본체(130) 및 관형의 기다란 가요성 구조물(104)의 커넥터(112) 모두와 결합하고, 그래서 인입 헤드 어셈블리(108)는 당김 축선(X)의 방향으로 커넥터(112)에 고정된다. 특히, 환형 칼라(133)는, 본체(130) 및 커넥터(112)를 따라 연장되어 있는 중심 보어(119)의 내면에 제공되어 있는 각각의 상호 대향 홈에 위치된다.
환형 칼라(133)의 반경 방향 내주와 반경 방향 외주 사이에서 원주 방향으로 연장되어 있는 환형 칼라(133)의 중간 부분(133a)은, 미리 정해진 임계치를 초과하는 당김력이 당김 축선을 따라 인입 헤드 어셈블리(108)에 가해지면 항복 및/또는 파단되도록 구성된다. 예컨대, 중간 부분(133a)은, 미리 정해진 임계치를 초과하는 힘이 당김 축선(X)에 평행하게 가해지면 전단 응력 하에서 파단되는 부서지기 쉬운 부분을 포함할 수 있다. 중간 부분(33a)은 본체(130)의 외면과 보어(133a)의 내면의 계면과 반경 방향으로 정렬된다. 중간 부분(133a)은 환형 칼라(133)를 내측 부분(133b)과 외측 부분(133c)으로 분할한다.
사용 중에, 커넥터(112)가 설치되고(전술한 방법에 대응하는 방법을 사용하여) 그리고 당김 축선(X)을 따라 가해지는 당김력이 미리 정해진 임계치를 초과하면, 환형 칼라(133)가 중간 부분(133a)을 따라 파단된다. 그런 다음에, 인입 헤드가 커넥터(112)로부터 분리됨에 따라, 내측 부분(133b)은 본체(130)와 함께 커넥터(112)로부터 끌리게 된다. 외측 부분(133c)은 커넥터(112) 내부에 남아 있거나 개별적으로 제거된다.
일 대안적인 실시 형태에서, 환형 칼라(133)는, 당김력이 미리 정해진 임계치를 초과하면 전단되어 분리되는 복수의 핑거(도 4 및 5에 나타나 있는 실시 형태의 유지 요소와 유사함)를 포함할 수 있다. 핑거는 당김 축선에 대해 70도 내지 90도의 각도로 후방으로 연장되도록 배치될 수 있다.
도면에서, 유사한 참조 번호는 유사한 부분을 나타낸다.
본 명세서의 설명 및 청구 범위 전체에 걸쳐, "포함한다" 와 "함유한다" 및 그의 변형어는, "∼을 포함하지만 그에 한정되지 않는다"를 의미하고, 다른 절반, 부가물, 구성품, 완전체 또는 단계를 배제하고자 하는 것이 아니다(또한 배제하지 않는다). 특히, 부정 관사가 사용되는 경우, 문맥상 달리 요구되지 않는다면, 명세서는 단수형은 물론 복수형도 생각하는 것으로 이해해야 한다.
본 발명의 특정한 양태, 실시 형태 또는 예와 관련하여 설명된 특징, 완전체, 특성은 또는 그룹은, 양립하지 않는 것이 아니라면, 여기서 설명되는 다른 양태, 실시 형태 또는 예에도 적용될 수 있는 것으로 이해된다. 본 명세서(참부된 청구 범위, 요약서 및 도면을 포함하여)에서 개시된 모든 특징 및/또는 그렇게 개시된 방법 또는 과정의 모든 단계는, 특징 및/또는 단계의 적어도 일부가 서로 배타적인 조합을 제외하고는, 어떤 조합으로도 조합될 수 있다. 본 발명은 전술한 실시 형태의 어떤 상세도에도 한정되지 않는다. 본 발명은 본 명세서(참부된 청구 범위, 요약서 및 도면을 포함하여)에서 개시된 특징 중의 어떤 신규한 특징 또는 신규한 조합으로도 확장되고 또는 그렇게 개시된 방법 또는 과정의 단계 중의 어떤 신규한 단계 또는 어떤 신규한 조합으로도 확장된다.
독자는, 본 출원과 관련하여 본 명세서와 동시에 또는 그 이전에 출원되었고 또한 본 명세서와 공공의 조사에 열려 있는 모든 논문과 문헌에 주의하며, 모든 그러한 논문과 문헌의 내용은 여기에 참조로 관련되어 있다.

Claims (29)

  1. 당김 장치를 기다란 가요성 구조물에 해제 가능하게 연결하기 위한 인입(pull-in) 헤드 어셈블리로서,
    상기 인입 헤드 어셈블리의 당김 축선을 규정하는 본체; 및
    상기 당김 축선 주위에 배치되는 유지 부재를 포함하고,
    상기 유지 부재는 상기 인입 헤드 어셈블리를 기다란 가요성 구조물에 고정시키도록 구성되어 있고, 따라서, 사용시, 당김 축선을 따라 인입 헤드 어셈블리에 가해지는 당김력이 상기 기다란 가요성 구조물에 전달되고, 상기 인입 헤드 어셈블리가 상기 기다란 가요성 구조물로부터 분리될 수 있도록, 상기 유지 부재는, 당김력이 미리 정해진 임계치를 초과하면 상기 인입 헤드 어셈블리를 기다란 가요성 구조물로부터 해제시키도록 구성되어 있는, 인입 헤드 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 미리 정해진 임계치는 15kN 이상인, 인입 헤드 어셈블리.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 미리 정해진 임계치는 150kN 이하인, 인입 헤드 어셈블리.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유지 부재는 상기 당김 축선 주위에 원주 방향으로 배치되는 환형 유지 부분 및/또는 상기 당김 축선 주위에 원주 방향으로 배치되는 복수의 유지 부분을 포함하는, 인입 헤드 어셈블리.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유지 부재는, 상기 기다란 가요성 구조물이 당김 축선을 따라 상기 인입 헤드 어셈블리와 함께 움직일 수 있게 고정되도록 상기 유지 부재의 적어도 일부분이 상기 기다란 가요성 구조물의 일부분과 결합하도록 배치되는 유지 상태, 및 상기 인입 헤드 어셈블리가 당김 축선을 따라 상기 기다란 가요성 구조물로부터 분리될 수 있도록 상기 유지 부재가 상기 기다란 가요성 구조물로부터 결합 해제되는 해제 상태를 갖는, 인입 헤드 어셈블리.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 유지 부재는 상기 유지 상태와 해제 상태 사이에서 탄성적으로 변형 가능한, 인입 헤드 어셈블리.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유지 부재는 탄성 중합 재료를 포함하는, 인입 헤드 어셈블리.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유지 부재는, 상기 당김 축선을 따라 인입 헤드 어셈블리에 가해지는 당김력이 상기 당김 축선 주위에 분산되도록 배치되는, 인입 헤드 어셈블리.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유지 부재는 환형인, 인입 헤드 어셈블리.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유지 부재는, 당김 축선이 연장되어 있는 평면의 상호 반대 측에 배치되는 적어도 2개의 유지 부분을 갖는, 인입 헤드 어셈블리.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 2개의 유지 부분은 당김 축선에 대해 직경 방향으로 서로 반대편에 배치되는, 인입 헤드 어셈블리.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 유지 부분들은 상기 기다란 가요성 구조물로부터 동시에 해제되도록 구성되어 있는, 인입 헤드 어셈블리.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유지 부재는 상기 당김 축선 주위에 원주 방향으로 배치되는 복수의 유지 요소를 포함하는, 인입 헤드 어셈블리.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각 유지 요소는 상기 당김 축선에 대해 반경 방향 외측으로 연장되어 있는, 인입 헤드 어셈블리.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유지 부재는 실질적으로 원추형인 외측 프로파일을 갖는, 인입 헤드 어셈블리.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 유지 부재는 당김 축선을 따라 상기 인입 헤드 어셈블리의 전방부 쪽으로 수렴하는, 인입 헤드 어셈블리.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유지 부재는 당김 축선을 따라 연장되어 있는 내부 원통형 보어를 규정하고, 상기 본체는 상기 보어를 따라 연장되어 있는, 인입 헤드 어셈블리.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유지 부재를 포함하는 인입 헤드 어셈블리의 적어도 일부분은 상기 기다란 가요성 구조물의 일 단부 안으로 삽입되도록 구성되어 있는, 인입 헤드 어셈블리.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 유지 부재를 포함하는 상기 인입 헤드 어셈블리의 일부분은 케이블 보호 시스템을 위한 커넥터의 상기 단부 안으로 삽입되도록 구성되어 있는, 인입 헤드 어셈블리.
  20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기다란 가요성 구조물 내에서 연장되는 제 2 기다란 가요성 구조물을 본체에 연결하기 위한 수단을 더 포함하고, 따라서, 사용시, 인입 헤드 어셈블리가 상기 기다란 가요성 구조물로부터 분리될 때 상기 제 2 기다란 가요성 구조물이 상기 인입 헤드 어셈블리에 연결되어 있는 상태로 유지되는, 인입 헤드 어셈블리.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 제 2 기다란 가요성 구조물은 전력 케이블을 포함하는, 인입 헤드 어셈블리.
  22. 장치로서,
    제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 따른 인입 헤드 어셈블리; 및
    기다란 가요성 구조물을 포함하고,
    상기 기다란 가요성 구조물은 기다란 가요성 요소 및 기다란 가요성 구조물을 지지 구조물에 연결하기 위한 커넥터를 포함하는, 장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 커넥터는 상기 인입 헤드 어셈블리의 유지 요소와 해제 가능하게 결합하도록 구성된 유지부를 포함하는, 장치.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 커넥터는 커넥터의 길이방향 축선을 따라 연장되어 있는 내부 보어를 가지며, 상기 유지부는 상기 보어의 표면에 제공되어 있는 오목부를 포함하는, 장치.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 오목부는 상기 유지 부재의 외측 부분에 대응하는 프로파일을 가지며, 따라서, 사용시, 상기 유지 부재는 상기 오목부와 결합하여 상기 인입 헤드 어셈블리를 상기 기다란 가요성 구조물에 고정시키는, 장치.
  26. 제 22 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기다란 가요성 구조물 내에서 연장되는 제 2 기다란 가요성 구조물을 더 포함하고, 상기 제 2 기다란 가요성 구조물은 상기 본체에 고정되며, 따라서, 인입 헤드 어셈블리가 상기 기다란 가요성 구조물로부터 분리될 때 상기 제 2 기다란 가요성 구조물이 상기 인입 헤드 어셈블리에 연결되어 있는 상태로 유지되는, 장치.
  27. 제 22 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기다란 가요성 요소는 기다란 관형 요소인, 장치.
  28. 기다란 가요성 구조물을 설치하는 방법으로서,
    제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 따른 인입 헤드 어셈블리를 상기 기다란 가요성 구조물의 일 단부에 고정시키는 단계;
    상기 기다란 가요성 구조물이 지지 구조물에 제공되어 있는 커넥터와 접촉하도록 상기 인입 헤드 어셈블리를 상기 기다란 가요성 구조물과 함께 끌어 당겨 상기 지지 구조물과 결합시키는 단계;
    상기 인입 헤드 어셈블리가 상기 기다란 가요성 구조물로부터 해제되도록, 당김 축선을 따라 상기 인입 헤드 어셈블리에 가해지는 당김력을 증가시키는 단계; 및
    상기 인입 헤드 어셈블리를 끌어당겨 그 인입 헤드 어셈블리를 상기 기다란 가요성 구조물로부터 분리시키는 단계를 포함하는, 기다란 가요성 구조물을 설치하는 방법.
  29. 제 28 항에 있어서,
    인입 헤드 어셈블리를 기다란 가요성 구조물로부터 분리시키는 단계에 의해 케이블의 적어도 일부분이 상기 기다란 가요성 구조물 밖으로 끌어 당겨지도록 상기 인입 헤드 어셈블리가 상기 기다란 가요성 구조물 내에 수용되는 케이블에 연결되어 있는, 방법.
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