NO147538B - Boeyeavlastning med variabel stivhet. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en bøyningsavlastning

for avstivning av seksjoner av bøyelige kabler eller rør, hvilken bøyningsavlastning omfatter flere spiralformede avstivningselementer.

De fleste kabler som er konstruert for undersjøisk bruk er_. og.så_ ko ns t r.uer±_ for_-å_ mats-tå... påk~j.enn±ng.ene som f or år sake s av bøyning og endog av bøyning under strekk mens utlegning foregår, men de er vanligvis ikke konstruert for å motstå

ofte gjentatte bøyninger under normal drift. I slike installasjoner hvor kabelen, eller en del av den, vil bli utsatt for stadig gjentatte bøyninger, som f.eks. kabler som fører energi til eller fra flytende plattformer, er det i dag vanlig praksis å installere bøyningsavlastninger for å

begrense bøyningspåkjenningen for hver lengdeenhet av kabelen. Slike bøyningsavlastninger kan fremstilles på mange måter,

men et felles trekk for dem er at de er konstruert slik at den samlede stivhet til selve kabelen og bøyningsavlastningen reduseres gradvis fra det punkt hvor kabelen er fastspent i en bestemt stilling. Et typisk eksempel på en slik bøynings-avlastning er de som markedsføres under navnet Everflex og fremstilles av Preformed Line Products i Cleveland, Ohio.

Disse bøyningsavlastninger består av en støpt avstivnings-struktur tilpasset kabeldimensjonen og armert med helisk tildannede avstivningselementer av stål.

For at en slik bøyningsavlastning skal være effektiv,

må den være skreddersydd til en spesiell kabeltype og også

være skreddersydd til et gitt mønster av bøyepåkjenninger.

Av denne grunn er ikke disse avlastninger alt for velegnet i installasjoner hvor bøyepåkjenningene forandrer seg drastisk med tiden. I anlegg hvor kablene benyttes for å bringe elektrisk kraft i land fra flytende plattformer (hvor elek-trisiteten genereres, f.eks. v.hj.a. naturgassforekomster eller v.hj.a. ulikheter i vanntemperaturen i forskjellige dybde (OTEC)), vil kabelen i lange perioder bare utsettes for små bøyepåkjenninger, skjønt antall bøyesykluser vil være svært stort. Imidlertid må kabelen av og til, f.eks.

når vinden eller strømmen skifter retning, også kunne tåle én eller et lite antall bøyepåkjenninger, med meget større utslag, hvoretter påkjenningene atter reduseres betydelig pr. bøyning mens antall bøyesykluser atter økes.

Et stålrør med en veggtykkelse som er jevnt avsmalnende, vil utgjøre en utmerket bøyningsavlastning for bøyevinkler som er så små at elastisitetsgrensen til stålet ikke over-skrides. En slik løsning vil imidlertid være ganske upraktisk for det lille antall store avbøyninger som leilighetsvis må frnne~ - stecP. STike~ store* avbøyn±ngerr ærenv kabel-.. f<p>r.s-bex-Jcefe-med et jevnt avsmalnende stålrør ville ubetinget forårsake knekk eller skader på stålrør eller kabel. ;Formålet med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en ny bøyningsavlastning som ikke er belemret med ulempene til de tidligere kjente bøyningsavlastninger, og dette oppnås ved å fremstille bøyningsavlastningen med variabel og styrbar stivhet. Stivheten kan innstilles på en meget høy verdi når bøyevinklene eller utslagene på bøyepåkjenningen er så små at det ikke er noen fare for knekkdannelser, ikke en gang ved denne store stivhet, og stivheten reduseres tilsvarende for å kunne ta hånd om et mindre antall store avbøyninger som ellers ville føre til knekkdannelser i bøyningsavlastningen. ;Oppfinnelsen vil særlig være nyttig for undersjøiske kabler som er fremstilt med en isolasjon som består av papir påført i form av strimler viklet helisk omkring lederen og impregnert med olje, og hvor denne oljeimpregnerte papirvikling er omgitt av en kappe av bly eller blylegering. Slike kabler kan, når de utstyres med en egnet armering, oppta betydelig bøyepåkjenninger uten å skades, slik som den må gjøre når den lagres mellom de ulike produksjonstrinn og også under utlegningsprosessen, men kabler av denne type er ømtålelige på den måten at de relativt lett utvikler myke punkter i isolasjonen og sprekkdannelser i blykappen dersom den utsettes for et stort antall bøyepåkjenninger, selv om disse har bare relativt små amplituder..;Dersom kabler av denne konvensjonelle type skal føres til eller fra flytende plattformer, er det helt avgjørende at påkjenningene på blykappen holdes innenfor svært snevre toleranser, slik at dersom antall,, bøyningssykluser kabelen utsettes for er stort, må bøyningsamplituden være liten, ;mens den vil tolerere store utbøyninger dersom disse bare inntreffer leilighetsvis. ;Selv en undersjøisk kabel som føres fra en landinstallasjon til en annen landinstallasjon kan utsettes for stadig gjentatt bøyning, nemlig hvis den må repareres og kabelen holdes i nedhengende stilling fra reparasjonsskipet i et betydelig tidsrom under reparasjonsarbeidet. Når det angår h.ø.ysp.en±.e._ Like.spennin.g_s- eller vekselspenningskabler av ovennevnte papir/bly-type, kan reparasjonene vare så lenge som én uke. Mens kabelen henger ned fra skipets baughjul, utsettes kabelen for det høyeste strekk-på det-punktet hvor kabelen forlater baughjulet. Det ville da være fordelaktig å ha en bøyningsavlastning anbragt slik at den strekker seg godt opp over plaskesonen til kabelen slik at også bevegelser som skyldes bølger som virker på kabelen kan få en redusert effekt og ikke forårsake lokal bøyning i tillegg til bøyningen som forårsakes av skipets egne bevegelser. I dette tilfelle vil en bøyningsavlastning med variabel stivhet være en stor hjelp, da det vil være vanskelig å få ført en bøyningsavlast-ning med fast stivhet over baughjulet. Hvis bøyningsavlast-ningen derimot har variabel stivhet, vil den lett kunne føres fram over baughjulet i myk, ettergivende tilstand, og så snart kabelen er kommet i riktig posisjon for reparasjonsarbeide, kan stivheten til bøyningsavlastningen innstilles til sin maksimalverdi for å beskytte kabelen. Stivheten kan også reduseres midlertidig dersom vindforholdene eller strømfor-holdene fører til et ønske om å vende reparasjonsskipet og dermed utsette kabelen for en éngangspåkjenning med større amplitude. ;De ovenfor oppnådde formål nås ved å utforme bøyningsav-lastningen i overensstemmelse med de nedenfor fremsatte patentkrav. Stivheten til konstruksjonen økes ganske enkelt ved å blåse opp eller øke volumet på et ekspanderbart legeme, som f.eks. en gummislange, slik at den vil skape et trykk både mot armeringen til kabelen og mot avstivningselementene i bøyningsavlastningen. Virkningen denne vil ha på kabelen vil være større dersom den har to lag armeringstråder eller armeringsbånd, og disse er påført helisk, men med motsatt slagretning. Når trykket i det utvidbare legemet økes, vil de to armeringslagene søke å låse seg mot hverandre og dermed vil stivheten til selve kabelen Øke tilsvarende. Det meste av den økede stivhet vil imidlertid komme fra selve bøyningsav-lastningen, både på grunn av de avstivningselementer som foreligger i denne og som også kan være påført helisk med motsatte slagretninger, da disse har større tverrsnitt og kan være fremstilt av stål med bedre styrkeegenskaper, men også fordi de befinner seg lenger fra kabelens bøyningsakse. EQr.æ øket. vxrknsLngeiE.tll. de*-, ekspander-ter legemet yt teri Lg ete, er avstivningselementene i bøyningsavlastningen i henhold til en spesiell utførelse av foreliggende oppfinnelse med hensikt gitt en ru overflate slik at trådene eller båndene har en større tendens til å låses mot trådene eller båndene til neste lag. De forskjellige lag av stålelementer vil p.g.a. innbyrdes friksjonslåsing i virkeligheten virke omtrent på samme måte som et stålrør, ihvertfall for de minste bøyepåkjenninger. For en bøyningsavlastning som gjøre bruk av foreliggende opppfinnelse, vil det være særlig ønskelig å redusere trykket i det ekspanderbare legemet før bøyning med større utsving påbegynnes, da den ru overflaten til avstivningselementene ellers snart vil bli glattslipt.

I henhold til en annen utførelse av foreliggende oppfinnelse som vil være særlig nyttig under ovennevnte repara-sjonsprosedyre, erstattes det dobbeltveggede gummirøret med et rør med mindre diameter som vikles helisk omkring kabelen før bøyningsavlastningen trekkes på plass. Den store klaring som derved kan tillates mellom kabelen og selve bøyningsavlast-ningen, vil særlig være nyttig når man skal føre kabelenden gjennom bøyningsavlastningen før en skjøteoperasjon påbegynnes. En annen ytterligere fordel med denne utførelsen er at spiralen som den flatklemte gummislangen danner rundt kabelen, kan gjøres mer eller mindre åpen, dvs. gis øket slaglengde mot de to endene av bøyningsavlastningen, noe som fører til at låseeffekten til bøyningsavlastningen gradvis vil reduseres mot bøyningsavlastningens to ender. Endelig kan et trykkelement i form av en slik påviklet flatklemt slange benyttes sammen med en bøyningsavlastning som er hengslet og kan settes sideveis inn på kabelen istedenfor å tres inn på samme.

Justeringen av stivheten til bøyningsavlastningen kan styres manuelt, f.eks. basert på navigeringsberegninger fra kabelreparasjonsskipet eller den flytende plattform. I henhold til en spesiell utførelse av foreliggende oppfinnelse kan justeringen foretas automatisk og da under styring av sensorer som er bygget inn i selve bøyningsavlastningen. Et slikt system vil virke på en slik måte at trykket i den oppblåsbare gummislangen blir redusert i overensstemmelse med et forutbestemt program når bøyepåkjenningene overskrider et forutbestemt nivå. Så snart bøyepåkjenningene Øker, vil trykket reduseres, men så snart økningen innenfor et forutbestemt tidsintervall har falt under en annen forutbestemt verdi, vil trykket på ny økes. Disse forandringer tilsvarer en forskyvning av en plattform eller et skip. Dersom den høye påkjenningen forårsakes av en syklisk bøyning, bør dette utløse en alarm for å indikere ønskeligheten av at man overtar med manuell styring.

Foreliggende oppfinnelse kan med fordel benyttes i forbindelse med utstyret som er beskrevet i norsk patent nr. 138\973, som også tar sikte på å redusere eller fordele bøyepåkjenningene så jevnt som mulig over en viss kabellengde. I henhold til dette patentet oppnås dette ved å fastspenne kabelen ved visse intervaller og å sørge for at enhver beve-gelse av disse fastspenningssteder koordineres på en slik måte at man får en minimal bøyepåkjenning pr. lengdeenhet. Ved å introdusere bøyningsavlastninger i henhold til foreliggende oppfinnelse ved hvert fastspenningspunkt som er omtalt i dette tidligere patent, vil man få en enda bedre styring av bevegelsen til kabelen enn dersom oppfinnelsen i henhold til norsk patent nr. 138.973 skulle benyttes alene.

Foreliggende oppfinnelse kan også benyttes i forbindelse med flytebøyen som er beskrevet i US pat. nr. 4.048.686

(S. Ege). En foreslått anvendelse av denne flytebøyen er å hjelpe til med avlastning av strekket i en kabel under en

kabelreparasjon slik som beskrevet ovenfor. Ved å avlaste f.eks. 7 5% av strekket i kabelen, vil faren for å få for store strekkpåkjenninger i kabelen på det stedet hvor den forlater baughjulet, være betydelig redusert. Det stedet hvor flytebøyen festes til kabelen kan imidlertid også bli utsatt for kraftige bøyepåkjenninger, noe som igjen ville bli redusert ved bruk av en bøyningsavlastning i henhold til foreliggende oppfinnelse ved det stedet hvor bøyen er festet til kabelen. I de tilfeller hvor kabelen danner en ganske liten vinkel med horisontalplanet på det sted hvor flytebøyen er festet, kan bøyningsavlastningen endog utgjøre et organ for å klamre flytebøyen til kabelen, særlig i de tilfeller hvor friksjonen mellom kabeloverflaten og gummislangen i opp-blåst tilstand er tilstrekkelig til å hindre at bøyningsav-lastningen glir langsetter kabelen.

Endelig skal nevnes at en noe spesiell anvendelse av foreliggende oppfinnelse vil være der hvor kabelen er instal-lert i et såkalt J-rør, en installasjonsmetode som er svært vanlig i fralandsplattformer av den type som hviler på havbunnen. Dette røret har imidlertid en innvendig diameter som er betydelig større enn den utvendige diameteren til kabelen. J-røret vil i seg selv utgjøre en ypperlig kabelav-lastning, hvis man bare ville være sikker på at kabelen ville følge med i stålrørets bevegelser. Dette er dessverre ikke tilfelle, særlig ikke nederst i J-røret, hvor røret og kabelen normalt vil være nedgravet i havbunnen. I dette tilfellet kan oppfinnelsen benyttes både for å øke stivheten til kabelen og for å sikre at den bøyning som foregår følger bøyningen av selve røret. For å oppnå dette, kan en bøynings-avlastning i henhold til foreliggende oppfinnelse utstyres med en ekspanderbar gummislange også utenfor selve bøynings-avlastningen .

Ifølge en ytterligere utførelse av foreliggende oppfinnelse kan stivheten til bøyningsavlastningen gjøres permanent ved å blåse opp eller ekspandere det ekspanderbare legemet v.hj.a. en væske som herder etter noen tid. Dette kan f.eks. oppnås ved å fylle det ekspanderbare legemet med en epoxyharpiks og tilsette denne en herder rett før epoxyen pumpes inn i slangen, men en hvilken som helst annen kjent væske som kan herde, kan selvsagt også benyttes.

For ytterligere å bedre stivheten kan en herdende masse

også pumpes inn mellom avstivningselementene i bøyningsavlast-ningen slik at man får en fullstendig fastlåsning av de he-

liske avstivningselementer, og dermed fås en elastisk struktur hvor avstivningselementene kan sies å opptre som armeringsele-menter.

Denne sistnevnte versjon av bøyningsavlastningen vil

særlig være nyttig for kabler som skal legges ut på et område hvor havbunnen er slik at man ikke kan garantere at kabelen vil ligge i kontakt med havbunnen langs hele sin lengde. Dersom spennet er lite, vil man kunne avstive hele det frie spennet, men selv hvor lengre spenn forekommer, vil det være stor hjelp i å avstive kabelen ved begge ender av den fritthengende kjedelinje.

For å gi en klarere forståelse av foreliggende oppfinn-

else, vises til nedenstående detaljerte beskrivelse av flere utførelseseksempler, samt til de ledsagende tegninger, hvor: fig. 1 skjematisk viser en utførelse av foreliggende oppfinnelse,

figurene 2 A-D viser ulike måter for oppbygging av det ekspanderbare legemet, og

fig. 3 viser skjematisk arrangementet for en bøyningsavlast-

ning i henhold til foreliggende opppfinnelse anbragt omkring en rørseksjon eller en kabelseksjon.

I fig. 1 er det vist en kabelkjerne 1 som er forsynt

med armeringslag 2 bestående av heliske påførte armeringsele-menter påført med to ulike vikleretninger. Elementene kan være flate bånd som vist på figuren eller runde tråder.

Over armeringen 2 er det vanligvis anbragt to eller flere beskyttende kapper 3. Kabelkonstruksjonen er imidlertid av mindre betydning her, fordi en hvilken som helst kabel eller et hvilket som helst rør kan benyttes sammen med en bøynings-avlastning i henhold til foreliggende oppfinnelse. Bøynings-avlastningen 4 består av minst to sett av avstivningselementer 5 og 6, samt et ekspanderbart legeme 7. Disse komponentene x kan være anbragt på en indre fleksibel men stabiliserende kappe 8 eller en lignende bærekonstruksjon anbragt under det ekspanderbare legeme 7, og det er dessuten anbragt en ytre kappe 9 e.l. over avstivningselementene 5, 6. Denne ytre kappen bør være slik at den har omtrent samme bøyestivhet som kappene som inngår i kabelen 1, 2, 3, eller veggen til røret som skal betjenes, og den skal dessuten være i stand til å motstå radielle krefter som utøves av det ekspanderbare legemet 7. Når det ekspanderbare eller oppblåsbare legemet 7 utvides v.hj.a. trykk-gass eller -væske, vil det føre til et trykk mot avstivningselementene 5, 6 (og også

mot armeringslagene 2). Etter hvert som trykket øker, vil avstivningselementene presses sammen og øke friksjonen mellom de to settene med elementer 5, 6 inntil bøyningsav-lastningen fastlåses i en stivnet tilstand. Trykket som utøves fra det ekspanderbare legemet, vil også resultere i en øket friksjon mellom armeringslagene 2, slik at stivheten til selve kabelen også kan bli påvirket i noen grad.

Den ytre kappen 9 er fortrinnsvis fremstilt av stål-eller metallbånd som er viklet med en kort slaglengde for å gi den ønskede bøyelighet, og disse båndene er fortrinnsvis innleiret i en kappe av gummi eller plast, eventuelt sammen med stålbånd med relativt stor slaglengde for å gi bøyningsav-lastningen den nødvendige styrke i langsgående retning.

Bøyningsavlastningen 4 kan fremstilles som en integrert enhet bygget opp omkring en indre, stabiliserende kappe 8

som nevnt ovenfor, idet denne indre kappe har en indre diameter som er større enn den ytre diameter til kabelen 1,

2, 3 eller røret.

For å øke friksjonen mellom lagene av avstivningselementer 5, 6 slik at man får den ønskede stivhet til bøynings-avlastningen 4, kan avstivningselementene 5, 6 være forsynt med uregelmessige korrugeringer på de mot hverandre vendende kontaktflater slik at avstivningselementene (to eller flere) kan låses i en hvilket som helst ønsket posisjon.

I fig. 1 er avstivningselementene 5, 6 vist viklet med motsatt slagretning. Alternativt kan avstivningselementene være viklet med samme slagretning, men da med forskjellig slaglengde. Så lenge som avstivningselementene krysser hverandre relativt ofte, la oss f.eks. si innenfor hver halvmeter, kan en justerbar stivhet i konstruksjonen oppnås. Dette siste alternativet er antydet i fig. 2 A.

Det ekspanderbare legemet 7 er i fig. 1 vist i form av en dobbeltvegget slange. En alternativ utførelse er vist i fig. 2 A, hvor det ekspanderbare legemet består av en enkelt slange 10, som er innlagt helisk eller longitudinelt i strukturen, og som, når den blåses opp, vil gi øket friksjon og minst en delvis sammenbinding av de avstivningselementer som inngår i strukturen.

I fig. 2 B er det vist et ékspanderbart legeme som består av flere slanger 11, som kan blåses opp individuelt eller som en enhet dersom slangene er innbyrdes forbundet. Disse slangene 11 kan være anbragt parallelt med aksen til bøyningsavlastningen eller viklet helisk omkring denne, i begge tilfeller fortrinnsvis med en innvendig fleksibel stabiliserende kappe 8 som en støtte-struktur for hele slangearrangementet.

I fig. 2 C er det vist hvordan en slange 12 kan vikles helisk omkring den indre støttestruktur for å utgjøre det ekspanderbare legemet 4, og i fig. 2 D er det vist hvordan slangen 12 kan vikles med variabel slaglengde for å gi større fleksibilitet- i enkelte- områder- av bøyn±ngsav_iffs=tnringenr. enn-andre. Redusert stivhet og større fleksibilitet kan f.eks.

i enkelte tilfeller, være ønskelig ved avslutningen av bøyningsavlastningen.

I fig. 3 er det skjematisk vist en bøyningsavlastning 4 anbragt omkring en kabel 1, 2, 3 eller et rør på et sted hvor bøyepåkjenningen på kabelen eller røret skal kontrolleres. Sensorer for avføling av bøyepåkjenningen (ikke vist på figuren) og forsynt med tilkoblingstråder 20 kan være anbragt på kabelen eller røret eller inne i bøyningsavlastningen for å fremskaffe informasjonssignaler til en styringsenhet 21 slik at en kom-pressor eller en ventil 22 til en gass-sylinder kan energiseres manuelt eller automatisk for å gi det ønskede gass- eller væske-trykk' i det ekspanderbare legemet 7, gjennom et væske/gass-inntak 23 som vist.

I enkelte tilfeller kan det være ønskelig å påføre bøynings-avlastningen 4 i to trinn, idet man først anbringer den innerste, ekspanderbare delen 7, og deretter trekker den ytre strukturen 24 omfattende avstivningselementene 5, 6 og ytre kapper 9 omkring legemet 7. En slik prosedyre vil forenkle fjerningen av legemet 7 etter bruk, særlig dersom dette legemet er av den typen som er vist i fig. 2. I tillegg kan den ytre strukturen da være av hengslet type eller være splittet med flenser eller andre låseorganer, slik at den kan fjernes fullstendig, sideveis fra kabelen eller røret etter bruk.

Claims (10)

1. Bøyningsavlastning for avstivning av seksjoner av bøyelige kabler eller rør, hvilken bøyningsavlastning omfatter flere helisk tildannede avstivningselementer, karakterisert ved at den omfatter minst to sett med avstivnings-elemen.ter.__C5, 6) samt minst..e.t.t ekspanderbart legeme (7) som er anbragt mellom arrangementet av avstivningselementer og kabelen/ røret, slik at det ekspanderbare legemet, når det er ekspandert, presser avstivningselementene mot hverandre, hvorved stivheten til bøyningsavlastningen økes.

2. Bøyningsavlastning ifølge krav 1, karakterisert ved at tilgrensende sett med avstivningselementer (5, 6) er viklet med motsatt slagretning.

3. Bøyningsavlastning ifølge krav 2, karakterisert ved at avstivningselementene (5, 6) er forsynt med korrugeringer e.l. for å øke friksjonen mellom settene med avstivningselementer .

4. Bøyningsavlastning ifølge krav 3, karakterisert ved at korrugeringene er anbragt i et uregelmessig mønster slik at når det ekspanderbare legemet ekspanderes, vil avstivningselementene låses innbyrdes ved vilkårlige posisjoner.

5. Bøyningsavlastning ifølge krav 1, karakterisert ved at det ekspanderbare legemet (7) består av et dobbeltvegget rør eller en dobbeltvegget slange som kan ekspanderes eller blåses opp v.hj.a. en væske eller en gass.

6. Bøyningsavlastning ifølge krav 1, karakterisert ved at det ekspanderbare legemet (7) består av én (10) eller flere fleksible slanger (11) som kan anbringes longitudinelt eller vikles helisk inne i bøyningsavlastningen.

7. Bøyningsavlastning ifølge krav 6, karakterisert ved at de(n) fleksible slangen er viklet med lengre slaglengde mot avslutningene av bøyningsavlastningen enn i den resterende delen av bøyningsavlastningen.

8. Bøyningsavlastning ifølge krav 1, karakterisert ved at arrangementet av avstivningselementer (5, 6, 9) og det ekspanderbare legemet (7) fremstilles som separate enheter som kan anbringes på kabelen/røret i adskilte operasjoner.

9. Bøyningsavlastning ifølge krav 1, karakterisert ved at den er forsynt med trykkavfølende sensorer som er koblet til utvendige trykkstyringsorganer (21, 22, 23).

10. Bøyningsavlastning ifølge krav 1, karakterisert ved at den helt eller delvis er av en oppsplittbar type.