NO20130940A1

NO20130940A1 - Forbedret Tretthet Levetid for dynamiske umbilikaler og kabler.

Info

Publication number: NO20130940A1
Application number: NO20130940A
Authority: NO
Inventors: Lars-Øyvind Moen; John Hang
Original assignee: Nexans
Priority date: 2013-07-05
Filing date: 2013-07-05
Publication date: 2015-01-06
Also published as: NO337776B1

Abstract

En umbilikal for undersjøiske applikasjoner omfattende minst ett langsgående, internt element (1) og en omkringliggende mantel (2), den omkringliggende mantelen er utformet ved ekstrudering, og nevnte interne element er passende for transport av fluider, elektrisk kraft eller signaler, eller for å bære belastninger, der den omkringliggende kappen omfatter minst to eksterne ribber (3) som er en ekstrudert del av den omkringliggende kappen (2), der ribbene strekker seg langs en lengde av umbilikalen, og en fremgangsmåte for fremstilling derav, er tilkjennegitt.

Description

Oppfinnelsens område

Foreliggende oppfinnelse vedrører fagområdet for undersjøiske umbilikaler og kabler, og mer spesifikt forbedring av materialtretthetslevetiden til slike umbilikaler og kabler omfattende oppsett for undertrykkelse av virvelinduserte vibrasjoner

(VIV).

Bakgrunn

På fagområdet for undersjøiske applikasjoner forårsaker virvelinduserte vibrasjoner som induseres på umbilikaler og kabler ytterligere strekk eller belastning. Disse vibrasjonene skyldes strømmen av sjøvann og minsker materialtretthetslevetiden til umbilikalene eller kablene. På fagområdet finnes det flere teknikker som blir benyttet for å svekke effekten av VIV. En vanlig teknikk er å strømlinjeforme den strukturelle geometrien til umbilikalen slik at virvel-avløsning «shedding» blir svekket eller undertrykt. For å oppnå slik strømlinjeforming er umbilikalen f.eks. utstyrt med strømlinjebekledning. I stedet for å strømlinjeforme umbilikalen eller kabelen er en annen fremgangsmåte å forstyrre virvel dannelsen og avløsningsprosessen, og inkluderer introduksjonen av ulike typer ribber, ofte kalt plategang «strakes» eller lameller «slats», i tillegg til spoilerplater. Avhengig av mønstret eller oppsettet av ribbene blir virveldannelsen forstyrret via ulike mekanismer. Såkalte heliske plateganger oppnår denne forstyrrelsen ved skadelig å påvirke opprullingen av skjærelag «shear layer roll up», mens aksiale lameller og spoilerplater oppnår en liknende effekt ved å danne flere mindre virvler.

Tradisjonelt blir undertrykkelsen av virvelinduserte vibrasjoner for å øke stabilitet og/eller redusere materialtretthet oppnådd ved å montere på VIV-undertrykkende oppsett slik som strømlinjebekledning, heliske plateganger, bånd, aksiale lameller, spoilerplater osv., i en separat prosess, dvs., separat fra prosessen for fremstilling av umbilikalen eller kabelen.

Monteringen av slike innretninger som en separat prosess er ikke kostnadseffektiv og øker produksjonstiden. Videre kan de separat monterte VIV-undertrykkende oppsettene forårsake økt belastning på umbilikalen eller kabelen og føre til redusert materi altretthetsl eveti d.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe umbilikaler/kabler som har VIV-undertrykkene oppsett som lindrer i det minste noen av problemene med løsningene i den kjente teknikken.

Oppsummering av oppfinnelsen

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer umbilikaler/kabler (heretter betegnet umbilikaler) der de VIV-undertrykkende oppsettene (slik som lameller, spoilerplater og heliske plateganger) er utformet som en integrert del av den ytre mantelen til umbilikalen. Denne integreringen blir oppnådd ved å ekstrudere de VIV-undertrykkende oppsettene som en del av den ytre mantelen til umbilikalen. På denne måten blir et VIV-oppsett som både er økonomisk og som krever lite vedlikehold oppnådd. Oppfinnelsen er ytterligere definert i det følgende og ved de tilhørende kravene.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en umbilikal for undersjøiske applikasjoner som omfatter minst ett langsgående, internt element, og en omkringliggende mantel, og der den omkringliggende mantelen er utformet ved ekstrusjon, og nevnte element er passende for frakt av fluider, elektrisk kraft eller signaler, eller for å bære belastninger, der den omkringliggende mantelen omfatter minst to eksterne ribber som er en ekstrudert del av den omkringliggende mantelen, der ribbene strekker seg langs en lengde av umbilikalen.

Ribbene kan være vesentlig parallelle med eller vinklet i forhold til den langsgående retningen til umbilikalen.

I ett aspekt av foreliggende oppfinnelse er ribbene kontinuerlige langs lengden av umbilikalen. I slike aspekter kan ribbene eventuelt være utformet som en strømlinjebekledning eller vinge.

I et ytterligere aspekt av oppfinnelsen er ribbene diskontinuerlige langs lengden ved å være delt i flere ribbeseksjoner med avstand mellom. Ribbeseksjonene kan ha avstand til hverandre ettersom det passer, og er fortrinnsvis utformet som spoilerplater, men kan også være utformet som bånd, strømlinjebekledning eller vinger.

I ett aspekt av oppfinnelsen er høyden på ribbene, i en retning perpendikulær på senterlinjen til umbilikalen, variabel langs lengden av umbilikalen.

I et aspekt av oppfinnelsen omfatter den omkringliggende mantelen på umbilikalen flere ribber. Ribbene er fortrinnsvis jevnt fordelt rundt omkretsen av umbilikalen. Aksiale lameller blir dannet når den omkringliggende mantelen omfatter flere kontinuerlige ribber.

I et aspekt av oppfinnelsen er ribben og den omkringliggende mantelen ekstrudert det samme materialet, der materialet er ethvert passende polymermateriale slik som PVC, PE, LC, ulike termoplastiske elastomerer (TPE) eller PA.

I et aspekt av foreliggende oppfinnelse er ribben og den omkringliggende mantelen ko-ekstrudert i materialer som har ulike egenskaper. Materialene kan ha ulike mekaniske, fysiske eller kjemiske egenskaper, avhengig av hvilken effekt som er ønskelig. F.eks. kan ribben og mantelen bli fremstilt i PE (polyetylen), men egenskapene til PE benyttet i ribben kan være forskjellig fra egenskapene til PE benyttet i den omkringliggende mantelen. Andre materialer inkluderer ethvert passende polymermateriale slik som PVC (polyvinylklorid), LC (flytende krystall)- polymerer, ulike termoplastiske elastomerer (TPE) eller TPA (polyamider). Slik kan ribben bli ekstrudert i et materiale som er mer fleksibelt enn materialet i mantelen, eller i et materiale som er mer rigid enn materialet i mantelen. Det eneste kravet er at materialet i ribben og materialet i den omkringliggende mantelen er kompatible for ko-ekstrudering.

I ett aspekt av foreliggende oppfinnelse er høyden på ribbene, i en perpendikulær retning på senterlinjen til umbilikalen, mellom 0,05xD og 12xD, der D er den ytre diameteren til den omkringliggende mantelen uten ribbene.

I ett aspekt av foreliggende oppfinnelse er bredden på ribbene konstant, eller kan variere. Bredden kan f.eks. øke eller minske avhengig av avstanden til den omkringliggende mantelen, dvs., det transverse tverrsnittet til ribben kan f.eks. være vesentlig trekantet eller rektangulært.

I et foretrukket aspekt av oppfinnelsen er det transverse tverrsnittet til den omkringliggende mantelen vesentlig symmetrisk. For å oppnå et slikt tverrsnitt kan ribbene være jevnt fordelt på den omkringliggende mantelen. Et symmetrisk tverrsnitt er svært foretrukket på grunn av følgende: under ekstrudering av den omkringliggende mantelen vil en ikke-symmetrisk ekstruderingshodedyse, som er nødvendig for oppnåelse av en omkringliggende mantel som har en ikke-symmetrisk omkringliggende mantel, føre til en mantel som har en svært ujevn tykkelse. Et spesifikt eksempel på problemer som oppstår ved å benytte en ikke-symmetrisk ekstruderingshodedyse vil være i fremstillingen av en omkringliggende mantel som har kun én ribbe. Under ekstrudering av en slik mantel vil materialet som benyttes til å danne mantelen bli skjøvet mot siden av mantelen der ribben dannes og mantelen på motsatt side av ribben vil bli svært tynn. En slik ujevn tykkelse vil være ødeleggende for materialtretthetslevetid for umbilikalen eller kabelen. I konteksten av foreliggende søknad er tverrsnittet ansett å være symmetrisk dersom det oppviser speilsymmetri i relasjon til mer enn ett plan som er perpendikulært på, og som passerer gjennom sentrum av, tverrsnittet.

Oppfinnelsen tilveiebringer ytterligere en fremgangsmåte for fremstilling av umbilikaler for undersjøiske applikasjoner. Fremgangsmåten omfatter trinnet: - ekstrudering av en mantel på en umbilikalkjerne, der nevnte mantel har minst to eksterne ribber, der hver ribbe er en ekstrudert del av mantelen og som strekker seg langs en lengde av umbilikalen.

I et aspekt av fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse omfatter nevnte fremgangsmåte ytterligere trinnet: - fjerne deler av ribbene for å danne ribbeseksjoner med avstand til hverandre.

Denne fremgangsmåten som er tilveiebrakt ved foreliggende oppfinnelse kan bli benyttet til å utforme ulike VIV-undertrykkende oppsett som en integrert del av den omkringliggende mantelen, slik som heliske plateganger, aksiale lameller og spoilerplater.

I et foretrukket aspekt av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er ribbene jevnt fordelt rundt omkretsen av umbilikalen eller kabelen.

Uttrykket umbilikal er slik det benyttes i foreliggende søknad ment å skulle dekke kabler slik som strømkabler og belastningsbærende kabler, i tillegg til den vanlig benyttede betydningen der en umbilikal kan omfatte flere elementer, slik som strømfaser, belastningsbærende elementer, optiske fibre, hydraulikkfluid og liknende.

Uttrykket «ribbe» er ment å skulle omfatte enhver langsgående utstikker som strekker seg langs lengden av umbilikalen. Tverrsnittet av ribben kan være rektangulært, trapesformet, trekantet eller halvsirkulært.

Kort beskrivelse av tegningene

Foreliggende oppfinnelse blir beskrevet i større detalj med referanse til de følgende tegningene. Figur 1 viser en umbilikal omfattende et flertall av rette ribber som er kontinuerlige langs lengden av umbilikalen. Figur 2 viser en umbilikal som omfatter et flertall av rette ribber som er diskontinuerlige langs lengden av umbilikalen.

Figur 3 viser ulike tverrsnitt for ribbene.

Figur 4 viser en umbilikal som omfatter to ribber som er vinklet i forhold til den langsgående retningen av umbilikalen. Figur 5 viser en umbilikal som omfatter fire ribber som er vinklet i forhold til den langsgående retningen av umbilikalen.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

Et transvers tverrsnitt av umbilikalen som har en ytre mantel 2 omfattende flere langsgående ribber 3 er vist på figur 1. Den ytre mantelen omgir en kjerne som omfatter ulike elementer 1 som er passende for frakt av fluider, elektrisk kraft eller signaler, eller for å bære belastninger. En sidefremstilling av umbilikalen viser ribbene 3 som er kontinuerlige langs lengden av umbilikalen.

En ytterligere utførelsesform av oppfinnelsen er vist på figur 2. Som i umbilikalen vist på figur 1 viser det transverse tverrsnittet av umbilikalen en ytre mantel 2 som omfatter flere langsgående ribber 3. Den ytre mantelen omgir en kjerne som omfatter ulike interne elementer 1 som er passende for å frakte fluider, elektrisk kraft eller signaler, eller for å bære belastninger. En sidefremstilling av umbilikalen viser hver ribbe 3 som diskontinuerlige, som danner ribbeseksjoner 4 med avstand.

Et antall ulike design for ribber er vist på figur 3. Tegningene viser tverrsnittet for disse designene perpendikulært på den langsgående retningen av ribben. Bredden på ribbene kan dermed være konstant, eller kan variere. Bredden kan f.eks. øke eller minske avhengig av avstanden til den omkringliggende mantelen ved f.eks. å ha et tverrsnitt med trekantet eller trapesformet form.

En foretrukket utførelsesform av en umbilikal er vist på figur 4. Den ytre mantelen 2 har to langsgående ribber 3 anbrakt på motsatte sider av umbilikalen, dvs., ribbene er anbrakt for å tilveiebringe et symmetrisk transvers tverrsnitt. Ribbene er vinklet i forhold til den langsgående retningen av umbilikalen for å danne to separate helikser rundt omkretsen av umbilikalen.

En utførelsesform av oppfinnelsen som omfatter fire langsgående ribber 3 er vist på figur 5. Ribbene er jevnt fordelt rundt omkretsen av umbilikalen for å gi en ytre mantel 2 med et symmetrisk transvers tverrsnitt. Som i utførelsesformen vist på figur 4 er ribbene vinklet i forhold til den langsgående retningen av umbilikalen, og danner i dette tilfellet fire separate helikser rundt omkretsen av umbilikalen.

Claims

1. Umbilikal for undersjøiske applikasjoner omfattende minst ett langsgående internt element (1) og en omkringliggende mantel (2), den omkringliggende mantelen er utformet ved ekstrusjon, og nevnte interne element er passende for overføring av fluider, elektrisk kraft eller elektriske signaler, eller for å bære belastninger, der den omkringliggende mantelen omfatter minst to eksterne ribber (3) som er en ekstrudert del av den omkringliggende mantelen (2), der ribbene strekker seg langs en lengde av umbilikalen.

2. Umbilikal ifølge krav 1, der hver ribbe er kontinuerlig langs lengden av umbilikalen.

3. Umbilikal ifølge krav 1, der hver ribbe er diskontinuerlig langs lengden ved å være delt i flere ribbeseksjoner (4) med mellomrom.

4. Umbilikal ifølge krav 3, der ribbeseksjonene (4) er utformet som spoilerplater (4).

5. Umbilikal ifølge ethvert av de foregående krav, der høyden på hver ribbe, i en retning perpendikulært på senterlinjen til umbilikalen, er variabel langs lengden av umbilikalen.

6. Umbilikal ifølge ethvert av de foregående krav, der hver ribbe og den omkringliggende mantelen er ekstrudert i det samme materialet, der materialet er ethvert passende polymermateriale slik som PVC, PE, LC, TPE og PA.

7. Umbilikal ifølge ethvert av de foregående krav, der hver ribbe og den omkringliggende mantelen er ko-ekstrudert i materialer som har ulike egenskaper.

8. Umbilikal ifølge krav 7, der hver ribbe er ekstrudert i et materiale som er mer fleksibelt enn materialet i mantelen.

9. Umbilikal ifølge krav 7, der hver ribbe er ekstrudert i et materiale som er mer rigid enn materialet i mantelen.

10. Umbilikal ifølge ethvert av de foregående krav, der høyden på hver ribbe, i en perpendikulær retning på senterlinjen til umbilikalen, er mellom 0,05xD og 12xD, der D er den ytre diameteren til den omkringliggende mantelen uten ribber.

11. Umbilikal ifølge ethvert av de foregående krav, der bredden på hver ribbe øker eller minsker i forhold til avstanden fra den omkringliggende mantelen.

12. Umbilikal ifølge ethvert av de foregående krav, der det transverse tverrsnittet på hver ribbe er trekantet eller rektangulært.

13. Umbilikal ifølge ethvert av de foregående krav, der tverrsnittet på den omkringliggende mantelen, der tverrsnittet er perpendikulært på den langsgående retningen av umbilikalen, er vesentlig symmetrisk.

14. Umbilikal ifølge ethvert av de foregående krav, der hver ribbe er vesentlig parallell eller vinklet i forhold til den langsgående retningen av umbilikalen.

15. Fremgangsmåte for fremstilling av umbilikaler for undersjøiske applikasjoner, omfattende trinnet: - ekstrudere en mantel på en umbilikalkjerne, der nevnte mantel har minst to eksterne ribber, der hver ribbe er en ekstrudert del av mantelen og som strekker seg langs en lengde av umbilikalen.