[發明專利]硫化的電力臍帶纜

有效

• 申請號: 201080053555.2
• 申請日: 2010-11-29
• 公開（公告）號: CN102667966A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發明（設計）人: 艾瑞爾德·費根周
• 申請（專利權）人: 阿克海底公司
• 主分類號: H01B7/14
• 分類號: H01B7/14;F16L11/127;H01B7/04
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 周靖;鄭霞

本發明涉及電力臍帶纜（umbilical）、DEH電力電纜或通用臍帶纜，包括：多個高功率電纜，其用于傳遞大量電能；填充材料，其以至少部分地位于高功率電纜周圍和之間的剛性細長形的塑料元件的形式，并且其通過鋪設和封閉操作而共同地聚集成在螺旋束中；以及保護性護套，其包封高功率電纜和填充材料。

因此本發明可以被使用在至少三種主要類型的臍帶纜/電力電纜上；主要被使用在所稱的電力臍帶纜上，其性質在WO?2005/124213中有所描述；被使用在DEH電纜（直接電加熱）上，其類型在PCT/NO2010/000395中有所描述；以及被使用在更多的傳統臍帶纜上，其性質在WO?2005/124095中有所描述。

隨著石油和天然氣工業尋找與日益增長的全球石油需求保持同步的方法，海底開發正進入日益增加的水深并且操作者將海底增壓技術視為最有效地使用他們的蓄水池的一種手段。配電臍帶纜，其需要用來給海底增壓泵供電，由于更深的水使得其將受到更極端的張力負載的挑戰。

限制在臍帶纜上的張力的傳統方法是通過添加鋼鐵護甲來增加軸向剛性。但是對于非常深的水下應用而言，現在變得明顯的是，鋼鐵作為護甲材料將不能有效地起到減小臍帶纜的張力的作用。如果從頂點懸掛的結構部件垂直吊掛并且僅接觸其重力載荷，則接近懸掛點的張力與自由懸掛的長度和密度成比例，但關于其剛性則成反比。因此，當水深增加時，很明顯用于增強剛性的材料將失去效力。在某一水深處，所添加的來自鋼鐵護甲的重量增加了張力而不是減小張力。使用鋼鐵作為護甲材料通常從2000-2500米的水深處開始出現問題。

這已經使得該工業尋求輕質材料但仍是用于臍帶纜剛性增強的堅硬材料。作為多年開發和測試的結果，本申請人已經開發并且取得了一種碳纖維桿加固臍帶纜系統的專利權。碳纖維桿與臍帶纜中的其他元件一起捆綁到臍帶纜中，具有與鋼鐵相比大約相同的剛性，但僅有鋼鐵密度的五分之一。這種改變已經消除了關于重力負載引起的張力和應力方面的、所有實際的水深限制。

對于高的和中等的電壓電功率臍帶纜而言，張力的控制特別重要。高功率電纜典型的安全的長期張力限制處于0.15%的范圍內，并且使用碳纖維桿系統可容易地為動態高功率電纜實現該范圍。已經在近期的項目中證明了碳纖維桿系統在3000米的水深處的效率。

本申請人的臍帶纜設計基于以沿著臍帶纜長度的漸進式螺旋方式來捆綁內部元件。在一些情況下，并且如果有必要作為電氣方面的要求，第二層以相反的螺旋旋轉被捆綁在內束上。在這種情況下，臍帶纜將具有螺旋核心和沿著長度彼此逆向旋轉的螺旋層。螺旋相對于臍帶纜的中心線的角度僅在1度至3度之間的范圍內。這種漸進式螺旋提供多種優勢，如低旋轉力和大容量，以承受臍帶纜的軸向壓縮力。

臍帶纜的內部被保持在適當的位置處并且由剛性的塑料間隔物分開，所述剛性的塑料間隔物也被稱為填充材料，其沿著臍帶纜的長度延伸。這些間隔物是呈某種形狀的，以致于當被捆綁在一起時它們形成讓管或管道和電纜穿過的內部縱向空間或空腔。每一空間被精確地確定尺寸以適合其將要容納的內部元件比如管或電纜，所述每一空間具有大約1mm的周圍間隙。這樣為在處理期間在臍帶纜內自由移動創造了條件，并且允許要被卷繞和旋轉的臍帶纜滿足內部元件柔性的相應彎曲限制。

塑料間隔物、填充材料的使用還當臍帶纜遭受高緊縮壓力時提供在臍帶纜的橫截面上的力的分配方面的益處。由于有助于防止履帶握壓（caterpillar?grip?pressure）造成臍帶纜內部損壞，所以這種益處特別有利于深水安裝。

由于組件之間的低摩擦，使得申請人的、具有以沿著臍帶纜的長度的漸進式螺旋的捆綁元件的臍帶纜的另一重要特征是被提高的疲勞壽命（fatigue?life）。

通常來說，申請人的臍帶纜足夠堅硬并且不需要沿著其長度的額外加硬材料。但是在一些情況下，特別在非常深的水中和高功率電纜的情況下，臍帶纜需要被加強以便限制在捆綁元件上過度的張力和應力。僅在包封捆綁元件的外部護套以下使用鋼鐵護甲出于以下兩個原因是不適合的：a）護甲的重量與水深成比例并且因此張力增大與水深成比例，以及b）護甲的壓縮的螺旋編織導致剛性的損失。因此在這種情況下，申請人的臍帶纜使用碳纖維桿來加強。這些桿以與內部元件如管和電纜相同的方式被捆綁到臍帶纜中。與鋼鐵（其相對密度是水的相對密度的7.85倍）相比，碳纖維的相對密度是水的相對密度的1.6倍，并且因此碳纖維桿有助于實現其完整剛性而不存在由于鋼鐵護甲的使用所導致的增加重量的負面影響。通過使用這種技術，臍帶纜可以與任何水深“協調”并且沿其長度保持所需的剛性。