DE1918575A1

DE1918575A1 - Mehrradrige Unterwasserleitung

Info

Publication number: DE1918575A1
Application number: DE19691918575
Authority: DE
Inventors: Morgan George William
Original assignee: North American Rockwell Corp
Current assignee: Boeing North American Inc
Priority date: 1968-04-12
Filing date: 1969-04-11
Publication date: 1969-11-06
Also published as: FR2006155A1; NL6905609A; GB1210206A; US3526086A; JPS5125613B1; NO130330B

Description

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NORiDH IMERICM ROGEWELL CORPORATION, El Segundo, Calif.

USA

"Mehradrige Unterwasserleitung"

Die Erfindung bezieht sich auf Unterwasserleitungen, und insbesondere auf flexible Leitungen, die entweder als Strömungsleitungen bzw. Abflußleitungen oder Steigleitungen benutzt werden können und die aus einer Vielzahl von Leitungen bestehen, die spiralförmig nach Art eines Kabels zusammengefaßt sind.

Bisher wurden als Unterwasserleitungen awei G-rundbauarten verwendet. Eine Bauart bestand in der steifen Einzelleitung mit starren Wandungen aus Stahl oder einem anderen ähnlichen Metall. Die zweite Bauart bestand aus flexiblen Leitungen₉ die bis zu drei Einzelleitungen (Adern) enthielten,, Flexible Leitungen bieten gewisse Torteile gegenüber einer starren Konstruktion, insbesondere beim Auslegen der Leitungen₉ wo Biegebeanspruchungen für starre Leitungen übermäßig groß würden« Auch für die Anwendung von Steigleitungen, die bis zu einer Tiefe von etwa 30 Metern hinabführen können_? ist eine flexible Leitimg in der Lage, erhebliche Seitenverschiebungsn oder Auswanderungen aufnehmen zu können_s ohne daß ein Versagen in der Leitung aufgrund von Biegebeanspruchungen in lauf genommen werden müßte.

Werden zwei oder drei flexible Leitungen zusammengebaut und

unter vorgegebenen Intervallen aneinander befestigt, so entstehen oft andere Probleme. Sind die Befestigungen starr und eng aneinander vorgesehen, so sind die Einzelleitungen nicht frei, eine andere Gestalt anzunehmen und sich beliebig zu biegen, können sich vielmehr allein im wesentlichen zusammenbiegen oder gleiten. Solche Biegebewegungen führen zum Reiben und Scheuern der Leitungen gegeneinander, wodurch schließlich ein Versagen von ein oder mehreren der Leitungen hervorgerufen wird« Wird eine flexible Befestigung zwischen den Leitungen mit weitem Zwischenabstand benutzt, so ist nur ein geringer Widerstand gegen in Längsrichtung wirkende Scherverschiebungen zu erwarten und die flexiblen Leitungen können sich beliebig durchbiegen und so individuelle Bewegungen in turbulenten Gewässern entwickeln. Die Befestigungsstellen werden in dieser Situation ■ einer großen Vielfalt periodischer SpannungsTbelastungen ausge=, setzt, oft versagen die Befestigungsstellen aueh»

Wie oben erwähnt, wurde die Verwendung von flexiblen Vielfach-= Unterwasserleitungen für Steigleitengazweeke nach dem Stand der Teclmik auf etwa 30 Meter "begrenzt _β Ss müßte eine neuartige Auslegung von ¥±elfaelx~Unteniasserleittingen gefunden werden, um -die obengessBsrfcen Probleme zn iib@T^Jinä®n und die Verwendung vom mehr als swei oder eteel ®ine Leitung bildenden Leitungs=· . Eäem (BisseIIaittöagea) möglich zu aaenen_o Dias konnte erfin=> dungsgemäß mit einer flexiblen Vielfaeh^Unterrasserleitung erreicht werden;, die 12m ein Mehrfach®s mehr Einzelleitungen ent= halten und dia Miilgkeit" aiififeissn. kamis, in Siefen Ms zu etlichen 1000 Met@Ki sich leges, au lassem xmd auf dem Steiglei-= tungsgebiet "bei eimer solelien liefe" einwandfrei zu arbeiten»"

Beispielsweise Ausfünrungsformen der Erfindung sollen nun an-, hand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden, in denen " . ■

!Figur .1 eine . Vielzahl von Längaelementen zeist-, die einer BiegebeanBprnchung ausgesetzt' Βί&&$ bei äenexL sich somit eine.

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akkumulative Verschiebung der Enden der Elemente gegeneinander ' ergibt;

Figur 2 zeigt eine Vielzahl τοη leitungen, die in Spiralkonfiguration gelegt wurden und eine einzige Leitung bilden, wobei die gesamte Konfiguration nach dem erfindungsgemäßen Prinzip Biegebeanspruchungen ausgesetzt wurde;

Figur 3 zeigt einen Querschnitt einer Unterwasserleitung mit einer Vielzahl von Leitungen oder Leitungsadern nach der Erfindung.

In Figur 1 ist eine Vielzahl von Längeelementen 10 dargestellt, die sich in gebogener Lage befinden. Zweck dieser Darstellung ist es, zu zeigen, wie die Enden der Einzelelemente akkumulativ um einen Betrag Δ L bezüglich einander bei einem solchen Biegezustand verschoben werden. Das von dem ExUmmungsmittelpunkt am weitesten entfernte Element wird in Längsrichtung und um den größten Betrag verschoben. Bei einer Unterwasserströmungsleitung mit einer Vielzahl von Einzelleitungen, wo diese Leitungen im wesentlichen eine Parallelorientierung bezüglich einander aufweisen, tritt diese akkumulative Längsverschiebung periodisch und im RythmuB mit der Bewegung des Wassers, in dem die Leitung sich befindet, ein. Besitzt eine Leitung eine Vielzahl von Einzelleitungen bzw. Leitungsadern, die intermittierend miteinander verbunden sind, wird eine große Beanspruchung auf die Bindungsstellen ausgeübt, wenn die Leitung gebogen wird und die Einzelelemente scheuern dauernd gegeneinander, während die Einzelelemente sich bezüglich einander verschieben. Sind die Zwischenbindungsstellen ausreichend angeordnet, um eine individuelle Verschiebung der Einzelleitungselemente zu ermöglichen, so kann eine Leitung sich in der einen Richtung biegen, während die andere Leitung sich in der anderen Richtung biegt und die Befestigungspunkte durch eine solche Einwirkung eine konstante Beanspruchung aufnehmen. Ist eine integrale Unterwasserleitung mit einer Vielzahl von Leitungen erforderlich, so ist es wünschenswert, daß diese Unterwaseerleitung sich wie eine einzige

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Leitung verhält, wobei die Einzelleitungen aneinander gebunden sind. Eine überraschende Lösung ist hierzu nach dem Vorschlag der Figur 2 gegeben.

Nach Figur 2 ist eine Unterwasserleitungskonstruktion 12 mit einer Vielzahl von Leitungen 13, H» 15, 16 und 17 dargestellt. Diese Leitungen 13 bis 17 werden zusammen in Spiralkonfiguration zur Bildung einer einzigen integrierten Vielfachleitungsanordnung 12 ausgelegt. Die Leitung 12 ist im gebogenen Zustand dargestellt, um den durch eine solche Konfiguration erreichten Vorteil zu illustrieren. Der hierdurch erreichte Vorteil ist in der Eliminierung der akkumulativen Längsverschiebung der Elemente bezüglich einander unter der Beanspruchung durch einen Biegezustand zu sehen. So befindet sieh beispielsweise die Leitungsader "1-7 am oberen Eeil der Konstruktion im äußeren Radius der Leitung 12. An dieser Stelle befindet sich die Leitung unter Zugspannung und ein gewisser Betrag an lokaler Längsverdrängung ist gegeben. Eine gesondert betrachtete Halbspirale nämlich auf der Unterseite der Leitung 12 steht als Leitungsader 17 unter Druckspannung und ruft eine entgegenwirkende Längsverschiebung hervor. Daher wird über die gesamte Länge der Krümmung in der Leitung 12 die Leitungsader 17 nicht bezüglich der anderen Leitungen verschoben. In gleicher Weise unterliegt jede Leitungsader der Leitung 12 der gleichen Aufeinanderfolge von Spannung und Kompression mit variierenden Größen an lokaler Verschiebung über die Länge jeder Spirale der Leitung 12.

Eine Unterwasserleitung kann in der Art der Leitung 12 ausgebildet werden und kann eine kurze Anzahl flexibler Leitungen unterschiedlicher Abmessungen aufweisen. Solch eine Konstruktion ist in .Figur 3 dargestellt.

Figur 3 zeigt einen Querschnitt durch eine Unterwasserleitung Vorgesehen ist ein zentrales Kernelement 22, das hier als

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Leitung dargestellt ist und aus einem Stahl oder einem sonsti-. gen Metallrohr oder ein Art flexiblen Schlauches bestehen kann. Ist eine hohe Spannungskapazität für die leitung 20 erforderlich, größer als die, die durch ein Stahlrohr geliefert wird, so kann das Kernelement 22 aus einem Stahlkabel bestehen.

Um das Kernelement 22 herum angeordnet ist eine Vielzahl flexibler Leitungsadern mit verschiedenem Durchmesser zu sehen. Bei den Leitungsadern 24 kann es sich um flexible Hochdruckschläuche oder Kunststoff- oder Metallrohre handeln, die verwendet werden können, um eine Vielfalt von Substanzen zu transportieren. Handelt es sich um die Ölproduktion aus Unter Wasser liegenden Quellen, so ist es oft erforderlich, Gas unter Druck durch eine Leitung zu schicken, um das Öl auf dem Bückweg durch eine Leitung einer Oberflächeninstallation zuzuführen. Gleichzeitig kann es erforderlich, sein, daß Abgaie abgeblasen werden; andere Leitungen eind für diesen Zweck verfügbar. Eine Vielzahl von eine einzige Leitung bildenden Leitungsadern ist für diese Zwecke sowie für andere Zwacke vorgesehen, die durch die Umstände bedingt sein können«

Um die Leitung 20 mit einer zusätzlichen Zugfestigkeit zu versehen, ist eine Vielzahl von Stahlseilen-26₉ die nahe dem Kernelement 22 angeordnet sind, vorgesehene Diese Seile können abhängig vom Material, aus d©m das Kssnelement 22 besteht, gegebenenfalls vorgesehen sein« Sind si® erforderlich, so sorgen diese Kabel für die Zugfestigkeit, die notwendig ist, um die Spannungsbelastungen an der leitung-20_? während sie gelegt wird, zu gewährleistenj oder es können„ wenn die Leitung 20 als Steigleitung verwendet wird_s Kabel 26 vorgesehen sein, die einer ausreichenden Spannung Widerstand leisten^ damit die Leitung 20 in einer im wesentlichen vertikalen linie gehalten werden kann._o

Andere Leitungen 28 sind dargestellt.₉ die ©inen Teil der Un-

ΐabwasserleitung 20 bilden. Diese Leitungsadem 28 können zur Leitung elektrischen Stroms und/oder von nachrichtensignalen verwendet werden, wo die Umstände dieses erfordern. Als Beispiel sei die Versorgung einer für den menschlichen Aufenthalt eingerichteten Unterwasserinstallation genannt.

Die Gesamtanordnung (his auf die Kabel 26, die axial gelegt werden) aus Leitungsadem 24 und Leiterleitungen 28 wird, wie oben erwähnt, um das Kernelement 22 spiralartig herumgelegtο * Me Eäume zwischen den Längselementen sind nach der Darstellung ί mit gesonderten Mllsubstanzen 30 und 31 angefüllt. Eine große W I Vielfalt von Substanz ist für die Auslegung einer Konstruktion ι wie die Leitung 20 verfügbar. Bei der Jiillersubstamz t 31 kann

es sich um ein Elastomer der Polyvinylchloride₉ der-Butyle₉ d©r j Neoprene oder der Polypropylene handeln. Da die Leitungen 24 j spiralartig um den Kern 22 verlegt sind«, werden sie in die. < elastomere Substanz 31 eingebettet, die für eine federnde La= gering zwischen dsm, 3jeituagsad©im sorgt nand die Wirkungen der örtliches. Verschiebung und. ä©r Bewegungen» die noch während, des Biegens öLsr Leitungen, vorhanden siad₉ auf ©in Minimum herab= setzt.

Eine besom&ax?© Yort@iliiaft@ Substanz ist Poljrpropylgn in . serfona. Die !©aera oäer Sträng© steigern ganz erheblich das Gieitvermßgssi zwischen flsa L®ituag@n_o

Bei der Substanz 30 feaaa ©s sich im ein Slaatomer der obenge- : nannten Art hanäeliLg das jeäocb. gegohäumt i<mräe₃ um der Leitung ^; 20 einen Auftrieb zu irerl@ili©no

Eine EunststoffMlle 32 umgibt den elastomerea Mllstoff 30 und bildet eine glatte Oberfläche für äie Leitung 2O₀. Der Kunststoff kann auch aus ä©n ßrappea der obsnbeschriebenen Elastomere gebildet s®ing ιιιιγ₅ daß er dann eben dichter wäre oder eine zährere Oberfläche aufwiese» Die Hülle 32 ist ein

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Mittel ι um die gesamte Anordnung aus Spiralleitungen, Kabeln und Leitern zusammen mit dem umgebenden Füllstoff 30 fest aneinander zu bündeln· Es soll jedoch darauf hingewiesen werden, da£ eine flexible Vielfachunterwasserleitung in adäquater Weise bei gleichen Bedingungen ohne den Zusatz des Elastomerenfülletoffes 30 und der flexiblen Schutzumhüllung 32 arbeiten kann· Bine Spiralanordnung der !leitungen könnte einfach durch Zwi-Bchenbügel oder andere auf dem Fachgebiet an sich bekannte Binder zusammengebündelt werden.

Im Hinblick auf eine knappe Sarstellung wurde die Erfindung nur anhand weniger Ausführungsformen erläutert; Änderungen und Abänderungen liegen im Rahmen der Erfindung.

Patentansprüche

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

ί 1.J Flexible Unterwasserleitung mit einer Vielzahl von Leitungsadern bzw. Einzelleitungen, gekennzeichnet durch spiralförmige Anordnung um ein Kernelement; und durch Einrichtungen zum Bündeln dieser Vielzahl von Leitungsadern gegeneinander,

W 2.) Leitung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Aufnahme der Spannungsbelastungen, wobei die Einrichtungen axial längs des Kernelementes angeordnet sind.

3.) Leitung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernelement selbst aus einer Leitung besteht.

4.) Leitung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch einen Füllstoff, der um die Leitungsadern bzw. Einzelleitungen herum angeordnet ist und die Zwischenräume innerhalb der Bündelungseinrichtung füllt.

"' 5.) Leitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernelement axial innerhalb der Leitung angeordnet ist und die Bündelungseinrichtung aus einer die Leitungen und dae Kernelement umgebenden Schutzhülle zur Integrierung des Aufbaues der Leitung besteht.

6.) Leitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernelement aus einem Material hoher Zugfestigkeit sich zusammensetzt.

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