CN104737241B - 用于深水应用的径向水障和动态高电压水下线缆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于动态高电压水下线缆的径向水障。水障包括具有50-90mm的范围内的内径（Di）和6-10mm的范围内的波纹间距（p）的波纹金属管（10）。金属管具有0.7-1mm的范围内的壁厚和多于6mm的波纹深度（d）。

Description

用于深水应用的径向水障和动态高电压水下线缆

技术领域

本发明涉及用于动态高电压水下线缆的径向水障（radialwaterbarrier）和用于深水应用的动态高电压水下线缆。本发明还涉及使用径向水障来防止水分渗透于深水应用中的动态高电压线缆的电绝缘***中。

背景技术

需要利用高电压线缆来在海岸与浮式油气平台之间输电。利用高电压意味着电压等于或高于36kV。能够利用高电压动态线缆***以来自海岸的电力对浮式平台供电。在图1中呈现动态线缆***的概念布局。线缆***包括动态线缆1和静态线缆4。动态线缆1的一端连接至浮式平台2，该线缆的另一端利用接头5来连接至静态线缆4。静态线缆4安置于海底，通常地通过挖沟或排岩（rockdumping）来保护，并且，动态线缆1从平台2外伸至海底的静态线缆。能够将许多浮块3安装于动态线缆1上，从而以适当的方式配置动态线缆，这是为了说明线缆的移动。平台的移动将引起动态线缆1的机械载荷和疲劳强度。通常，最严重的疲劳载荷典型地出现在平台附着点的附近，即0-30米的水深处。在该区域，由于平台的移动而导致线缆易受高机械载荷和疲劳强度，并且，由于深度小而导致线缆易受低静水压。静态线缆4安置于深水底，不易受任何再次发生的移动。因而，由于水深大而导致静态线缆易受低机械载荷和高静水压。

动态线缆包括芯，该芯包括至少一个导电体，每个导电体单独地被电绝缘***包围。水下高电压线缆通常装备有包围每个线缆芯的径向水障。径向水障防止水分渗透至电绝缘***中，该渗透可能引入线缆的电击穿。标准静态水下线缆装备有铅护套，以作为径向水障。铅护套使线缆免受水分侵害，但不损害线缆的柔性。由于静态线缆上的高静压，导致水障必须具有高机械强度。已开发出波纹金属护套，作为铅护套的备选。波纹使护套具有更大的强度和更好的柔性。例如，从US5527995得知用于电缆的波纹金属护套。

径向水障的特性由护套的材料和几何尺寸确定，诸如护套的厚度和波纹几何结构。几何结构中的主要尺寸是波纹深度（corrugationdepth）和两个相邻的波纹波峰之间的距离，该距离也表示波纹间距（corrugationpitch）。

在《Wire》杂志38（1988）2的231-236页的由工学博士G.Zimek所著文章“Deeplycorrugatedhighflexibilitymetalcablesheathing（深波纹高柔性金属线缆护套）”中公开了能够承受非常高的压力的深波纹金属护套。深波纹金属管适合于在存在例如高于100Bar的极压（extremepressure）的条件的地方，诸如在近海地区或在石油工业中使用的线缆。高电压水下线缆芯具有相当大的直径。典型地，芯具有50-90mm的范围内的直径，于是，高电压水下线缆的径向水障的内径必须具有相应的范围内的内径。该文章中所说明的金属护套具有11.1-31.5mm的范围内的内径，因而不是高电压线缆。

US5760334提出了针对具有不同的直径的线缆的由铜合金制成的三类水障的几何尺寸。所提出的水障之一内径为67mm，于是，适合于高电压水下线缆。提出该水障护套厚度为0.5mm，波纹间距为7.1mm，波纹深度为2.15mm。通过使用与先前已知的波纹管相比较低的波纹深度和较短的波纹间距，即增加每单位长度的波纹数，从而实现护套的机械强度特别是稳定性和抗压溃性。

迄今为止，高电压线缆***安装于大约300-400米的水深处。然而，浮式油气平台在深水和超深水处运行。因而，需要提供用于在深水和超深水处输电的线缆。为了缩小与电力线缆有关的技术差距，为了使电力线缆适宜于深水和超深水，存在若干挑战。关于动态线缆***的主要的机械挑战包括动态线缆***对疲劳载荷和静水压的阻力。如果高电压线缆***安装于显著大于400m的深度处，则由于平台的移动而导致线缆的上部将易受高机械载荷和疲劳强度，由于水深大而导致线缆的下部将易受高静水压。因而，动态线缆必须设计成耐受机械载荷和疲劳强度以及高静水压。在决定波纹设计时，那两个参数时常对立，这意味着具有有益的疲劳特性的护套具有低劣的静水压特性，反之亦然。水深的增加将要求动态线缆的径向水障的新的波纹设计，以便承受压力，但不放弃其疲劳特性。

发明内容

本发明的目标是提供具有有益的疲劳特性且能够承受深水或超深水处的静水压的动态线缆。

根据本发明的一个方面，通过如在权利要求1中所定义的径向水障来实现该目标。

水障包括具有50-90mm的范围内的内径、6-10mm的范围内的波纹间距、0.7-1mm的范围内的壁厚和多于6mm的波纹深度的波纹金属管。

根据本发明，通过与已知的波纹径向水障相比增大壁厚和波纹深度，从而实现具有有益的疲劳特性和经改进的对静水压的耐受性的径向水障。水障特别地适合于对于高电压线缆而言典型的芯直径。测试证明，具有那些几何尺寸的深波纹管具有经改进的疲劳特性，能够承受相当数量的静水压，能够使该管适宜于至少900至1000米的水深。测试管由铜制成。然而，该管还能够由诸如不锈钢或铜合金的其他金属制成。

根据本发明的实施例，波纹深度多于7mm。该实施例具有进一步改进的疲劳特性和经改进的对静水压的耐受性。例如，如果水障由铜制成，则水障能够在下至大约700至1100m的深度处使用，并且，如果水障由不锈钢制成，则水障能够在下至大约1800至2800m的深度处使用。

根据本发明的实施例，波纹深度多于8mm。该实施例具有进一步改进的疲劳特性和经改进的对静水压的耐受性。例如，如果水障由铜制成，则水障能够在下至大约800至1200m的深度处使用，并且，如果水障由不锈钢制成，则水障能够在下至大约2000至3000m的深度处使用。

根据本发明的实施例，波纹间距处于6-9mm的范围。该实施例进一步改进疲劳特性和对静水压的耐受性。

根据本发明的实施例，波纹间距处于6-8mm的范围。该实施例进一步改进疲劳特性和对静水压的耐受性。

根据本发明的实施例，波纹间距处于7.2-10mm的范围。该实施例容易制造，并且，仍然具有令人满意的疲劳特性和对静水压的耐受性。

根据本发明的另一个方面，通过如在权利要求8中所定义的用于深水应用的动态高电压水下线缆来实现该目标。

动态线缆的第一端适应于连接至浮式平台，动态线缆的第二端适应于连接至静态线缆，动态线缆包括被电绝缘***包围的至少一个导电体和布置成防止水分渗透于电绝缘***中的径向水障，包括具有50-90mm之间的内径和6-10mm的范围内的波纹间距的波纹金属管。金属管具有0.7-1mm的范围内的壁厚和多于6mm的波纹深度。

本发明还涉及防止水分渗透于深水应用中的动态高电压线缆的电绝缘***中的径向水障的使用。

本发明还涉及用于比600m更深的水应用的动态高电压线缆中的径向水障的使用。

本发明还涉及用于比1000m更深的水应用的动态高电压线缆中的径向水障的使用。

根据本发明的水障能够用于AC线缆和DC线缆。

附图说明

现在，将通过本发明的不同的实施例的描述并参考附图来更严密地解释本发明。

图1示出动态线缆***的概念布局。

图2示出根据本发明的实施例的包括波纹水障的动态高电压水下线缆。

图3示出穿过图2中所示的波纹水障的纵向横截面。

具体实施方式

图2示出根据本发明的实施例的动态高电压水下线缆1。动态线缆包括被电绝缘***12包围的导电体14和布置成防止水分渗透于电绝缘***中的径向水障10。水障由波纹金属管10组成。虽然本发明以动态DC线缆举例说明，但本发明不限于DC线缆。本发明同样地可应用于AC线缆。

图3示出波纹金属管10的波纹几何结构。金属管具有0.7-1mm的范围内的壁厚。金属管10优选地由纯铜、铜合金或不锈钢制成。波纹的波峰环状地或螺旋形地成形。在图2和图3中所公开的实施例中，波峰环状地成形。波纹间距p是两个相邻的波纹波峰之间的距离。波纹间距p处于6-10mm的范围，优选地处于6-9mm的范围，更优选地处于6-8mm的范围，以便改进疲劳特性和对静水压的耐受性。较小的间距改进疲劳特性和对静水压的耐受性。然而，较大的间距导致更容易制造波纹。7.2-10mm的范围内的波纹间距容易制造，并且，仍然具有令人满意的疲劳特性和对静水压的耐受性。

金属管10的内径Di受线缆的绝缘***12的外径支配，并且，处于50-90mm的范围。金属管10的外径Do取决于波纹深度d。

d=(Do-Di)/2

根据本发明，波纹深度d大于6mm，优选地大于7mm，更优选地大于8mm。波纹深度d优选地小于10mm。然而，波纹管的制造设置波纹深度的上限。

在下面的表格中，呈现某些不同的护套设计的最大水深和疲劳特性。如能够看到的，波纹深度增大导致具有更好的静水特性和经改进的疲劳特性的设计。间距减小也将导致水深增大且疲劳特性得以改进。通过同时地增大波纹深度并减小间距，从而实现最大的对静水压的阻力和最佳的疲劳特性。

材料	Do	Di	s	p	d	水深	疲劳特性
								铜	70	56	0.8	8	7	800	+
铜	74	56	0.8	8	9	950	++
								铜	70	56	0.8	6.5	7	950	++
铜	74	56	0.8	6.5	9	1100	+++
								钢	70	56	0.8	8	7	2000	+
钢	74	56	0.8	8	9	2350	++
								钢	70	56	0.8	6.5	7	2350	++
钢	74	56	0.8	6.5	9	2800	+++

本发明不限于所公开的实施例，而可以在以下的权利要求的范围内改变和修改。例如，波纹间距和深度的值能够在所描述的范围内改变，并且，仍然实现经改进的对静水压的阻力和疲劳特性。

Claims (16)

1.一种用于动态高电压水下线缆的径向水障，其中，所述水障包括具有50-90mm的范围内的内径（Di）和6-10mm的范围内的波纹间距（p）的波纹金属管（10），其特征在于，所述金属管具有0.7-1mm的范围内的壁厚（s）和多于6mm且少于10mm的波纹深度（d）。

2.如权利要求1所述的径向水障，其中，所述波纹深度（d）多于7mm。

3.如权利要求1所述的径向水障，其中，所述波纹深度（d）多于8mm。

4.如权利要求1或2所述的径向水障，其中，所述波纹间距（p）处于6-9mm的范围。

5.如权利要求1或2所述的径向水障，其中，所述波纹间距（p）处于6-8mm的范围。

6.如权利要求1或2所述的径向水障，其中，所述波纹间距（p）处于7.2-10mm的范围。

7.如权利要求1或2所述的径向水障，其中，所述金属管（10）由铜、铜合金或不锈钢制成。

8.一种用于深水中的动态高电压水下线缆（1），其中，所述线缆的第一端适应于连接至浮式平台（2），所述线缆的第二端适应于连接至静态线缆（4），并且所述动态高电压水下线缆（1）包括被电绝缘***（12）包围的至少一个导电体（14）和布置成防止水分渗透于所述电绝缘***中的径向水障，所述径向水障包括具有50-90mm之间的内径（Di）和6-10mm的范围内的波纹间距（p）的波纹金属管（10），其特征在于，所述金属管具有0.7-1mm的范围内的壁厚（s）和多于6mm且少于10mm的波纹深度（d）。

9.如权利要求8所述的动态高电压水下线缆（1），其中，所述波纹深度（d）多于7mm。

10.如权利要求8所述的动态高电压水下线缆（1），其中，所述波纹深度（d）多于8mm。

11.如权利要求8-10的任一项所述的动态高电压水下线缆（1），其中，所述波纹间距（p）处于6-9mm的范围。

12.如权利要求8-10的任一项所述的动态高电压水下线缆（1），其中，所述波纹间距（p）处于6-8mm的范围。

13.如权利要求8-10的任一项所述的动态高电压水下线缆（1），其中，所述金属管（10）由铜、铜合金或不锈钢制成。

14.使用权利要求1-7的任一项所述的径向水障，来防止水分渗透于深水中的动态高电压线缆的电绝缘***中，所述动态高电压线缆包括被所述电绝缘***包围的至少一个导电体和所述径向水障。

15.使用权利要求1-7的任一项所述的径向水障，来防止水分渗透于比600m更深的水中的动态高电压线缆的电绝缘***中，所述动态高电压线缆包括被所述电绝缘***包围的至少一个导电体和所述径向水障。

16.使用权利要求1-7的任一项所述的径向水障，来防止水分渗透于比1000m更深的水中的动态高电压线缆的电绝缘***中，所述动态高电压线缆包括被所述电绝缘***包围的至少一个导电体和所述径向水障。