用于从舰船松出细长柔性物品的装置和方法与流程

本发明涉及一种用于从舰船松出细长柔性物品的装置。本发明还涉及一种包括该装置的舰船、一种用于从舰船松出细长柔性物品的方法、以及一种使用该舰船将细长柔性物品放置在海床上或海床中的方法。

背景技术：

越来越需要将细长的柔性物品放置在海床或另一水体床上/中。在本申请的上下文中，细长的柔性物品意味着包括诸如电力、电气和数据通信电缆的物品，但也包括类似例如脐带缆或柔性管道的物品。通常，在将海上风力涡轮发电机连接到电网或海上变电站或任何其他类型的海上结构时需要敷设电缆。当讨论下面的电缆敷设时，应当清楚的是，本发明不限于敷设电缆，并且本发明可以用于在海床上或海床中敷设任何其他柔性细长物品。

将细长的柔性物品(例如电缆)敷设在海床上或海床中通常由适于此目的的所谓的电缆敷设舰船来进行。通常，这些舰船配有一个或多个用于细长柔性物品的存储单元、适于平稳地将物品向船外引导到水中的下船引导手段、在存储单元和下船引导手段之间限定物品路径的物品支撑手段、以及用于使细长物品沿路径前进的牵引手段。牵引手段可以包括电缆张紧装置，以在物品通过下船引导手段离开舰船时控制物品的张力。

在为海上风力涡轮发电机提供电缆的已知方法中，电缆敷设舰船航行到风力涡轮发电机或其基座的海上位置。风力涡轮机通常包括在顶部的毂，电缆应该连接至该毂。为了将电缆连接至风力涡轮发电机的毂，需要提供一段竖直长度的电缆，以便桥接从海床到接线盒的距离，该接线盒在水线以上一定距离处设置在风力涡轮发电机的基座上。为了提供这种长度，电缆敷设舰船通常航行远离风力涡轮发电机一定距离，同时输出电缆以在长度足以桥接所需距离的点处获取并切断电缆。随后舰船返回风力涡轮发电机，并且松出段的电缆沿着风力涡轮发电机或其他类型的海上结构布设并拉动，以便到达连接点。

特别是当需要连接多个风力涡轮发电机时和/或当风力涡轮发电机周围的空间有限时，上述一系列事件耗时且低效。可能还存在产品、人员和设备安全问题。

因此，本发明的目的是提供一种装置和方法，用于从舰船以更高的效率松出柔性细长结构，特别是用于将电缆连接至海上风力涡轮发电机或任何其他类型的海上结构。

技术实现要素：

因此，本发明提供了一种根据权利要求1的装置。特别是一种用于从舰船松出细长柔性物品的装置，该装置包括用于物品的存储单元、用于物品的下船引导手段、在存储单元和下船引导手段之间限定用于物品的路径的物品支撑手段、以及用于使细长物品沿路径前进的牵引手段，其中物品支撑手段包括适于在第一方向上将一段长度的电缆带到舰船外的下船支撑元件以及缓冲支撑系统，该缓冲支撑系统包括适于在第二方向上平移的缓冲支撑元件，由此缓冲支撑元件的平移具有改变物品路径长度的效果。

根据本发明的装置允许在舰船上，特别是在舰船的工作甲板上，存储可变长度的细长柔性物品，特别是长度增加的物品，诸如电缆。在一个实施例中，存储的长度增加的物品可用于提供从海床到设置在海上风力涡轮发电机的海床上方的连接点的距离，同时舰船在紧邻风力涡轮发电机处基本保持静止。不再需要耗时的舰船操纵，并且由于舰船在电缆敷设期间靠近风力涡轮发电机，所以可以同时执行将电缆连接到风力涡轮发电机的操作或其他类似的操作。

第二方向可以与第一方向相同，或者在一个实施例中，可以与第一方向不同。本发明的实施例提供了一种装置，其中第二方向垂直于第一方向。当设置在电缆敷设舰船的工作甲板上时，第一方向优选地平行于舰船的纵向方向。在本实施例中，则第二方向将沿横向方向延伸。

通过以下装置提供允许以实际方式改变电缆长度的实施例，其中缓冲支撑元件在对应于物品的短路径长度的短位置与对应于物品的长路径长度的长位置之间可平移。在电缆敷设舰船上，第二电缆支撑元件的短位置例如包括相对靠近舰船上直线电缆路径的位置，而长位置包括相对远离舰船上直线电缆路径的位置。

缓冲支撑系统用于为物品提供比在舰船上提供的通常路径更长的路径。通常的路径基本上沿第一方向延伸，该第一方向被定义为物品通过下船引导手段被带下船的方向。在本发明的实施例中，缓冲支撑系统包括多个支撑元件，这些支撑元件在沿着物品的路径设置的轨道引导件上沿着第二方向可平移。多个支撑元件可以例如包括多个载架，这些载架彼此靠着设置并且沿着轨道引导件在第二方向上可平移。

下船支撑元件和/或缓冲支撑元件可以通过自主手段(例如马达)进行平移。优选地，根据该装置的一个实施例，通过拉动柔性牵引手段，例如沿着电缆路径设置的绳索，下船和/或缓冲支撑元件是可平移的。

为了防止由于曲率半径太短而损坏电缆，该装置的一个实施例的特征在于，下船支撑元件和/或缓冲支撑系统包括限定物品路径的弯曲表面和/或弯曲轨道。弯曲轨道可以适当地由多个辊子形成，这些辊子沿弯曲轨道引导柔性细长物品。

优选实施例涉及一种装置，其中弯曲表面和/或弯曲轨道是半圆形的。这为物品提供了半圆形支撑路径。由弯曲表面和/或轨道s提供的半圆形支撑路径的半径优选地选择为等于或大于电缆的最小曲率半径。沿着等于或大于电缆最小半径的半径弯曲电缆可以防止损坏电缆。

在一个有益的实施例中，弯曲轨道包括多个辊子和/或指状物，物品在这些辊子和/或指状物之间被引导。指状物和/或辊子优选地相对于缓冲支撑元件的平面沿着向上方向延伸，并且指状物和/或辊子可以设置在缓冲支撑元件(例如载架)上或者在一个实施例中可以连接至轨道。辊子可以沿第二方向引导物品，而指状物可以有助于使物品与缓冲支撑元件一起在第二方向上平移。

在操作中，通常沿着支撑手段并且在下船支撑元件和/或缓冲支撑系统的缓冲支撑元件上引导柔性物品。在其他操作模式中，物品可以在第一方向上在下船手段上直接被松出，不需要下船支撑元件和缓冲系统。支撑元件通常是平面的并且布置成使得它们的平面大致平行于电缆敷设舰船的工作甲板，即大致水平。有利的是提供以下一种实施例，其中支撑元件倾斜地可连接至支撑件，例如舰船的工作甲板。在这样的实施例中，特别地，第一支撑元件可以从基本水平的位置被带到相对于工作甲板的平面具有非零倾斜角度的倾斜位置。

第一电缆支撑元件的基本竖直位置可以例如用于将电缆带到舰船外。该装置的一个实施例还包括提升手段，该提升手段用于优选地在基本竖直的位置将第一缆线支撑元件带到舰船外。这允许在支撑状态下(即由第一电缆支撑元件支撑)将电缆长度带至海床。

本发明的另一个实施例提供了一种装置，该装置还包括用于响应于存储单元和牵引手段之间的物品张力变化而使下船支撑元件平移的手段。优选地，这种用于平移下船支撑元件的手段适于保持物体中恒定的张力。该装置的这些实施例允许补偿在存储单元和牵引手段之间的物品张力的任何差异，并且通常有助于降低损坏物品的风险。而且，这些实施例可以防止例如出现在待敷设(trenched)的松出的物品中的松弛。显然，不太希望物品松弛，因为这会使物品在其他设备(诸如敷设(trenching)设备)中缠在一起和/或形成环，这会导致电缆损坏。

缓冲支撑系统有助于在舰船上提供附加长度的物品。如果需要更多的附加长度，则包括多个缓冲支撑系统的装置的实施例是有利的。

第一支撑元件可选地在第一方向上可平移，物品沿着该第一方向被带到舰船外，而缓冲支撑系统的支撑元件在不同于第一方向的第二方向上可平移。在本发明的另一个实施例中，该装置还包括一个或多个固定的物品支撑元件，其限定舰船上的物品路径。

该装置通常可以用于松出柔性细长物品，但是它在电缆敷设操作中的使用是优选的，特别是在由电缆敷设舰船或其他漂行装置执行的海上电缆敷设操作中。

因此，在另一个方面，本发明涉及一种舰船，一种电缆敷设舰船，其包括根据所公开实施例中任意一个所述的本发明的装置，并且适于从物品存储单元向舰船外松出柔性细长物品(优选电缆)。

该装置能够以任何可想到的方式安装在舰船上。一种实用的实施例由一种舰船提供，其中通过下船引导手段将物品沿着第一方向带到舰船外，该第一方向平行于舰船的纵向方向(或船中部轴线)延伸。然后，缓冲支撑系统的支撑元件优选地在垂直于舰船的纵向方向上，即在横向方向上可平移。

本发明的又一方面提供了一种用于从舰船松出柔性细长物品的方法。该方法包括将物品存放在存储单元上，将一段长度的物品从存储单元拉向下船引导手段，经由下船引导手段将物品端部带到舰船外，从而通过用于物品的支撑手段在存储单元和下船引导手段之间限定物品的路径，该支撑手段包括下船支撑元件和缓冲支撑系统，由此通过可选地在第一方向上平移下船支撑元件并且通过在不同于第一方向的第二方向上平移缓冲支撑系统的支撑元件来改变物品路径的长度。

本发明的又一方面提供了一种用于将电缆连接至海上风力涡轮发电机的方法，该方法包括使根据本发明的且设有本发明装置的电缆敷设舰船航行至风力涡轮发电机，使电缆敷设舰船定位在风力涡轮发电机附近，经由下船引导手段将电缆端部带到舰船外，并且沿着风力涡轮发电机向上拉动一段长度的电缆以连接到风力涡轮发电机，该长度由通过包括第二和/或第一电缆支撑元件的电缆路径在电缆敷设舰船上提供的附加电缆长度提供。根据本发明的方法不需要以下步骤：使电缆敷设舰船航行远离风力涡轮发电机，以提供桥接海床到风力涡轮机的连接点的距离所需的附加长度的电缆。通过在第二电缆支撑元件上引导电缆来提供该附加长度的电缆。另外，在附加长度的电缆已经敷设在海床上之后，本发明避免舰船航行返回至风力涡轮发电机。

通过平移第二电缆支撑元件来松出附加长度的电缆的方法是特别优选的。

明确提到的是，本申请中公开的实施例能够以这些实施例的任何可能的组合进行组合，并且每个单独的实施例可以是分案申请的主题。

附图说明

现在将参考附图和电缆敷设实施例更详细地描述本发明。然而，明确提到本发明不限于敷设电缆，并且本发明包括将任何其他细长柔性物品敷设在海床上或海床中。

图1示意性地示出了设有根据本发明的一个实施例的装置的电缆敷设舰船的透视图；

图2示意性地示出了根据本发明的另一个实施例的装置的透视图；

图3示意性地示出了根据本发明实施例的用于将电缆连接到海上风力涡轮发电机的方法的透视图；

图4示意性地示出了根据本发明实施例的一种装置，该装置包括用于响应于在存储单元和牵引手段之间的电缆张力变化而使电缆支撑元件平移的手段；和

图5a、5b和5c示意性地示出了根据本发明实施例的缓冲系统。

具体实施方式

参考图1，示出了用于在海床上或海床中敷设电缆3的舰船1的甲板2的一部分。舰船1在甲板2的后侧2a设有用于引导电缆(例如数据传输电缆3)的左舷斜槽10和右舷斜槽11。斜槽(10、11)可以用于卷绕来自合适的源例如陆上电缆架(未示出)的电缆3，但也可以用于在海上电缆敷设操作期间将电缆3带出船外。可以存在电缆张紧器12，从而沿着左舷和右舷电缆托架(13a、13b)的形式的支撑手段拉动电缆3。电缆托架(13a、13b)由电缆敷设舰船1的工作甲板2支撑和/或也可以至少部分地由其他结构(未示出)支撑，例如以将托架(13a、13b)提升并保持在工作甲板平面之上。

如图1和2所示，沿着方向16从岸上拉过来的电缆3沿着路径被引导至用于存储一段长度的电缆3的电缆存储单元20，该路径可以至少包括四分之一圆17形式(如图1所示)的下船电缆支撑元件。当将电缆3带下船时，缓冲支撑系统(15a、15b)变得可操作。如图5a、5b和5c中最佳所示，每个缓冲支撑系统15包括载架151形式的多个支撑元件，这些载架在沿着电缆3的路径设置的轨道引导件152上沿着第二方向6可平移。多个载架151彼此靠着设置。载架151和导轨152由设置在舰船的工作甲板2上的构件150a的框架以及直立框架构件150b支撑，该直立框架构件150b限定了从舰船的左舷朝向其右舷侧的向上的斜坡。电缆3在设置于框架(150a、150b)上的向上延伸的辊子155和设置于载架151的侧面的元件154之间被引导。半圆形轨道由设置在缓冲系统15的左舷端b处的一些载架151上的多个向上延伸的销153限定。因此，缓冲系统(15、15a、15b)上的电缆3的路径由辊子(155)、元件154、销153和载架151的位置限定。载架151可以通过由马达157驱动的牵引电缆156(参见图5c)在第二方向6上平移。在缓冲系统15的右舷端a处，载架151被引导使得它们在其主要运动平面下方被带回或折叠回，就像灵活的车库门一样。

优选地，根据该装置的一个实施例，通过拉动柔性牵引手段，例如沿着电缆路径设置的绳索，可以平移下船和/或缓冲支撑元件。

在操作中，通常沿着支撑手段(13a、13b)并且在下船支撑元件17和/或每个缓冲支撑系统15的缓冲支撑元件151上引导诸如电缆3的柔性物品。载架151沿着舰船的横向方向6在右舷端a处的短位置和左舷端b处的长位置之间可平移，该短位置对应于短的电缆路径长度，该长位置对应于长的电缆路径长度。在所示的电缆敷设舰船1上，载架151的短位置a对应于相对靠近电缆3的未偏离路径的位置(不使用缓冲系统15)。长位置b对应于最大长度的电缆3被缓冲的位置。由于缓冲系统15的载架151在横向方向6上可平移，这允许改变舰船1的工作甲板上的电缆3的长度。

在一个实施例中，至少一个第一电缆支撑元件(17、17a)也可以在平行于舰船1的船中部轴线5的纵向方向上平移。电缆3的路径的另一个弯曲部分可以是静止的，例如由工作甲板2的弯曲通道13c提供。四分之一圆结构(17、17a)和通道13c沿着半径等于或大于电缆3的最小弯曲半径(mbr)的弧来引导电缆3，这是为了防止电缆3的损坏或甚至断裂。为了便于电缆输送，下船四分之一圆结构(17、17a)可以从平行于甲板2的表面的水平位置(如图所示)倾斜到基本上竖直的位置，在该竖直位置，它们的平面大致垂直于甲板2的平面。

如图1和2所示，将电缆3沿着右舷电缆托架13b从通道13c进一步引导至甲板穿透部18，该甲板穿透部18允许进入设置在甲板2下方区域中的存储单元20(如图2所示)。存储单元20可以例如包括转盘，电缆3围绕转盘卷绕，直到达到存储单元20的预定填充程度。在一个实际的实施例中，电缆3再次从该甲板穿透部18回到表面，然后被引导至另一个甲板穿透部19，该甲板穿透部19允许进入设置在甲板2下方区域中的另一个存储单元。另一个存储单元(图1中不可见)也是填充有电缆3，该电缆3来自岸上的源和存储单元20。本发明不限于使用两个或更多个存储单元20，并且一个存储单元20足以实现本发明。舰船1的甲板2还可以设置有其他设备，例如一排电缆保护系统套管4。

如图2所示，存储单元20可以布置在甲板下方并且包括圆柱形本体21，其中电缆3可以沿围绕设置在中心的芯23的圆周方向布置在本体21中。存储单元的圆柱纵向轴线22在大致垂直于甲板2的平面的方向上延伸。该方向基本上是竖直的。存储单元20可以在卷绕方向24上围绕平行于圆柱纵向轴线22的旋转轴线旋转，其中电缆3沿着该卷绕方向24从源卷入。当松出存储的电缆3时，存储单元20可以在松出方向25上围绕平行于圆柱纵向轴线22的旋转轴线旋转，其中电缆3在该输出方向25上沿着下船四分之一圆(17、17a)和弯曲通道13c被引导，并且最终到达用于将电缆3的端部带到舰船外的斜槽(10、11)。

例如，如图2所示，下船四分之一圆(17、17a)可以通过设置在舰船1的工作甲板2上的绞盘26进行平移。例如，通过拉动沿着电缆路径设置的电缆3，下船四分之一圆17a可以在松出方向上沿着平行于船中部轴线5的纵向方向平移，而同一第一四分之一圆17a可以通过拉动绞盘26在卷绕方向16上沿着平行于船中部轴线5的纵向方向平移。

四分之一圆(17、17a)、弯曲通道13和由缓冲系统15上的销153形成的轨道包括半圆形表面，该半圆形表面限定半圆形电缆路径。半圆形表面例如通过采用等于或大于电缆3的最小曲率半径的半径防止损坏电缆3。最小曲率半径由电缆制造商规定并且限定了电缆可以弯曲而不会有任何损坏风险的最小弯曲半径。

为了操作并且如上所述，沿着支撑手段(13、14)并且在下船四分之一圆(17、17a)和缓冲系统(15a、15b)上引导电缆3。在所示实施例中，下船四分之一圆(17、17a)是平面结构，并且布置成使得它们的平面大致平行于舰船的工作甲板2，即大致水平，如图所示。然而，当被带到右舷侧a处的短位置时，如图2所示，缓冲系统(15a、15b)的载架151将与工作甲板2成一定角度。至少下船四分之一圆17a优选地连接到工作甲板2，使得它可以倾斜并且处于偏离水平位置的位置，优选基本上竖直的位置。这样的位置可以例如用于在电缆敷设操作中通过斜槽(10、11)将电缆3带到舰船外，这将在下面参考图3进行说明。

装置通常可以用于松出电缆，但是它在电缆敷设操作中的使用是优选的，特别是在由电缆敷设舰船1进行的海上电缆敷设操作中。该装置也有利地用在将电缆连接到海上风力涡轮发电机或任何其他海上结构的方法中。图3中示出了这种方法的一个实施例。该方法包括使设有本发明装置的电缆敷设舰船1航行至海上风力涡轮发电机40。风力涡轮发电机40通常包括支撑实际涡轮部件(例如涡轮机塔架、带有传动系的机舱，毂和叶片(这些部件未示出))的直立子结构。电缆连接点(接线盒)通常在位置d处位于子结构和风力涡轮发电机之间的界面附近。将风力涡轮发电机40连接到电缆3需要将电缆3带到升高位置d以便连接到接线盒。对于现代风力涡轮发电机，位置d的高度可以高达海平面以上15至25米。电缆敷设舰船1系泊在风力涡轮发电机40附近，并且一段长度的电缆3从存储单元20(或多个存储单元)退绕并且通过斜槽(10、11)形式的下船引导手段被带到舰船外。为了将一段长度的电缆3带到舰船外，通常需要为电缆3的外部自由端提供保护套管4。然后，通过拉动保护套管4，将电缆3沿着电缆路径拉动。将一段长度的电缆3带到舰船外可以通过多种方式完成。最安全的方法之一包括将第一四分之一圆17a带到靠近舰船1的后方船尾2a的位置，然后将带有被支撑的一段电缆3的第一四分之一圆17a带到舰船外，其优选处于基本竖直的位置，并且使第一四分之一圆17a定位在海床50上的基本平坦的位置。这允许在支撑状态下将一段长度的电缆3带至海床50，使得损坏的风险最小化。将第一四分之一圆17a定位在海床上可以通过任何合适的手段进行，例如通过为此目的设置在舰船1上的提升手段(未示出)。合适的提升手段包括例如起重机臂。

如图3所示，长度ed的电缆3需要沿着风力涡轮发电机40从靠近其底部的位置e向上拉到靠近子结构和风力涡轮发电机塔架之间的界面的位置d，以便连接到接线盒。为此，需要电缆3的总长度约为decf，如图3所示。在拉过来之前，所需电缆长度decf通常大于可用长度cf。在已知方法中，可用长度cf通过使舰船1沿着距离51航行远离风力涡轮发电机40来增加。在海床50上提供电缆3的附加长度3a。在已知方法中，电缆3然后被拉入风力涡轮发电机40，同时使已知舰船1’朝向风力涡轮发电机40航行。这是一个繁琐的过程。本发明通过给c和f之间的电缆长度增加电缆环来增加可用长度cf。

本发明的装置通过包括一个或多个第二四分之一圆15的电缆路径由在电缆敷设舰船1本身上提供的附加电缆长度来提供连接所需的长度。本发明还防止船舰1在将附加长度的电缆敷设在海床50上之后航行返回到风力涡轮发电机40，并且实际上允许在连接操作期间使舰船1靠近风力涡轮发电机40系泊。第二四分之一圆15提供足够的长度以容纳所需的附加电缆长度。在沿着风力涡轮发电机40拉动电缆3的过程中，电缆3被松出到舰船1外，并且第二四分之一圆15同时从它们的长位置b移动到它们的短位置a以“释放”附加的电缆长度。

在松出电缆3期间，张紧器12保持电缆3以防止电缆3从存储单元20不受控制地退绕。电缆3从存储单元20的退绕速度voff可以通过控制装置60来调节，该控制装置60例如是一对辊子，其控制存储单元20在退绕方向25上的旋转速度。张紧器12适于在松出期间控制电缆3的松出速度vout。为了避免张紧器12的松出速度vout和存储单元的退绕速度voff的差异，本发明的实施例还包括用于响应于存储单元20和张紧器12之间的电缆3的张力ft的变化而使下船支撑元件或四分之一圆(17、17a)平移的手段。这种实施例在图4中示意性地示出，并且包括用于平移下船支撑元件17a的手段，该下船支撑元件17a适于在电缆3中保持恒定的张力ft。这种手段可以由恒定张力绞盘26实现。在电缆3中的张力下降时恒定张力绞盘将拉动相应的四分之一圆(17、17a)，并且当电缆3中的张力增加时恒定张力绞盘将松弛。这导致一个或多个四分之一圆(17、17a)在航行期间和/或在松出电缆3期间移动，从而延长或缩短所述四分之一圆(17、17a)之间的电缆路径以使电缆张力ft保持大致恒定。