(12) PATENT (19) NO (11) 328774 (13) B1 NORGE (1) Int Cl. F16L 9/19 (06.01) H01B 13/02 (06.01) Patentstyret (21) Søknadsnr 084172 (86) Int.inng.dag og søknadsnr (22) Inng.dag 08..06 (8) Videreføringsdag (24) Løpedag 08..06 () Prioritet (41) Alm.tilgj.04.07 (4) Meddelt.0. (73) Innehaver Aker Subsea AS, Postboks 94, 132 LYSAKER, Norge (72) Oppfinner Arild Figenschou, Nordengveien 16, 1396 BILLINGSTAD, Norge Finn Peter Gjerull, Båtstøjordet 1, 1363 HØVIK, Norge (74) Fullmektig Protector Intellectual Property Consultants AS, Oscarsgate, 032 OSLO, Norge (4) Benevnelse SZ-slagningsmaskin (6) Anførte publikasjoner WO 080796 A1, GB 2219063 A, WO 9317176 A1 (7) Sammendrag Det er beskrevet en maskin og fremgangsmåte for SZ slagning av en umbilikal/kraftumbilikal bestående av et antall langstrakte elementer, hvilke langstrakte elementer er ulike med hensyn til tverrsnittsform, materiale, funksjon og i antall. Slagningsmaskinen (1) er arrangert i følgende komponentrekkefølge når sett i trekkretningen startende fra en inngangsende: en første matrise (3) som mottar og samler et første sett med langstrakte elementer (a-c) i hovedsak rettlinjet fra respektive forråd (11) med langstrakte elementer, en andre statisk matrise (4) som mottar og samler et andre sett med langstrakte elementer (d-f) i hovedsak rettlinjet fra respektive forråd (16) med langstrakte elementer og slår disse sammen med det første sett til en samlet bunt (18), minst én støtteinnretning () som holder den samlede bunten (18) radialt på plass; en dreieinnretning (6) i stand til å dreie bunten (18) torsjonsmessig frem og tilbake på oscillerende SZ måte, og et tape- eller båndviklingsapparat (7) som straks etter dreieinnretningen (6) påfører bånd eller tape omkretsmessig på den SZ slåtte bunt (18) med langstrakte elementer (a-f).
SZ-slagningsmaskin 1 Foreliggende oppfinnelse vedrører en maskin for SZ slagning av en umbilikal/kraftumbilikal bestående av et antall langstrakte elementer, hvilke langstrakte elementer er ulike med hensyn til tverrsnittsform, materiale, funksjon og i antall. 1 Typisk utgjør slike langstrakte elementer en eller flere blant følgende tradisjonelle komponenter i en umbilikal/kraftumbilikal: strømkabler til overføring av store mengder elektrisk energi, fluidrør av like eller ulike tverrsnittsdimensjoner, elektriske ledninger til styringsformål etc.; optiske ledere, fyllmateriale i form av stive langstrakte plastelementer som ligger i det minste delvis omkring og mellom de øvrige langstrakte elementer, så som fluidrørene, strømkablene og ledningene/lederne, og eventuelt ett eller flere lastbærende elementer forutbestemt plassert i umbilikalens, eller kraftumbilikalens, tverrsnitt, så som stål wire eller karbonstaver, enkeltvis eller samlet i bunter. Flere av de langstrakte elementer kan imidlertid være like. Det skal dermed forstås at det ikke er så vesentlig hvilke type elementer som sammenslås, men måten dette gjøres på og hvordan maskinen som er i stand til å utføre dette er oppbygd, blir det nye og spesielle. Foreliggende oppfinnelse vedrører følgelig også en fremgangsmåte til SZ slagning av en umbilikal/kraftumbilikal ved hjelp av en maskin som angitt ovenfor. 2 En velprøvd slagningsmaskin som over lang tid er benyttet ved produksjon av klassiske umbilikaler, dvs av typen som er spiralsnodd om sin lengdeakse, er kort beskrevet og illustrert i fig. 1- i WO 93/17176 (NO174 940). En annen type slagningsmaskin, spesielt benyttet for SZ slagning av kabler, er skjematisk illustrert i fig. 7 i WO 08/0796. Et ytterligere eksempel på teknikkens stand er vist i GB 2 219 063A. Et formål med den foreliggende oppfinnelse er å lage en slagningsmaskin som er vesentlig forenklet i forhold til de omfangsrike og til dels kompliserte slagningsmaskiner som finnes i dag. Dessuten er det ønskelig å kunne lage en slik maskin mobil, dvs kunne flytte den fra sted til sted uten for omfattende og kompliserte operasjoner.
2 Dette oppnås med en maskin av den innledningsvis nevnte type som er kjennetegnet ved at slagningsmaskinen er arrangert i følgende komponentrekkefølge når sett i trekkretningen startende fra en inngangsende: en første matrise som mottar og samler et første sett med langstrakte elementer i hovedsak rettlinjet fra respektive forråd med langstrakte elementer, en andre statisk matrise som mottar og samler et andre sett med langstrakte elementer i hovedsak rettlinjet fra respektive forråd med langstrakte elementer og slår disse sammen med det første sett til en samlet bunt, minst én støtteinnretning som holder den samlede bunten radialt på plass; en dreieinnretning i stand til å dreie bunten torsjonsmessig frem og tilbake på oscillerende SZ måte, og et tape- eller båndviklingsapparat som straks etter dreieinnretningen påfører bånd eller tape omkretsmessig på den SZ slåtte bunt med langstrakte elementer. 1 Dermed unngår man de kjempestore dreiende karuseller som igjen bærer et antall sneller som i sin tur roterer om sin snelleakse. Se fig. 1- i WO 93/17176 (NO174 940). Disse forhold er vesentlig forbedret med den maskin som er vist i fig. 7 i WO 08/0796. Imidlertid er denne først og fremst beregnet på tilvirkning av eksisterende kabler ved vanlig kabelproduksjon, men prinsippet ble foreslått brukt til å produsere den SZ slåtte umbilikalen ifølge WO 08/0796. Imidlertid er man ikke kommet dit enda annet enn at denne umbilikalen er produsert i kortere prøvelengder. Den nå foreslått slagningsmaskin er imidlertid konstruert for fullskala produksjon av kontinuerlige lengder med umbilikaler av svært forskjellige tverrsnittsprofiler, som også omfatter kraftumbilikaler av typen vist i WO 08/07964. 2 Vanligvis vil de langstrakte elementer være en eller flere blant følgende tradisjonelle komponenter i en umbilikal/kraftumbilikal: strømkabler til overføring av store mengder elektrisk energi, fluidrør, elektriske ledninger; optiske ledere, fyllmateriale i form av stive langstrakte plastelementer (PVC), som ligger i det minste delvis omkring og mellom strømkablene og ledningene/lederne, og ett eller flere lastbærende elementer forutbestemt plassert i umbilikalens, eller kraftumbilikalens, tverrsnitt.
3 En type lastbærende elementer er karbonstaver med innleirede styrkefiber. De har like stor aksial styrke som stål, men bare % av vekten. Den faktiske kraft som hver karbonstav overfører er bare rundt 3% av dens bæreevne. Det er aksialstivheten som skapes i umbilikalen som er viktig. Umbilikalen er nær ved uten tøyning når den er S-Z slått og det er viklet utvendig styrkebånd. Hensiktsmessig kan innretningene som besørger trekk av umbilikalen gjennom maskinen være et eller flere sett med larvetrekk. Med fordel innbefatter maskinen vendemekanismer som er i stand til å endre retningen til de fremførte langstrakte elementer. 1 Med fordel omfatter maskinen innretninger som påfører en beskyttende kappe som omgir de respektive langstrakte elementer som måtte inngå i en dedikert umbilikal/kraftumbilikal. I en fordelaktig utførelse kan dreieinnretningene som besørger slagningen, dreie en omdreining per omlag meter lengde med umbilikal. 2 Det er videre tilveiebrakt en fremgangsmåte av den innledningsvis nevnte type som kjennetegnes ved at fremgangsmåten omfatter innføring av et første sett med langstrakte elementer i slagningsmaskinens inngangsende og inn i en første matrise som mottar og samler de respektive langstrakte elementer i hovedsak rettlinjet fra respektive forråd med langstrakte elementer, at et andre sett med langstrakte elementer ledes mot en statisk, andre matrise og sammenføres med det første sett med langstrakte elementer som kommer fra den første matrise, at alle de langstrakte elementer innføres i den statiske, andre matrise og blir sammenslått til en bunt med langstrakte elementer, at bunten etter sammenslagningen forløper videre til en eller flere støtteinnretninger som holder bunten radialt på plass, at bunten blir ført videre til en dreieinnretning som dreier bunten torsjonsmessig frem og tilbake på oscillerende SZ måte, og at bånd eller tape påføres omkretsmessig på den SZ slåtte bunt.
4 Hensiktsmessig blir umbilikalen trukket gjennom maskinen av et eller flere sett med larvetrekkinnretninger. Med fordel blir en beskyttende kappe, som omgir de respektive langstrakte elementer som måtte inngå i en dedikert umbilikal/kraftumbilikal, påført etter båndomviklingen. 1 2 Andre og ytterlige formål, særtrekk og fordeler vil fremgå av den følgende beskrivelse av foretrukne utførelser av oppfinnelsen, som er gitt for beskrivelsesformål og gitt i forbindelse med de vedlagte tegninger, hvor: Fig. 1 viser i perspektiv en slagningsmaskin ifølge oppfinnelsen, Fig. 2a-2f viser innringede detaljer av maskinen vist i figur 1, Fig. 3 viser i toppriss en slagningsmaskin ifølge oppfinnelsen, Fig. 4 viser et sideriss av en slagningsmaskin ifølge oppfinnelsen. Med henvisning til fig 1 er det generelt vist en maskin 1 for SZ slagning av en umbilikal eller kraftumbilikal som er satt sammen av et antall langstrakte elementer a-e som er ulike med hensyn til tverrsnittsform, materiale, funksjon og i antall. Typisk vil slike langstrakte elementer være en eller flere blant følgende tradisjonelle komponenter i en umbilikal/kraftumbilikal: strømkabler til overføring av store mengder elektrisk energi, fluidrør, elektriske ledninger, optiske ledere, fyllmateriale i form av stive langstrakte plastelementer, ofte av PVC, og ett eller flere lastbærende elementer som er forutbestemt plassert i umbilikalens, eller kraftumbilikalens, tverrsnitt. Fyllmaterialet vil normalt ligge i det minste delvis omkring og mellom strømkablene og ledningene/lederne. En type lastbærende elementer er karbonstaver med innleirede styrkefiber. De har like stor aksial styrke som stål, men bare % av vekten. Slagningsmaskinen 1 er satt sammen på en bestemt måte og de enkelte komponenter som skal besørge spesielle funksjoner er arrangert i en bestemt rekkefølge. I den enden som den ferdige umbilikal går ut av slagningsmaskinen 1, er det plassert et antall larvetrekkanordninger 2, her vist tre like enheter, som er i stand til trekke umbilikalen gjennom slagningsmaskinen 1. Larvetrekkanordningen 2 er slik innrettet at to sett
1 med langstrakte belter 2a vender mot hverandre og klemmer umbilikalen mellom seg. Samtidig blir beltene 2a drevet i en endeløs bane og trekker dermed umbilikalen gjennom slagningsmaskinen 1. De to settene er utstyrt med innretninger som besørger justerbar klemkraft mot umbilikalen. I den motsatte enden mates de langstrakte elementer a f som umbilikalen skal bygges opp av inn i slagningsmaskinen 1. Hvert enkelt langstrakt element f kommer fra sitt respektive forråd, typisk en snelle 11, eller en trommel, som elementet a f er lagret på. Slagningsmaskinen 1 vil typisk være oppbygd fra bakkenivået L for å få plass til et stort antall sneller 11, eller tromler, med stor diameter og kapasitet, eventuelt to i høyden. Slagningsmaskinen 1 er plassert på en plattform 12, noe tilsvarende en gangbro, med rekkverk 13. Plattformen 12 står på søyler 14 som i sin tur står fundamentert til underlaget eller bakken L. 2 Slagningsmaskinen 1 blir videre beskrevet etter en bestemt komponentrekkefølge når sett i trekkretningen og startende fra en inngangsende. En første matrise 3 er plassert på en sokkel 3a som rager opp fra plattformen 12. Den første matrise 3 har en åpning 3b som mottar og samler ett første sett med langstrakte elementer a c fra respektive forråd 11 med langstrakte elementer. De langstrakte elementer a c kommer gjerne inn på skrå fra snellene 11 og inn mot slagningsmaskinen 1. En vendemekanisme 1 for hvert langstrakt element a e er anordnet i nærheten av den første matrisen 3. Hver vendemekanisme 1 besørger at retningen som et langstrakt element beveger seg i fra snellene 11 blir omsatt til en i hovedsak rettlinjet bevegelse, og uten torsjonsmessig vridning, inn mot åpningen 3b i matrisen. Fra vendemekanismen 1 og inn mot åpningen 4b løper alle aktuelle langstrakte elementer a e parallelt. En andre matrise 4 er også plassert på en sokkel 4a som rager opp fra plattformen 12. Den andre matrise 4 er statisk og har en åpning 4b som mottar og samler et andre sett med langstrakte elementer d f fra respektive andre forråd 16 med langstrakte elementer d f. De langstrakte elementer d f kommer også denne gang
6 gjerne inn på skrå fra snellene 16 og inn mot slagningsmaskinen 1. Nok en vendemekanisme 17 for hvert langstrakt element d f er anordnet i nærheten av den andre matrisen 4. Hver vendemekanisme 17 besørger som før at retningen som et langstrakt element beveger seg i fra snellene 16 blir omsatt til en i hovedsak rettlinjet bevegelse, og uten torsjonsmessig vridning, inn mot åpningen 4b i matrisen 4. Fra vendemekanismen 17 og inn mot åpningen 4b løper alle aktuelle langstrakte elementer d f parallelt og nå parallelt med de langstrakte elementer a c som kommer fra den første matrise 3. 1 I den statiske matrisen 4 blir alle de langstrakte elementene a f slått sammen til en bunt 18 og hvor bunten 18 etter sammenslagningen forløper i hovedsak rettlinjet og uten indre torsjonsmessige vridninger. Den stabiliserende, statiske matrise 4 har en åpning 4b som er komplementær til den sammenslagne bunts 18 utvendige form. I praksis vil dette si at den utvendige form på bunten 18 har langsgående riller som har motsvarende form i matriseåpningen 4b. Dette fordi matrisen 4 skal være i stand til å fastholde umbilikalen mot torsjonsmessig rotasjon. Fra matrisen 4 passerer den nå sammenslåtte bunt 18 til én eller flere støtteinnretninger, her vist et antall på fem, som er i stand til å holde bunten 18 radialt på plass, også når den blir utsatt for vridningskrefter. Hver støtteinnretning er plassert på en sokkel a som rager opp fra plattformen 12. Støtteinnretningene har en åpning b som er utstyrt med et antall perifert plasserte ruller c som støter mot buntens 18 overflate og holder bunten 18 på plass radialt. 2 Derfra passerer bunten 18 videre til en dreieinnretning 6. Dreieinnretningen 6 er også plassert på en sokkel 6a som rager opp fra plattformen 12. Dreieinnretningen 6 har en åpning 6b som også er komplementær til den sammenslagne bunts 18 utvendige form. Dette vil si at den innvendige form på åpningen 6b har langsgående riller. Dette fordi dreieinnretningen 6 skal være i stand til å vri umbilikalen mens den passerer gjennom åpningen 6b. Samtidig fastholdes umbilikalen 1 mot torsjonsmessig rotasjon av den statiske matrisen 4. Dette betyr at torsjonsmessig vridning bare skjer mellom dreieinnretningen 6 og den statiske matrisen 4. Dreieinnretningen 6 er i stand til å dreie
7 bunten 18 torsjonsmessig frem og tilbake på oscillerende SZ måte. Dreieinnretningene 6 som besørger slagningen vil normalt dreie en omdreining per omtrentlig meters lengde med umbilikal, uten at dett skal være en begrensning. Lang slagningslengde er imidlertid fordelaktig i mange sammenhenger, spesielt med hensyn til snoing under aksial belastning. Etter dreieinnretningen 6 er det anordnet et tape- eller båndviklingsapparat 7 som straks etter dreieinnretningen 6 påfører bånd eller tape omkretsmessig på den SZ slåtte bunt 18 med langstrakte elementer a f. Båndviklingsapparatet 7 er også plassert på en sokkel 7a som rager opp fra plattformen 12. Båndviklingsapparatet 7 har en åpning 7b som den sammenslagne bunt 18 passerer gjennom og videre til larvetrekkanordningene 2.
8 P a t e n t k r a v 1 1. Maskin for SZ slagning av en umbilikal/kraftumbilikal bestående av et antall langstrakte elementer, hvilke langstrakte elementer er ulike med hensyn til tverrsnittsform, materiale, funksjon og i antall, karakterisert ved at slagningsmaskinen (1) er arrangert i følgende komponentrekkefølge når sett i trekkretningen startende fra en inngangsende: en første matrise (3) som mottar og samler et første sett med langstrakte elementer (a-c) i hovedsak rettlinjet fra respektive forråd (11) med langstrakte elementer, en andre statisk matrise (4) som mottar og samler et andre sett med langstrakte elementer (d-f) i hovedsak rettlinjet fra respektive forråd (16) med langstrakte elementer og slår disse sammen med det første sett til en samlet bunt (18), minst én støtteinnretning () som holder den samlede bunten (18) radialt på plass; en dreieinnretning (6) i stand til å dreie bunten (18) torsjonsmessig frem og tilbake på oscillerende SZ måte, og et tape- eller båndviklingsapparat (7) som straks etter dreieinnretningen (6) påfører bånd eller tape omkretsmessig på den SZ slåtte bunt (18) med langstrakte elementer (a-f). 2 2. Maskin som angitt i krav 1, karakterisert ved at de langstrakte elementer (a-f) er en eller flere blant følgende tradisjonelle komponenter i en umbilikal/kraftumbilikal: strømkabler til overføring av store mengder elektrisk energi, et antall fluidrør, elektriske ledninger, optiske ledere, fyllmateriale i form av stive langstrakte plastelementer, som ligger i det minste delvis omkring og mellom strømkablene og ledningene/lederne, og ett eller flere lastbærende elementer forutbestemt plassert i umbilikalens, eller kraftumbilikalens, tverrsnitt. 3. Maskin som angitt i krav 1, karakterisert ved at innretningene som besørger trekk av umbilikalen () gjennom maskinen er et eller flere sett med larvetrekk (2).
9 4. Maskin som angitt i krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at den innbefatter vendemekanismer (1; 17) som endrer retningen på de langstrakte elementer (a-f).. Maskin som angitt i ett av kravene 1-4, karakterisert ved at den omfatter innretninger som påfører en beskyttende kappe som omgir de respektive langstrakte elementer som måtte inngå i en dedikert umbilikal/kraftumbilikal. 6. Maskin som angitt i ett av kravene 1-, karakterisert ved at dreieinnretningene (6) som besørger slagningen, dreier en omdreining per omtrentlig meter umbilikallengde. 1 2 7. Fremgangsmåte til SZ slagning av en umbilikal/kraftumbilikal bestående av et antall langstrakte elementer, hvilke langstrakte elementer er ulike med hensyn til tverrsnittsform, materiale, funksjon og i antall, ved hjelp av en maskin som angitt i ett av kravene 1-, karakterisert ved at fremgangsmåten omfatter innføring av et første sett med langstrakte elementer i slagningsmaskinens inngangsende og inn i en første matrise som mottar og samler de respektive langstrakte elementer i hovedsak rettlinjet fra respektive forråd med langstrakte elementer, at et andre sett med langstrakte elementer ledes mot en statisk, andre matrise og sammenføres med det første sett med langstrakte elementer som kommer fra den første matrise, at alle de langstrakte elementer innføres i den statiske, andre matrise og blir sammenslått til en bunt med langstrakte elementer, at bunten etter sammenslagningen forløper videre til en eller flere støtteinnretninger som holder bunten radialt på plass, at bunten blir ført videre til en dreieinnretning som dreier bunten torsjonsmessig frem og tilbake på oscillerende SZ måte, og at bånd eller tape påføres omkretsmessig på den SZ slåtte bunt.
8. Fremgangsmåte som angitt i krav 7, karakterisert ved at umbilikalen blir trukket gjennom maskinen av et eller flere sett med larvetrekkinnretninger. 9. Fremgangsmåte som angitt i krav 7 eller 8, karakterisert ved at en beskyttende kappe, som omgir de respektive langstrakte elementer som måtte inngå i en dedikert umbilikal/kraftumbilikal, blir påført etter båndomviklingen.. Fremgangsmåte som angitt i krav 7, 8 eller 9, karakterisert ved at ett eller flere ytterligere sett med langstrakte elementer blir påført utenpå de to først sett med langstrakte elementer før båndet eller tapen blir påført. 1