用于多种截面海缆退扭的组合型海缆退扭系统

摘要

本发明公开了用于多种截面海缆退扭的组合型海缆退扭系统，涉及一种海缆退扭系统。海缆退扭方式单一，不能适应不同直径的海缆。本发明包括海缆储盘、可升降的多个承重台、可升降的升降塔、用于驱动拖轮转动的海缆储盘转动驱动装置、设于升降塔上部的海缆托架、用于牵引海缆的出缆牵引机及与海缆储盘转动驱动装置和出缆牵引机相连的控制器，所述的海缆储盘转动驱动装置、承重台设于海缆储盘的下方；多个承重台与海缆储盘同心圆周布置。本发明可方便的实现水平旋转退扭和高度退扭两种方式，退扭方式切换方便，可根据不同截面的海缆使用不同的退扭方式，操作简单，切换方便。

说明书

技术领域

本发明涉及海缆退扭系统，尤其涉及用于多种截面海缆退扭的组合型海缆退扭系统。

背景技术

目前，海缆在生产完成后和敷设施工前，要在外力的作用下，以类似钢丝绳的方法盘绕在圆形的海缆储盘内，此种绕放方式对铠装海缆会产生内在的旋转应力，每盘绕一圈，都有一圈外加的环形扭力发生，这就要求在海缆过驳和敷设时采取某种方式将盘放的环形应力逐一解开，防止退扭不均或累积，造成海缆损伤。

目前，海缆退扭主要有两种方式：

高度退扭方式

技术原理：海缆高度退扭方式的海缆储盘是一个固定托盘的形式，海缆储盘绕逐层进行。高度退扭方式最重要的部分是出缆托架。出缆托架多为桁架结构，材质为无缝钢管，其强度好，结构稳定，便于安装和拆卸。海缆敷设施工时，通过出缆牵引机将海缆牵引通过出缆托架，通过入水槽，敷设至海床上。

技术特点：海缆高度退扭方式的主要特点是海缆储盘不发生转动，固定到海上平台的甲板上，把海缆抽高到一定的高度，使海缆释放掉盘绕时产生的旋转应力，然后通过出缆牵引机的牵引，将海缆敷设到海床上。其优点是适用于中小截面的海缆敷设，成本低且技术成熟。缺点是不适用于大截面海缆退扭，因其需要很高的出缆托架，存在安全隐患，同时海缆上会有残余的旋转应力，不能实现海缆应力全部释放，应力累积到一定程度就会造成海缆损伤。

平面旋转退扭方式

技术原理：海缆旋转退扭方式的海缆储盘是转轴的形式，海缆储盘的下部装有回转机构，自身带有驱动装置，能够配合出缆牵引机的敷设海缆速度，调节自身旋转速度，将海缆释放到海床上。海缆旋转退扭的过缆方式在工厂码头直接装运上平台，即海缆从工厂车间中出来通过码头的传送带直接将海缆输送到电缆施工海上平台上的海缆储盘上。海缆敷设施工时，通过海缆储盘旋转将海缆释放，出缆牵引机将海缆牵引通过入水槽，敷设至海床上。

技术特点：平面旋转退扭最大特点是通过电缆储盘旋转将海缆应力释放，无需搭建高度出缆托架，可以和出缆牵引机、海上平台敷设速度协调一致，效率和自动化程度高。缺点是施工成本较高，因海缆储盘重力巨大，其下部沿转动轨道所布置大量拖轮因兼具承重与旋转功能，极易损坏而影响系统使用寿命，故该退扭方式较适用于高度退扭方式无法实现退扭的的大截面海缆退扭。

目前国内进行海缆敷设施工普遍采用高度退扭方式，但因国内电力供应的需求飞速上涨和海岛智能电网建设的需要，电压等级不断增高，海缆横截面积不断增大，目前海缆输电电压等级可达到500kV，海缆横截面积可达到1800mm²，传统的高度退扭方式已无法满足高电压等级、大截面的海缆的退扭要求，故用于多种截面海缆退扭的组合型海缆退扭系统的建设在此阶段尤为重要。

发明内容

本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供用于多种截面海缆退扭的组合型海缆退扭系统，以实现多种截面海缆退扭要求为目的。为此，本发明采取以下技术方案。

用于多种截面海缆退扭的组合型海缆退扭系统，包括海缆储盘、可升降的多个承重台、可升降的升降塔、用于驱动拖轮转动的海缆储盘转动驱动装置、设于升降塔上部的海缆托架、用于牵引海缆的出缆牵引机及与海缆储盘转动驱动装置和出缆牵引机相连的控制器，所述的海缆储盘转动驱动装置、承重台设于海缆储盘的下方；多个承重台与海缆储盘同心圆周布置；当采用高度退扭时，升高承重台使海缆储盘脱离海缆储盘转动驱动装置，并升高升降塔以满足退扭要求，通过出缆牵引机牵引海缆通过入水槽，敷设至海床上；当采用平面旋转退扭方式进行海缆退扭时，降低承重台，使海缆储盘转动驱动装置与海缆储盘接触，海缆储盘转动驱动装置驱动海缆储盘旋转运动，并控制出缆牵引机同步牵引海缆，对海缆的应力进行释放。本系统可方便的实现水平旋转退扭和高度退扭两种方式，退扭方式切换方便，可根据不同截面的海缆使用不同的退扭方式，操作简单，切换方便。

作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明还包括以下附加技术特征。

所述的海缆储盘转动驱动装置包括拖轮、驱动拖轮转动的驱动电机，所述的拖轮设于海缆储盘的下方；所述的拖轮与海缆储盘同心圆周布置；当采用高度退扭时，升高承重台使海缆储盘脱离拖轮；当采用采用平面旋转退扭方式进行海缆退扭时，降低承重台，使拖轮与海缆储盘接触，电机驱动拖轮使海缆储盘进行旋转运动。通过驱动电机驱动拖轮，在实现平面旋转退扭方式时方便的实现拖轮带动海缆储盘旋转；通过升高承重台使海缆储盘脱离拖轮，可实现高度退扭时海缆储盘的固定，针对不同的退扭方式，海缆储盘旋转和固定两种方式切换方便。

所述的升降塔设有多根用于支撑升降塔的伸缩式支撑杆。伸缩式支撑杆一方面便于提供对升降塔的支撑，另外，根据水平旋转退扭和高度退扭两种方式对升降塔高度要求的不同，可通过伸缩方式方便的调节支撑杆的高度。

所述的升降塔包括桁架立柱、带动桁架立柱升降的升降塔液压助推器；桁架立柱采用桁架结构，每个连接点采取铆接形式，可绕节点进行旋转，通过升降塔液压助推器可控制桁架立柱的整体高度；桁架立柱顶部设有所述的海缆托架，所述的海缆托架中部设有所述的出缆牵引机。桁架升降方式技术成熟，操作简单，连接稳定，可方便的实现升降，升降范围大，在不使用时，降低到位后占用空间小；通过海缆托架和出缆牵引机，安全可靠的对海缆进行导引出缆。

所述的支撑杆斜向设于桁架立柱四周，支撑杆一端与桁架立柱上部相连，支撑杆的另一端为着地的锚固端。支撑杆分布四周，使支撑力分布较均匀，支撑效果好，支撑杆着地端锚固，可以防止支撑杆滑移，稳定性好，可靠性高。

所述的支撑杆为采用三段式套管结构的支撑套管，三段套管相互嵌套以调节其长度，所述的支撑套管在嵌套处设有锁紧装置，支撑套管随着桁架立柱的升降进行伸缩，当桁架立柱到达设定高度后，锁紧装置对支撑杆进行锁紧。三段式套管的支撑杆具有较大的伸缩高度差，适应水平旋转退扭和高度退扭对桁架的高度要求，锁紧装置可方便地实现对支撑杆高度调节到位后的锁紧固定。

所述的海缆储盘包括内围栏、外围栏、底板及圆形的隔板，所述的底板呈圆形，内围栏、外围栏、底板相配形成向上开口的储缆腔，所述的隔板横向设置，将储缆腔分隔成多层储缆室，所述的隔板上设有用于穿缆线的弧形槽及用于调节弧形槽宽度的调节机构。设调节机构以适合不同尺寸的海缆；通过隔板把储缆盘分隔成多层储缆室，每层储缆室单独承力，在下层储缆室储缆到承力极限时通过增加隔板、建立上层储缆室，增加更多的储缆能力，能够有效地提升储缆盘的储缆量，弧形槽便于海缆能够以大于海缆最小弯曲半径的曲度转绕到上层储缆室。

所述的内围栏由多个内围栏单元上下叠置而成，所述的外围栏由多个外围栏单元上下叠置而成，内围栏单元的内侧壁、外围栏单元的外侧壁均设有支撑架，隔板的内圈与内围栏单元相配，隔板的外圈与外围栏单元相配；同层的内围栏单元、外围栏单元高度相同。通过内围栏单元、外围栏单元的模块化结构，不仅便于搬运，并且在需要更高的围栏时便于叠置搭建，通过内围栏单元、外围栏单元和隔板的相配，实现搭建多层储缆室。

所述的隔板开设两个相差180度角的弧形槽，两弧形槽形成“S”形间隙槽，靠近内围栏处的弧形槽切线与内围栏切线之间的夹角大于或等于100度，且小于或等于150度。两个中心对称设置的弧形槽已经可以方便的使海缆从其就近的一个弧形槽转入上层储缆室，合适的弧形槽切线与与内围栏切线之间的夹角，便于在海缆转到上层和由弧形槽转绕内围栏时不会出现大角度弯曲，不会伤害海缆。

所述的隔板下设有呈放射状设置的承力骨架，所述的内围栏单元和外围栏单元的顶部设有与承力骨架相配的定位槽，隔板通过承力骨架架设在内围栏单元、外围栏单元上；所述的隔板由多板拼接而成，包括基础板及异形板；基础板呈扇形，两边为直边，所述的异形板的一边为直边、另一边为形成弧形槽的圆弧边；每一基础板、异形板均设有承力骨架；相邻基础板之间、异形板与基础板之间通过连接件连接；

缆盘在安装时可先将缆盘的底板安装于海缆施工平台甲板上或拖轮上，内、外侧围栏单元设于缆盘底板上，开成一储缆室；

当底层缆盘排线完成后开始安装隔板，首先安装基础板，安装基础板时，基础板承力骨架置于内外侧围栏的定位槽处，各基础板之间通过连接件连接，在基础板安装完成后开始异形板的安装，将异形板与基础板连接，安装过程中仍将承力骨架置于内、外侧围栏卡槽处，隔板安装完成后，在隔板上方设第二层的内、外侧围栏单元形成一储缆室，再继续海缆的排缆布缆工作，当该层的储缆室排线完成后进行上层储缆室的搭建，重复操作，直至到达所需的层数。

通过对隔板的模块化处理，便于搬运和安装，通过基础板及异形板的拼接，再在每块基础板、异形板下方设置承力骨架，承力效果好，相邻基础板之间、异形板与基础板之间通过连接件连接，连接牢固可靠；储缆盘使用及安装简单方便，易操作。

有益效果：

1、方便的实现水平旋转退扭和高度退扭两种方式，退扭方式切换方便，可根据不同截面的海缆使用不同的退扭方式，操作简单，切换方便，能够有效地对大中小各种不同截面的海缆实现退扭操作，释放海缆的旋转应力。

2、可升降承重台可方便的实现海缆储盘的旋转和固定，实现两种不同退扭方式对海缆储盘的操作要求，不同退扭方式之间的切换工作大部分可方便地通过自动控制系统完成，在高度退扭时，海缆储盘的重力由可升降承重台承担，能有效地保护储盘下部拖轮，增加了整套退扭系统的耐久性。

3、升降塔的桁架式伸缩方式和伸缩式支撑杆的辅助支撑方式，方便的实现升降塔的升降和支撑，解决了因为中小截面海缆退扭对出缆托架高度需求不同造成出缆托架反复拆装等问题；支撑杆的锁紧装置可方便的对支撑杆进行伸缩到位后的固定。

4、多层储缆室能够有效地提升储缆盘的储缆量，隔板的弧形槽便于海缆能够以大于海缆最小弯曲半径的曲度转绕到上层储缆室，不会使海缆在弯曲时损坏。

5、隔板下设置承力骨架能够有效地提升隔板对海缆的承重能力，支撑效果好。

附图说明

图1是本发明高度退扭应用示意图。

图2是本发明拖轮及承重台的排布示意图。

图3是本发明海缆储盘结构示意图。

图4是本发明海缆储盘俯视结构示意图。

图5是本发明未安装隔板的海缆储盘结构示意图。

图中：1-拖轮；2-承重台；3-海缆储盘；4-海缆；5-支撑杆；6-出缆牵引机；7-海缆托架；8-升降塔；9-海缆施工平台；301-外围栏；302-内围栏；303-隔板；304-承力骨架；305-弧形槽；306-底板；30301-基础板；30302-异形板； 801-桁架立柱；802-升降塔液压助推器。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

如图1-5所示，用于多种截面海缆退扭的组合型海缆退扭系统，包括海缆储盘3、可升降的12个承重台2、可升降的升降塔8、用于驱动拖轮1转动的海缆储盘转动驱动装置、设于升降塔8上部的海缆托架7、用于牵引海缆4的出缆牵引机6及与海缆储盘转动驱动装置和出缆牵引机6相连的控制器，海缆储盘转动驱动装置、承重台2设于海缆储盘3的下方；12个承重台2与海缆储盘3同心圆周布置；当采用高度退扭时，升高承重台2使海缆储盘3脱离海缆储盘转动驱动装置，并升高升降塔8以满足退扭要求，通过出缆牵引机6牵引海缆4通过入水槽，敷设至海床上；当采用平面旋转退扭方式进行海缆4退扭时，降低承重台2，使海缆储盘转动驱动装置与海缆储盘3接触，海缆储盘转动驱动装置驱动海缆储盘3旋转运动，并控制出缆牵引机6同步牵引海缆4，对海缆4的应力进行释放。

为了使海缆储盘3适应两种退扭方式，海缆储盘转动驱动装置包括拖轮1、驱动拖轮1转动的驱动电机，拖轮1设于海缆储盘3的下方；拖轮1与海缆储盘3同心圆周布置；当采用高度退扭时，升高承重台2使海缆储盘3脱离拖轮1；当采用采用平面旋转退扭方式进行海缆4退扭时，降低承重台2，使拖轮1与海缆储盘3接触，电机驱动拖轮1使海缆储盘3进行旋转运动。通过驱动电机驱动拖轮1，在实现平面旋转退扭方式时方便的实现拖轮1带动海缆储盘3旋转；通过升高承重台2使海缆储盘3脱离拖轮1，可实现高度退扭时海缆储盘3的固定，针对不同的退扭方式，海缆储盘3旋转和固定两种方式切换方便。

为了实现对升降塔8辅助支撑高度的调节，升降塔8设有多根用于支撑升降塔8的伸缩式支撑杆5。伸缩式支撑杆5一方面便于提供对升降塔8的支撑，另外，根据水平旋转退扭和高度退扭两种方式对升降塔8高度要求的不同，可通过伸缩方式方便的调节支撑杆5的辅助支撑高度。

为了便于升降，升降塔8包括桁架立柱801、带动桁架立柱801升降的升降塔液压助推器802；桁架立柱801采用桁架结构，每个连接点采取铆接形式，可绕节点进行旋转，通过升降塔液压助推器802可控制桁架立柱801的整体高度；桁架立柱801顶部设有海缆托架7，海缆托架7中部设有出缆牵引机6。桁架升降方式技术成熟，操作简单，连接稳定，可方便的实现升降，升降范围大，在不使用时，降低到位后占用空间小；通过海缆托架7和出缆牵引机6，安全可靠的对海缆4进行导引出缆。

为了使支撑杆5的支撑稳定可靠，支撑杆5斜向设于桁架立柱801四周，支撑杆5一端与桁架立柱801上部相连，支撑杆5的另一端为着地的锚固端。支撑杆5分布四周，使支撑力分布较均匀，支撑效果好，支撑杆5着地端锚固，可以防止支撑杆5滑移，稳定性好，可靠性高。

为了实现较大的伸缩高度差，支撑杆5为采用三段式套管结构的支撑套管，三段套管相互嵌套以调节其长度，支撑套管在嵌套处设有锁紧装置，支撑套管随着桁架立柱801的升降进行伸缩，当桁架立柱801到达设定高度后，锁紧装置对支撑杆5进行锁紧。三段式套管的支撑杆5具有较大的伸缩高度差，适应水平旋转退扭和高度退扭对桁架的高度要求，锁紧装置可方便地实现对支撑杆5高度调节到位后的锁紧固定。

为了便于储存更多的海缆4，提升储缆能力，海缆储盘3包括内围栏302、外围栏301、底板306及圆形的隔板303，底板306呈圆形，内围栏302、外围栏301、底板306相配形成向上开口的储缆腔，隔板303横向设置，将储缆腔分隔成多层储缆室，隔板303上设有用于穿缆线的弧形槽305及用于调节弧形槽宽度的调节机构。设调节机构以适合不同尺寸的海缆。通过隔板303把储缆盘分隔成多层储缆室，每层储缆室单独承力，在下层储缆室储缆到承力极限时通过增加隔板303、建立上层储缆室，增加更多的储缆能力，能够有效地提升储缆盘的储缆量，弧形槽305便于海缆4能够以大于海缆4最小弯曲半径的曲度转绕到上层储缆室。

为了便于搬运和搭建，内围栏302由多个内围栏单元上下叠置而成，外围栏301由多个外围栏单元上下叠置而成，内围栏单元的内侧壁、外围栏单元的外侧壁均设有支撑架，隔板303的内圈与内围栏单元相配，隔板303的外圈与外围栏单元相配；同层的内围栏单元、外围栏单元高度相同。通过内围栏单元、外围栏单元的模块化结构，不仅便于搬运，并且在需要更高的围栏时便于叠置搭建，通过内围栏单元、外围栏单元和隔板303的相配，实现搭建多层储缆室。

为了使海缆4在转入上层使不会出现过弯曲损伤，隔板303开设两个相差180度角的弧形槽305，两弧形槽305形成“S”形间隙槽，靠近内围栏302处的弧形槽305切线与内围栏302切线之间的夹角大于或等于100度，且小于或等于150度。两个中心对称设置的弧形槽305已经可以方便的使海缆4从其就近的一个弧形槽305转入上层储缆室，合适的弧形槽305切线与与内围栏302切线之间的夹角，便于在海缆4转到上层和由弧形槽305转绕内围栏302时不会出现大角度弯曲，不会伤害海缆4。

为了增加承力能力，隔板303下设有呈放射状设置的承力骨架304，内围栏单元和外围栏单元的顶部设有与承力骨架304相配的定位槽，隔板303通过承力骨架304架设在内围栏单元、外围栏单元上；隔板303由多板拼接而成，包括基础板30301及异形板30302；基础板30301呈扇形，两边为直边，异形板30302的一边为直边、另一边为形成弧形槽305的圆弧边；每一基础板30301、异形板30302均设有承力骨架304；相邻基础板30301之间、异形板30302与基础板30301之间通过连接件连接；

缆盘在安装时可先将缆盘的底板306安装于海缆施工平台9的拖轮1上，内、外侧围栏单元设于缆盘底板306上，开成一储缆室；

当底层缆盘排线完成后开始安装隔板303，首先安装基础板30301，安装基础板30301时，基础板30301承力骨架304置于内外侧围栏的定位槽处，各基础板30301之间通过连接件连接，在基础板30301安装完成后开始异形板30302的安装，将异形板30302与基础板30301连接，安装过程中仍将承力骨架304置于内、外侧围栏卡槽处，隔板303安装完成后，在隔板303上方设第二层的内、外侧围栏单元形成一储缆室，再继续海缆4的排缆布缆工作，当该层的储缆室排线完成后进行上层储缆室的搭建，重复操作，直至到达所需的层数。

通过对隔板303的模块化处理，便于搬运和安装，通过基础板30301及异形板30302的拼接，再在每块基础板30301、异形板30302下方设置承力骨架304，承力效果好，相邻基础板30301之间、异形板30302与基础板30301之间通过连接件连接，连接牢固可靠；储缆盘使用及安装简单方便，易操作。

施工时，在对中小截面海缆4进行退扭敷设时采用高度退扭方式；在对大截面海缆4进行退扭敷设时采用平面旋转退扭方式。

工作过程为：

根据实际施工海缆4的外径、海缆4单位长度质量、海缆4允许最大承载侧压力等参数对高度退扭方式的出缆托架高度进行计算，计算公式为：

式中：L-高度出缆托架高度； h-电缆堆放高度； H-退扭高度； R-电缆最小盘绕半径；ϕ -海缆4外径； n-电缆允许堆放最大层数；F-海缆4允许最大承载侧压力；m-海缆4单位长度重力；g-重力加速度，取9.8/通过公示计算可得实际工程中海缆4退扭对海缆托架7高度的要求，通过控制升降塔液压助推器802设定桁架结构的支撑角度将桁架立柱801调节至所需高度；同时升高海缆储盘3下部的可升降液压承重台2，此时海缆储盘3的重力由液压承重台2承担，保护拖轮1。通过出缆牵引机6将海缆4牵引通过海缆托架7，通过入水槽，敷设至海床上。

本实例中所设定的升降塔8可升降的最大高度为15m，若实际工程中通过公示计算所需升降塔8高度大于15m，或者根据施工要求无法采用高度退扭方案时，可将本退扭系统设定为平面旋转退扭方式。

以上图1-5所示的用于多种截面海缆退扭的组合型海缆退扭系统是本发明的具体实施例，已经体现出本发明实质性特点和进步，可根据实际的使用需要，在本发明的启示下，对其进行等同修改，均在本方案的保护范围之列。