Удерживающее устройство для кабелей и способ его применения

Удерживающее устройство для кабелей и способ его применения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к удерживающему устройству для кабелей. В частности, изобретение относится к устройству для удерживания кабелей, шлангов, труб и других элементов, присоединенному к подвижному оборудованию, например, к подвижному верхнему приводу буровой установки. Однако изобретение не ограничивается применением на буровых установках.

Присоединенные к подвижному оборудованию кабели, шланги, трубы, соединители и другие элементы, в дальнейшем называемые просто кабелями, имеют тенденцию к износу, потому что вес кабелей полностью удерживается концами кабелей. Поскольку по меньшей мере один конец кабеля присоединен к подвижному оборудованию, вес кабеля переменным образом удерживается противоположными концами кабеля. Известные решения для удерживания таких кабелей, например, так называемые кабельные цепи, состоят из ряда соединенных в цепь звеньев, причем различные кабели свободно направляются между звеньями. Из-за риска падения предметов и отсоединения частей кабельных цепей нежелательно использовать кабельные цепи на буровых установках. Кроме того, кабельные цепи способны принимать кривизну только ступенчатым образом и не могут точно следовать кривизне различных кабелей при движении оборудования. Это может вызывать трение и напряжение кабелей и значительно снижает их долговечность. Во избежание или по меньшей мере для снижения риска падения предметов на буровых установках обычно принято заключать различные кабели в общий корпус, заполненный компаундом. Компаунд является дорогим материалом, а установка кабельного корпуса трудоемка и требует больших затрат. При замене приходится менять все кабели и наблюдались случаи, когда охлаждение кабелей в компаунде было недостаточным.

В патенте US 6708480 В1 описано пучковое направляющее устройство, в котором пучок содержит множество армированных волокном гибко соединенных секций. Кабели могут свободно удерживаться в полых секциях в пучках или в связях, соединяющих два отдельных пучка.

Целью настоящего изобретения является устранение или снижение по меньшей мере одного из недостатков решений уровня техники или по меньшей мере создание полезного решения, альтернативного уровню техники.

Цель оставленной задачи достигается благодаря признакам, раскрытым в нижеприведенном описании и в последующей формуле изобретения.

В первом аспекте заявленное изобретение относится к удерживающему устройству для одного или нескольких кабелей, в котором по меньшей мере один конец каждого кабеля прикреплен к подвижному оборудованию, при этом удерживающее устройство содержит:

- две или более, по существу, параллельные, отстоящие друг от друга гибкие боковые ленты;

- множество соединительных элементов, причем каждый соединительный элемент соединяет две или более боковые ленты, при этом удерживающее устройство снабжено крепежными средствами для крепления кабелей к по меньшей мере некоторым из соединительных элементов.

Кабели, прикрепленные к соединительным элементам удерживающего устройства, могут быть электрическими, оптоволоконными, гидравлическими и пневматическими кабелями, шлангами, трубами и другими элементами. Благодаря креплению кабелей к соединительным элементам вес кабелей может в значительной мере восприниматься удерживающим устройством. При креплении кабелей к множеству соединительных элементов, распределенных вдоль длины боковых лент, вес различных кабелей может распределяться более или менее равномерно вдоль длины удерживающего устройства по сравнению с некоторыми упомянутыми решениями уровня техники, когда вес удерживается только на концах кабелей. Кроме того, крепление кабелей к соединительным элементам предотвращает нарушение их линейности. Это особенно важно при использовании кабелей с разными характеристиками растяжения. Удерживающее устройство согласно настоящему изобретению с легкостью доступно для технического обслуживания и для добавления или замены кабелей по сравнению с упомянутыми корпусами для кабелей, заполненными компаундом. Тот факт, что вес различных кабелей в значительной мере удерживается удерживающим устройством, позволяет также использовать более тяжелые кабели, такие как витые трехжильные силовые кабели, которые слишком тяжелы, чтобы можно было их удерживать только на концах. В данном контексте термин «подвижное оборудование» относится также к пассивно движущимся устройствам, таким как два судна, дрейфующие относительно друг друга.

В примере выполнения боковые ленты могут содержать полимер, такой как резина. Резина придает боковым лентам гибкость, прочность и стойкость к загрязнению. Боковые ленты могут быть изготовлены полностью из резины, кроме возможных средств армирования, или они могут содержать резину, то есть быть покрыты резиной и при этом содержать также другие материалы.

В примере выполнения соединительные элементы могут содержать вулканизированный полимер, такой как вулканизированная резина. Соединительные элементы могут, по существу, состоять из вулканизированного полимера или они могут быть покрыты вулканизированным полимером.

Соединительные элементы могут быть прикреплены вулканизацией к боковым лентам. Это подразумевает, что соединительные элементы могут быть прикреплены к боковым лентам без использования дополнительных крепежных средств, таких как винты, болты и подобные средства, которые могут отсоединиться и стать падающими предметами. Альтернативно резина может быть нанесена формованием вокруг дополнительных крепежных средств, используемых для присоединения соединительных элементов к боковым лентам. В варианте выполнения все удерживающее устройство может быть сформовано из резины.

В примере выполнения боковые ленты могут иметь более высокий предел прочности на разрыв, чем кабели, для удержания которых предназначено удерживающее устройство. Более высокий предел прочности на разрыв подразумевает, что силы, оказывающие растягивающее воздействие на удерживающее устройство, будут восприниматься, по существу, боковыми лентами, а не кабелями, что снижает износ кабелей.

Боковые ленты и кабели могут быть прикреплены к одной и той же стороне соединительных элементов, в дальнейшем называемой «верхней поверхностью». В этом случае центр поперечного сечения кабеля и центр поперечного сечения боковой ленты в плоскости, поперечной длине кабелей и боковых лент, могут находиться на одинаковом расстоянии от верхней поверхности соединительного элемента, вследствие чего боковые ленты и кабели могут принимать, по существу, одинаковый радиус кривизны при движении оборудования. Это может значительно снижать износ кабелей, так как снижается их растяжение. В этом случае центр поперечного сечения более узкого кабеля и центр поперечного сечения боковой ленты в плоскости, поперечной длине кабелей и боковых лент, могут находиться на одинаковом расстоянии от верхней поверхности соединительного элемента, вследствие чего боковые ленты и кабели меньшего диаметра могут принимать, по существу, одинаковый радиус кривизны. Средства увеличения высоты могут быть выполнены в виде части соединительных элементов при их изготовлении или они могут быть впоследствии прикреплены к соединительным элементам, например, посредством вулканизации. В альтернативном примере выполнения, когда расстояние от верхней поверхности соединительного элемента до центра поперечного сечения кабеля больше, чем расстояние от верхней поверхности соединительного элемента до центра поперечного сечения боковых лент в плоскости, поперечной длине кабелей и боковых лент, соединительный элемент может быть выполнен с углублением для кабеля для компенсации расхождения расстояний.

В примере выполнения боковые ленты могут быть армированы с помощью одного или нескольких из следующих материалов:

- сталь;

- алюминий; и

- композиционный материал, такой как полимер, армированный стеклом или углеродом.

Армирующий материал (материалы) может быть заделан в боковую ленту в виде одной или нескольких проволок, проходящих, по существу, по всей длине боковой ленты.

Средства для крепления кабелей к соединительным элементам могут содержать одно или несколько следующих крепежных средств:

- резиновые ленты;

- зажимные блоки;

- стяжки; и

- проушины.

В одном из вариантов осуществления соединительные элементы могут быть, по существу, равномерно распределены по длине двух или нескольких боковых лент. При этом вес кабелей может быть, по существу, равномерно распределен по длине удерживающего устройства. Соединительные элементы могут быть, по существу, параллельными, расположенными перпендикулярно длине боковых лент, придавая удерживающему устройству вид лестницы. Расстояние между любыми соединительными элементами по длине боковых лент может быть различным в различных удерживающих устройствах согласно изобретению. Относительно малое расстояние между последовательными соединительными элементами позволяет распределить вес кабелей на множество точек крепления. Однако малое расстояние между последовательными соединительными элементами требует более точного соответствия радиусов кривизны боковых лент и кабелей во избежание растяжения кабелей. Большее расстояние между последовательными соединительными элементами подразумевает, что вес кабелей будет распределен между меньшим числом точек крепления, но в то же время это большее расстояние между последовательными соединительными элементами снижает требования к соответствию радиусов кривизны кабелей и боковых лент. Таким образом, оптимальная конструкция удерживающего устройства согласно изобретению будет различной в зависимости от предполагаемого использования.

В одном из вариантов осуществления соединительные элементы могут быть, по существу, негибкими, то есть они должны быть достаточно жесткими, чтобы обеспечивать постоянное расстояние между боковыми лентами. Соединительные элементы обеспечивают устойчивость к боковому движению, которое может вызываться ветром, вертикальной качкой и другими явлениями. Наблюдались проблемы, когда свободно висящие кабели отклонялись вбок и зацеплялись за подвижное оборудование.

Во втором аспекте изобретение относится к кабелю для верхнего привода, подъемника или передвижного устройства, при этом кабель удерживается удерживающим устройством в соответствии с предшествующим описанием.

Согласно изобретению по меньшей мере один конец каждого кабеля прикреплен к подвижному оборудованию. Это подразумевает, что другой конец каждого кабеля может быть прикреплен к другому подвижному оборудованию или к стационарной точке крепления. Оборудование может быть выполнено с возможностью вертикального и/или горизонтального перемещения.

В третьем аспекте изобретение относится к способу удерживания одного или более кабеля, в котором по меньшей мере один конец каждого кабеля прикрепляют к подвижному оборудованию, при этом способ содержит следующие шаг, на котором:

- соединяют две или более, по существу, параллельные, отстоящие друг от друга гибкие боковые ленты посредством множества соединительных элементов, при этом способ дополнительно содержит шаг, на котором:

- прикрепляют один или несколько кабелей к по меньшей мере некоторым из соединительных элементов, используя крепежные средства

В одном из вариантов осуществления заявленного способа шаг крепления двух или более боковых лент к соединительным элементам включает в себя соединение вулканизацией соединительных элементов с боковыми лентами. Преимущества этого были раскрыты выше.

Способ может дополнительно содержать шаг покрытия соединительных элементов слоем вулканизированной резины.

В одном из вариантов осуществления шаг крепления одного или более кабеля к по меньшей мере некоторым из соединительных элементов включает в себя использование одного или более из следующих крепежных средств:

- стяжки;

- зажимные блоки;

- проушины; и

- резиновые ленты.

Далее будут раскрыты не имеющие ограничительного характера предпочтительные варианты осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг. 1 изображает в аксонометрии удерживающее устройство в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг. 2 изображает в аксонометрии и в увеличенном масштабе по сравнению с фиг. 1 часть удерживающего устройства в соответствии с изобретением;

фиг. 3 подробно изображает узел А с фиг. 2;

фиг. 4 подробно изображает узел В с фиг. 2;

фиг. 5 изображает в поперечном разрезе и в увеличенном масштабе удерживающее устройство с фиг. 2;

фиг. 6 изображает в увеличенном виде узел С с фиг. 5;

фиг. 7 изображает в аксонометрии часть удерживающего устройства в соответствии со вторым вариантом осуществления заявленного изобретения;

фиг. 8 изображает в аксонометрии часть удерживающего устройства в соответствии с третьим вариантом осуществления заявленного изобретения; и

фиг. 9 подробно изображает узел D с фиг. 8.

В дальнейшем позицией 1 обозначено удерживающее устройство в соответствии с изобретением. Одними и теми же позициями обозначены идентичные или эквивалентные компоненты.

На фиг. 1 удерживающее устройство 1 согласно изобретению показано отдельно. При эксплуатации по меньшей мере один конец удерживающего устройства 1 будет прикреплен к подвижному оборудованию. Показанное удерживающее устройство 1 содержит две, по существу, параллельные, отстоящие друг от друга армированные гибкие боковые ленты 11. Армирующие средства на чертежах подробно не показаны. Боковые ленты 11 соединены негибкими соединительными элементами 13, по существу, равномерно разнесенными по длине боковых лент 11. Концы боковых лент 11 снабжены петлями 111, которые прикреплены к боковым лентам 11 зажимными средствами 17, а сами петли 111 прикреплены к поперечным стержням 19. Удерживающее устройство 1 удерживает множество различных кабелей 2, 2', 2ʺ, 2''' различных диаметров. В показанном варианте осуществления соединительные элементы 13 ввинчены в боковые ленты 11. После этого соединение между боковыми лентами 11 и соединительными элементами 13 может быть заделано в полимер, такой как резина, и, предпочтительно, подвергнуто вулканизации. Опциональные заделка и вулканизация на чертежах не показаны.

Часть удерживающего устройства 1 показана в увеличенном виде на фиг. 2. Узлы А и В на фиг. 2 показаны в еще более увеличенном виде соответственно на фиг. 3 и 4. Кабели 2, 2', 2ʺ, 2''' прикреплены к по меньшей мере некоторым соединительным элементам 13 с помощью крепежных средств 15 в виде резиновых лент. На фиг. 3 показана часть кабеля 2, свободно лежащего на соединительном элементе 13, а на фиг. 4 показана часть кабеля 2, прикрепленного к соединительному элементу 13 резиновой лентой 15. Резиновая лента 15 охватывает кабель 2, проходит через отверстие 134 в соединительном элементе и прикреплена к нижней поверхности 132 соединительного элемента 13, причем нижняя поверхность 132 соединительного элемента 13 снабжена пальцами 151, на которые надеваются отверстия на концах резиновых лент 15.

На фиг. 5 и 6 удерживающее устройство 1 показано на виде в разрезе по линии V-V на фиг. 2. Соединительный элемент 13 прикреплен вулканизацией к боковым лентам без использования дополнительных крепежных средств. В показанном примере выполнения удерживающее устройство удерживает кабели 2, 2', 2ʺ, 2''' четырех разных диаметров. Некоторые из кабелей 2 показаны прикрепленными к соединительным элементам с помощью резиновых лент, как было описано выше. Соединительный элемент 13 изогнут в направлении его соединения с боковыми лентами 11. При этом кабели 2 большого диаметра могут быть уложены непосредственно на верхнюю поверхность 131 соединительного элемента с получением, по существу, того же радиуса кривизны, что и боковые ленты 11, при изгибе удерживающего устройства 1. Для обеспечения компенсации для кабелей 2', 2ʺ, 2''' меньшего диаметра соединительный элемент 13 снабжен средствами 133 увеличения высоты на своей верхней поверхности 131. Средства 133 увеличения высоты поднимают кабели 2', 2ʺ, 2''' меньшего диаметра над верхней поверхностью 131 соединительного элемента 13, так что при изгибе удерживающего устройства эти кабели 2', 2ʺ, 2''' могут также принимать, по существу, такой же радиус кривизны, что и боковые ленты. Предусмотрены три различные высоты средств 133 увеличения высоты в виде блоков, при этом блоки 133 большей высоты соответствуют кабелям меньшего диаметра. На чертеже показана естественная ось а изгиба, при этом высота центра поперечного сечения боковых лент совпадает с высотой центра поперечного сечения кабелей 2, 2', 2ʺ, 2'''. Таким образом, боковые ленты 11 и кабели 2, 2', 2ʺ, 2''' разных диаметров могут принимать, по существу, одинаковый радиус кривизны. Это обеспечивает возможность крепления кабелей 2, 2', 2ʺ, 2''' к соединительным элементам 13 без растяжения кабелей 2, 2', 2ʺ, 2'''.

На фиг. 7 показан другой пример выполнения части удерживающего устройства 1 согласно изобретению. Один конец удерживающего устройства прикреплен к верхнему приводу 4 на непоказанной буровой установке. Другой конец удерживающего устройства прикреплен к непоказанной буровой вышке с помощью блока 6 шкивов. При перемещении верхнего привода 4 удерживающее устройство 1 скользит по блоку 6 шкивов, что дополнительно снижает нагрузку на кабели 2, 2', 2ʺ, 2''' от действующей на них силы тяжести.

На фиг. 8 показан другой пример выполнения части удерживающего устройства 1 согласно изобретению. Ни один из концов удерживающего устройства 1 на чертеже не показан. В показанном примере выполнения кабели 2, 2', 2ʺ, 2''' прикреплены к соединительным элементам альтернативными крепежными средствами 15', здесь - в виде зажимных блоков. На фиг. 9 показан в увеличенном виде узел D на фиг. 8. Зажимные блоки 15' разных размеров приспособлены для крепления кабелей 2, 2', 2ʺ, 2''' разных диаметров к соединительным элементам 13. Зажимные блоки 15' выполнены в виде комбинированных средств крепления и увеличения высоты, а их функциональное назначение подобно комбинации резиновых лент 15 и блоков 133 увеличения высоты.

1. Удерживающее устройство (1) для одного или более кабеля (2, 2', 2ʺ, 2'''), в котором по меньшей мере один конец каждого кабеля (2, 2', 2ʺ, 2''') прикреплен к подвижному оборудованию (4), при этом удерживающее устройство содержит:

две или более, по существу, параллельные, отстоящие друг от друга гибкие боковые ленты (11);

множество соединительных элементов (13), причем каждый соединительный элемент (13) соединяет две или более боковые ленты, отличающееся тем, что

удерживающее устройство (1) снабжено крепежными средствами (15, 15') для крепления кабелей (2, 2', 2ʺ, 2''') к по меньшей мере некоторым из соединительных элементов (13).

2. Удерживающее устройство (1) по п. 1, в котором боковые ленты (11) содержат полимер, такой как резина.

3. Удерживающее устройство (1) по п. 1 или 2, в котором соединительные элементы (13) содержат вулканизированный полимер, такой как вулканизированная резина.

4. Удерживающее устройство (1) по п. 3, в котором соединительные элементы (13) прикреплены к боковым лентам (11), по меньшей мере частично, посредством вулканизации.

5. Удерживающее устройство (1) по любому из пп. 1, 2, 4, в котором боковые ленты (11) имеют более высокий предел прочности на разрыв, чем кабели (2, 2', 2ʺ, 2'''), для удержания которых предназначено удерживающее устройство.

6. Удерживающее устройство (1) по любому из пп. 1, 2, 4, в котором боковые ленты (11) и кабели (2, 2', 2ʺ, 2''') прикреплены к одной и той же стороне соединительных элементов (13), вследствие чего для боковых лент и кабелей (2, 2', 2ʺ, 2''') обеспечена возможность приобретения, по существу, одинакового радиуса кривизны.

7. Удерживающее устройство (1) по любому из пп. 1, 2, 4, в котором соединительные элементы (13) снабжены средствами (133) увеличения высоты для подъема кабелей (2, 2', 2ʺ, 2''') над верхней поверхностью (131) соединительного элемента (13), вследствие чего для боковых лент (11) и кабелей (2, 2', 2ʺ, 2''') меньшего диаметра обеспечена возможность приобретения, по существу, одинакового радиуса кривизны.

8. Удерживающее устройство (1) по любому из пп. 1, 2, 4, в котором боковые ленты (11) армированы посредством одного или более из следующих материалов:

сталь;

алюминий; или

композиционный материал, такой как полимер, армированный стеклом или углеродом.

9. Удерживающее устройство (1) по любому из пп. 1, 2, 4, в котором крепежные средства содержат одно или несколько следующих средств:

стяжки;

зажимные блоки;

проушины; и

резиновые ленты.

10. Удерживающее устройство (1) по любому из пп. 1, 2, 4, в котором соединительные элементы, по существу, равномерно распределены по длине двух или более боковых лент (11).

11. Удерживающее устройство (1) по любому из пп. 1, 2, 4, в котором соединительные элементы выполнены, по существу, негибкими.

12. Верхний привод (4), содержащий удерживающее устройство (1) по любому из пп. 1-11 и кабели (2, 2', 2ʺ, 2'''), удерживаемые удерживающим устройством (1).

13. Подъемник, содержащий удерживающее устройство (1) по любому из пп. 1-11 и кабели (2, 2', 2ʺ, 2'''), удерживаемые удерживающим устройством (1).

14. Передвижной кран, содержащий удерживающее устройство (1) по любому из пп. 1-11 и кабели (2, 2', 2ʺ, 2'''), удерживаемые удерживающим устройством (1).

15. Способ удерживания одного или более кабеля (2, 2', 2ʺ, 2'''), в котором по меньшей мере один конец каждого кабеля (2, 2', 2ʺ, 2''') прикреплен к подвижному оборудованию (4), при этом способ содержит шаг, на котором

соединяют две или более, по существу, параллельные, отстоящие друг от друга гибкие боковые ленты (11) посредством множества соединительных элементов (13),

отличающийся тем, что способ дополнительно содержит следующий шаг:

прикрепляют указанный один или более кабель (2, 2', 2ʺ, 2''') к по меньшей мере некоторым из соединительных элементов (13), используя крепежные средства (15, 15').

16. Способ по п. 15, в котором шаг крепления двух или более боковых лент (11) к соединительным элементам включает в себя соединение вулканизацией соединительных элементов (13) с боковыми лентами (11).

17. Способ по п. 15 или 16, дополнительно содержащий шаг вулканизации соединительных элементов (13).

18. Способ по п. 15 или 16, в котором шаг крепления одного или нескольких кабелей (2, 2', 2ʺ, 2''') к по меньшей мере некоторым из соединительных элементов (13) включает в себя использование одного или более из следующих средств:

стяжки;

зажимные блоки;

проушины; и

резиновые ленты.