KR20200081409A - 해상 동작에서 해저 케이블의 피로 모니터링을 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

해상 동작에서 해저 케이블의 피로 모니터링을 위한 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

본 개시는 해상 조인팅 또는 수리 중 해저 케이블의 피로 모니터링 방법에 관한 것으로, 본 방법은: a) 해상 조인팅 또는 수리 중 상이한 시점들에서 해저 케이블 (9) 의 곡률에 관한 복수의 곡률값을 결정하는 단계, b) 상기 복수의 곡률값에 기초하여 상기 해저 케이블 (9) 의 복수의 스트레인 범위를 결정하는 단계, 및 c) 상기 복수의 스트레인 범위에 기초하여 상기 해저 케이블 (9) 의 피로 손상을 결정하는 단계를 포함한다.

Description

해상 동작에서 해저 케이블의 피로 모니터링을 위한 방법 및 시스템
본 개시는 일반적으로 해저 케이블의 해상 (off-shore) 조인팅 또는 수리에 관한 것이다.
해저 케이블의 해상 조인팅은 계획된 조인트로서 수행되어 2 개의 하위 길이를 연결하거나, 손상의 경우 케이블을 수리할 수 있다.
조인팅 작업은 케이블이 커티너리 (catenary) 의 선박 슈트로부터 해저로 현수되는 몇몇 단계를 포함한다. 이 시간 동안 케이블은 파도 작용으로 인한 유체 역학적 부하와 조합하여 파도 유발 선박 모션으로 인한 부하를 경험한다. 케이블은 반복된 굽힘에 노출되며, 케이블 곡률에서의 이러한 변동은 피로 손상으로 귀결될 수 있는 케이블 구성 요소에서의 주기적 스트레인 변형으로 귀결된다. 고전압 전력 케이블에서 가장 피로에 중요한 구성 요소는 연피 (lead sheath) 이며, 중전압 케이블의 경우 가장 피로에 중요한 구성 요소는 케이블 설계에 따라 전도체, 아머 와이어 (armour wire) 또는 스크린일 수 있다. 고전압 케이블의 경우, 연피의 과도한 피로 부하는 절연체로 물을 확산시킬 수 있는 균열로 이어지며, 이는 결국 전기 고장으로 이어질 수 있다. 대응하는 고려 사항이 중전압 케이블에 적용된다.
더 큰 케이블과 더 높은 전압 레벨로 케이블은 피로에 더욱 민감해지고 조인팅 시간이 증가하고 8 일까지 길어질 수 있다. 따라서, 조인팅 작업 중 연피의 피로는 점점 더 큰 관심사가 되고 있으며 조인팅 작업을 계획할 때 고려될 필요가 있는 사항이다.
최근까지는, 피로에 대한 평가가 이루어지지 않았으며, 날씨가 안전한 작업 조건을 허용하는 한 조인팅이 수행되었다. 현재에는, 날씨 조건에 따른 함수로 허용 가능한 정지 시간과 관련하여 권장 사항을 제공하기 위해 피로 분석이 사전에 수행될 수 있다. 그러나, 해상 조인팅 작업 중에 날씨가 변할 것이고, 항상 파고, 주기, 방향 및 스펙트럼을 정확하게 결정할 수 있는 것은 아니다. 또한, 선박 응답 및 케이블 특성과 같은 분석에는 불확실성이 있다.
상술한 관점에서, 해상 조인팅 작업 중에 어떤 종류의 피로 손상이 누적되고 있는지 알기가 매우 어려우므로, 과도한 피로 손상의 위험이 있는지 여부를 결정하기 어렵다.
날씨가 악화되거나 조인팅 작업이 계획보다 오래 걸리는 경우, 피로 손상에 대한 위험이 있는지 평가하고 조인팅을 중단하고 케이블을 절단할지를 결정하기가 매우 어렵다.
또한, 연피에서의 균열로 인한 고장에 대한 잠재적인 장래의 위험이 있다는 증거를 제공하는 것은 어렵다.
본 개시의 일반적인 목적은 종래 기술의 문제점을 해결하거나 적어도 완화시키는 방법을 제공하는 것이다.
따라서, 본 개시의 제 1 양태에 따르면, 해상 조인팅 또는 수리 중 해저 케이블의 피로 모니터링 방법이 제공되며, 본 방법은: a) 해상 조인팅 또는 수리 중 상이한 시점들에서 해저 케이블의 곡률에 관한 복수의 곡률값을 결정하는 단계, b) 복수의 곡률값에 기초하여 해저 케이블의 복수의 스트레인 범위를 결정하는 단계, 및 c) 복수의 스트레인 범위에 기초하여 해저 케이블의 피로 손상을 결정하는 단계를 포함한다.
이에 의해, 조인팅 중 피로 고장에 대한 위험이 현저하게 감소될 수 있다. 본 방법은 피로와 관련하여 조인팅 작업이 또한 성공적이었으며 연피에서의 균열 및 결과적인 물 유입으로 인한 장래의 고장에 대한 위험이 없다는 증거를 추가로 제공한다.
이는 또한 피로를 감소시키기 위하여 조인팅 작업 또는 수리 중 케이블 커티너리 및 선박 헤딩을 최적화하는 도구로서 기능할 수 있다.
본 텍스트 전체에서 사용되는 "스트레인" 에 대한 대안적인 용어는 "응력" 이다. "피로 손상" 은 해저 케이블의 기계적 약화를 의미하며, 이는 충분히 많은 스트레인 사이클이 발생하면 피로 고장으로 이어진다.
해저 케이블은 해저 전력 케이블일 수 있으며, 예를 들어, 중전압 또는 고전압 케이블일 수 있다. 해저 케이블은 AC 해저 케이블 또는 DC 해저 케이블일 수 있다.
일 실시형태는 해상 조인팅 또는 수리 중 단계 a) 내지 단계 c) 를 반복하는 단계를 포함하고, 여기서 단계 c) 의 각각의 반복에서 피로 손상은 현재 반복의 단계 b) 에서 결정된 복수의 스트레인 범위 및 단계 c) 의 이전 반복에서 결정된 피로 손상에 기초하여 결정되고, 이에 의해 누적된 피로 손상을 얻는다.
일 실시형태에 따르면, 단계 b) 는 각각의 스트레인 범위의 발생 횟수를 결정하는 단계를 포함하고, 여기서 단계 c) 에서 피로 손상은 각각의 스트레인 범위의 발생 횟수에 기초하여 결정된다.
스트레인 범위의 각각의 발생은 스트레인 사이클이다. 여기에서, 단계 c) 에서의 피로 손상은 각각의 스트레인 범위에 대한 스트레인 사이클 횟수에 기초하여 결정되는 것으로 말할 수 있다.
일 실시형태는 각각의 스트레인 범위에 대해 해저 케이블의 연피 또는 다른 금속 구성 요소의 고장에 대한 사이클 횟수를 결정하는 단계를 더 포함하고, 여기서 단계 c) 에서 피로 손상은 각각의 스트레인 범위에 대한 고장에 대한 사이클 횟수에 추가로 기초하여 결정된다.
일 실시형태에 따르면, 각각의 스트레인 범위에 대한 고장에 대한 사이클 횟수는 해저 케이블의 연피 또는 다른 금속 구성 요소에 대한 S-N 피로 곡선을 사용하여 결정된다. 중전압 케이블의 경우 S-Fatigue 곡선은 전도체, 아머 와이어 또는 스크린과 같은 금속 구성 요소에 대한 것일 수 있다. S-N 피로 곡선은 또한 뵐러 (Woehler) 곡선으로 알려져 있다.
일 실시형태에 따르면, 단계 c) 는 피로 손상을 결정하기 위해 팜그렌-마이너 (Palmgren-Miner) 선형 손상 가설로 각각의 스트레인 범위의 발생 횟수 및 대응하는 고장에 대한 사이클 횟수를 사용하는 단계를 포함한다.
특히, 각각의 스트레인 범위의 발생 횟수는 대응하는 고장에 대한 사이클 횟수로 나누어질 수 있고, 이들 비율은 합산될 수 있다. 통상적으로, 조인팅 작업 또는 수리 종료시의 이러한 합이 미리 정해진 수 이상, 통상적으로 1 이상인 경우, 이러한 응력/스트레인이 누적되어 고전압 케이블의 경우 연피, 또는 중전압 케이블의 경우 다른 금속 구성 요소가 고장났다.
일 예에 따르면, 상한이 미리 정해진 수보다 훨씬 낮게 설정될 수 있어서, 합이 상한 이하인 한, 해저 케이블이 심각하게 손상되지 않았다는 안전 마진으로 결론지을 수 있다. 이러한 상한은 예를 들어, 미리 정해진 수가 1 로 설정된 경우, 0.05 내지 0.5, 예를 들어 0.1 내지 0.5, 예를 들어, 0.1 내지 0.4 또는 0.1 내지 0.3 범위에 있을 수 있다. 본 방법을 수행하도록 구성된 시스템은 팜그렌-마이너 선형 손상 가설로부터의 합이 상한에 접근한다는 것을 선박 승무원에게 조인팅/수리 중에 실시간으로 또는 본질적으로 실시간으로 나타내도록 구성될 수 있다. 이는 합이 상한에 접근하는 경우 운영자가 적절한 조치를 취할 수 있게 한다.
일 실시형태에 따르면, 단계 b) 에서 각각의 스트레인 범위의 결정은 해저 케이블의 수학적 모델을 사용하는 단계를 포함한다.
일 실시형태에 따르면, 단계 a) 에서, 결정하는 단계는 해저 케이블이 선박 슈트 (vessel chute) 를 떠나는 영역에서 해저 케이블을 모니터링하는 곡률 모니터링 디바이스로부터 해저 케이블의 곡률의 측정값들을 획득하는 단계를 포함한다.
본 개시의 제 2 양태에 따르면, 시스템의 프로세싱 회로에 의해 실행될 때 시스템으로 하여금 제 1 양태의 방법을 수행하게 하는 컴퓨터 코드를 포함하는 컴퓨터 프로그램이 제공된다.
본 개시의 제 3 양태에 따르면, 해상 조인팅 또는 수리 중 해저 케이블의 피로 모니터링을 위한 시스템이 제공되며, 본 시스템은: 해상 조인팅 또는 수리 중 해저 케이블의 곡률의 측정치를 제공하도록 구성된 곡률 모니터링 디바이스, 컴퓨터 코드를 포함하는 저장 매체, 및 컴퓨터 코드를 실행할 때 시스템으로 하여금 제 1 양태의 방법을 수행하게 하는 프로세싱 회로를 포함한다.
일 실시형태에 따르면, 곡률 모니터링 디바이스는 해저 케이블 주위에 배치되도록 구성된 슬리브를 포함하고, 슬리브는 슬리브의 축 방향으로 서로로부터 일정한 간격으로 위치된 복수의 스트레인 게이지를 포함하고, 스트레인 게이지는 해저 케이블의 곡률의 측정치를 제공하도록 구성된다.
일 실시형태에 따르면, 곡률 모니터링 디바이스는 해저 케이블에 장착되도록 구성된 경사 센서를 포함하고, 경사 센서는 해저 케이블의 곡률의 측정치를 제공하도록 구성된다.
일 실시형태에 따르면, 곡률 모니터링 디바이스는 해저 케이블의 곡률의 측정치를 제공하기 위해 해저 케이블의 편향을 측정하도록 구성된 편향 측정 시스템을 포함한다.
일 실시형태에 따르면, 시스템은 해저 케이블이 선박 슈트로부터 현수되고 있는 동안 단계 a) 내지 단계 c) 를 반복하도록 구성되고, 여기서 단계 c) 의 각각의 반복에서 시스템은 현재 반복의 단계 b) 에서 결정된 복수의 스트레인 범위 및 단계 c) 의 이전 반복에서 결정된 피로 손상에 기초하여 피로 손상을 결정하도록 구성되고, 이에 의해 누적된 피로 손상을 얻는다.
일 실시형태에 따르면, 단계 b) 에서 시스템은 각각의 스트레인 범위의 발생 횟수를 결정하도록 구성되고, 여기서 시스템은 단계 c) 에서 각각의 스트레인 범위의 발생 횟수에 기초하여 피로 손상을 결정하도록 구성된다.
일 실시형태에 따르면, 시스템은 각각의 스트레인 범위에 대해 해저 케이블의 연피 또는 다른 금속 구성 요소의 고장에 대한 사이클 횟수를 결정하도록 구성되고, 여기서 시스템은 단계 c) 에서 각각의 스트레인 범위에 대한 고장에 대한 사이클 횟수에 추가로 기초하여 피로 손상을 결정하도록 구성된다.
일 실시형태에 따르면, 시스템은 각각의 스트레인 범위에 대한 고장에 대한 사이클 횟수를 해저 케이블의 연피 또는 다른 금속 구성 요소에 대한 S-N 피로 곡선을 사용하여 결정하도록 구성된다.
일 실시형태에 따르면, 시스템은 단계 c) 에서 피로 손상을 결정하기 위해 팜그렌-마이너 선형 손상 가설로 각각의 스트레인 범위의 발생 횟수 및 대응하는 고장에 대한 사이클 횟수를 사용하도록 구성된다.
일 실시형태에 따르면, 시스템은 해저 케이블의 수학적 모델을 사용하여 각각의 스트레인 범위를 결정하도록 구성된다.
일반적으로, 청구 범위에 사용되는 모든 용어는 본원에서 달리 명시적으로 정의되지 않는 한, 기술 분야에서의 일반적인 의미에 따라 해석되어야 한다. "어느 (a)/ 어떤 (an)/ 요소, 장치, 구성 요소, 수단 등" 에 대한 모든 언급은 달리 명시적으로 진술되지 않는 한, 요소, 장치, 구성 요소, 수단 등의 적어도 하나의 예를 언급하는 것으로 개방적으로 해석되어야 한다.
본 발명의 개념의 구체적인 실시형태가 이제 첨부 도면을 참조하여 예로서 설명될 것이다.
도 1 은 해상 조인팅 또는 수리 중 해저 케이블의 피로 모니터링을 위한 시스템의 예를 나타낸다.
도 2 는 해저 케이블의 피로 모니터링을 위한 방법의 흐름도를 나타낸다.
도 3 은 스트레인 범위의 발생 횟수를 포함하는 히스토그램의 예를 나타낸다.
도 4 는 S-N 피로 곡선의 예이다.
도 5 는 선박 슈트를 떠나는 해저 케이블을 포함하는 선박 슈트를 개략적으로 나타낸다.
본 발명의 개념은 이하 예시적인 실시형태가 나타내어지는 첨부 도면을 참조하여 이하에서 더욱 완전하게 설명될 것이다. 그러나, 본 발명의 개념은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있으며 본원에서 설명되는 실시형태에 한정되는 것으로 해석되어서는 안되며; 오히려, 이들 실시형태는 예시로서 제공되어 본 개시가 철저하고 완전하게 될 것이며, 본 발명의 개념의 범위를 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 완전히 전달할 것이다. 본 설명 전체에 걸쳐 동일 번호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1 은 해상 조인팅 또는 수리 중 해저 케이블의 피로 모니터링을 위한 시스템 (1) 의 예를 도시한다.
시스템 (1) 은 프로세싱 회로 (3), 저장 매체 (5) 및 곡률 모니터링 디바이스 (7) 를 포함한다. 곡률 모니터링 디바이스 (7) 는 해상 조인팅 또는 수리 중 해저 케이블의 곡률의 측정치를 프로세싱 회로 (3) 에 제공하도록 구성된다.
저장 매체 (5) 는 프로세싱 회로 (3) 에 의해 실행될 때 시스템 (1) 으로 하여금 본원에 개시된 방법을 수행하게 하는 컴퓨터 코드를 포함한다.
프로세싱 회로 (3) 는 해상 조인팅 또는 수리 중 해저 케이블의 피로 모니터링에 관한 본원에 개시된 임의의 작업을 실행할 수 있는 적절한 중앙 처리 장치 (CPU), 멀티프로세서, 마이크로컨트롤러, 프로그래머블 논리 컨트롤러 (PLC: programmable logic controller), 디지털 신호 프로세서 (DSP: digital signal processor), 어플리케이션 특정 집적 회로 (ASIC: application specific integrated circuit), 필드 프로그래머블 게이트 어레이 (FPGA: field programmable gate array) 등 중에서 하나 이상의 임의의 조합을 사용한다.
저장 매체 (5) 는 예를 들어, 랜덤 액세스 메모리 (RAM: random access memory), 판독 전용 메모리 (ROM: read-only memory), 소거 가능 프로그래머블 판독 전용 메모리 (EPROM: erasable programmable read-only memory), 또는 전기 소거 가능 프로그래머블 판독 전용 메모리 (EEPROM: electrically erasable programmable read-only memory) 와 같은 메모리 및 더욱 구체적으로 범용 직렬 버스 (USB: Universal Serial Bus) 메모리와 같은 외부 메모리 또는 컴팩트 플래시 메모리와 같은 플래시 메모리에 있는 디바이스의 비휘발성 저장 매체로서 구현될 수 있다.
시스템 (1) 에 의해 수행되는 해상 조인팅 또는 수리 중 해저 케이블의 피로 모니터링을 위한 방법이 이하 도 2 내지 도 4 를 참조하여 설명될 것이다.
다음의 예에서, 해상 조인팅 또는 수리 작업을 겪는 해저 케이블은 적어도 하나의 코어 및 적어도 하나의 코어를 둘러싸는 연피를 포함한다. 연피는 물 장벽으로서 작용하여 물이 적어도 하나의 코어로 침투하는 것을 방지한다. 이 방법은 또한 연피가 없는 중전압 케이블에 사용될 수 있으며, 이 경우 다른 금속 구성 요소, 즉, 전도체, 아머 와이어 또는 스크린이 피로 손상에 대해 모니터링된다는 것에 유의해야 한다.
해상에서 조인팅 또는 수리 작업을 준비할 때, 선박 승무원은 해저 케이블의 곡률이 측정될 수 있도록 곡률 모니터링 디바이스 (7) 를 배치할 수 있다. 곡률 모니터링 디바이스 (7) 의 예는 추후 제공될 것이다.
가장 피로에 민감한 영역은 해저 케이블이 선박 슈트를 떠나는 영역에 있다. 선박 슈트의 히브 모션 (heave motion) 은 해저 케이블이 선박 슈트에 대해 구부러지고 곧게 되게 한다. 여기서, 곡률 모니터링 디바이스 (7) 는 해저 케이블이 선박 슈트를 떠나는 영역에서 해저 케이블의 곡률을 모니터링할 수 있도록 배치되는 것이 바람직하다.
곡률 모니터링 디바이스 (7) 는 해저 케이블의 곡률의 측정치를 제공하는 곡률 측정값을 획득할 수 있다. 본 방법의 각각의 반복에 있어서, 복수의 곡률 측정값은 예를 들어, 적어도 5 분, 예를 들어, 적어도 10 분 또는 적어도 20 분과 같은 수 분에 걸쳐 획득될 수 있다. 따라서, 측정값은 측정 기간 동안 해저 케이블의 동적 움직임을 반영하여 상이한 시점에서 획득된다.
본 방법의 단계 a)에서, 해저 케이블의 곡률에 관한 복수의 곡률값이 결정된다. 곡률값은 해상 조인팅 또는 수리 중 상이한 시점에서 해저 케이블의 곡률을 반영한다. 곡률값은 불규칙한 시계열 곡률값으로 볼 수 있다.
프로세싱 회로 (3) 는 곡률 모니터링 디바이스 (7) 에 의해 이루어진 곡률 측정에 기초하여 복수의 곡률값을 결정하도록 구성될 수 있다.
일 예에서, 복수의 곡률 범위는 단계 a) 에서 복수의 곡률값으로부터 결정될 수 있다. 이를 위해, 레인-플로우 (rain-flow) 카운팅 방법이 예를 들어 곡률값에 대해 사용될 수 있다.
단계 b) 에서, 해저 케이블의 복수의 스트레인 범위는 복수의 곡률값에 기초하여 결정된다. 특히, 복수의 스트레인 범위는 상이한 스트레인 사이클 동안 해저 케이블의 연피에서의 스트레인과 관련될 수 있다. 대안적으로, 스트레인 범위는 해저 케이블이 중전압 해저 케이블인 경우에 상술한 유형의 다른 금속 구성 요소에서의 스트레인과 관련될 수 있다.
단계 a) 가 복수의 곡률 범위를 결정하는 단계를 포함하는 예에서, 복수의 스트레인 범위는 곡률 범위에 기초하여 결정된다.
각각의 스트레인 범위는 해저 케이블의 수학적 모델을 사용하여 획득될 수 있다. 따라서, 곡률 범위는 수학적 모델에 입력된 값이며, 출력으로서 대응하는 스트레인 범위로 귀결된다.
곡률 범위가 결정되지 않는 다른 예에서, 곡률값은 복수의 스트레인 값을 결정하는 데 사용될 수 있다. 각각의 스트레인 값은 해저 케이블의 수학적 모델을 사용하여 획득될 수 있다. 따라서, 곡률값은 수학적 모델에 입력된 값이며, 출력으로서 대응하는 스트레인 값으로 귀결된다. 이 경우 스트레인 범위는 예를 들어, 스트레인 값에 대한 레인-플로우 카운팅 방법을 사용하여 스트레인 값에 기초하여 결정될 수 있다.
해저 케이블이 DC 해저 케이블인 경우, 스트레인 값 또는 스트레인 범위를 획득하기 위한 수학적 모델로의 입력으로서 곡률값 또는 곡률 범위가 충분하다. 해저 케이블이 AC 해저 케이블인 경우, 각각의 측정 인스턴스에서 AC 해저 케이블의 장력이 대응하는 스트레인 값 또는 스트레인 범위를 얻기 위해 곡률값 또는 곡률 범위와 함께 입력으로서 또한 필요할 수 있다.
또한, 단계 b) 에서 곡률 측정에 기인하는 각각의 스트레인 범위의 발생 횟수가 결정될 수 있다. 이는 예를 들어, 스트레인 범위에 대해 레인 플로우 카운팅 방법을 사용하여 획득될 수 있다. 상이한 스트레인 범위의 분포와 그 발생 횟수를 나타내는 히스토그램의 예가 도 3 에 나타내어져 있다.
다음으로, 각각의 스트레인 범위에 대한 연피 또는 다른 금속 구성 요소의 고장에 대한 사이클 횟수가 결정된다. 스트레인 범위에 대한 고장에 대한 사이클 횟수는 예를 들어, 고전압 케이블의 경우 연피/해저 케이블 또는 중전압 케이블의 경우 다른 금속 구성 요소/해저 케이블에 대한 SN 피로 곡선을 사용하여 결정될 수 있다. S-N 피로 곡선의 예가 도 4 에 나타내어져 있다. 본 예에서, 스트레인 범위는 예를 들어, 백분율로 제공되는 y-축 상에 있고, 고장에 대한 사이클 횟수는 x-축 상에 있다.
단계 c) 에서, 해저 케이블의 피로 손상은 복수의 스트레인 값에 기초하여 결정된다.
단계 c) 에서, 해저 케이블의 피로 손상은 각각의 스트레인 범위의 발생 횟수 및 각각의 스트레인 범위에 대한 고장에 대한 사이클 횟수를 사용하여 획득될 수 있다. 특히, 팜그렌-마이너 선형 손상 가설이 피로 손상을 결정하는 데 사용될 수 있다. 마이너 규칙이라고도 칭하는 팜그렌-마이너 선형 손상 가설은
Figure pct00001
일 때 고장이 발생하였다고 하며, 여기서, k 는 상이한 스트레인 범위의 횟수이고, ni 는 i 번째 스트레인 범위의 기여도, 즉, 특정 크기의 스트레인 범위의 발생 횟수이고, Ni 는 S-N 피로 곡선을 사용하여 결정된 i 번째 스트레인 범위에 대한 고장에 대한 사이클 횟수이다. C 는 고장이 발생하는 미리 정해진 수이며 상수이다. 상수 C 는 예를 들어, 1 로 설정될 수 있다. 단계 a) 내지 단계 c) 의 각각의 반복에서, 현재 반복의 피로 손상이 이전 반복의 피로 손상에 추가된다. 따라서, 누적된 피로 손상이 획득된다. 이러한 방식으로, 연피 또는 다른 금속 구성 요소의 피로 손상의 본질적으로 실시간 모니터링이 제공될 수 있다.
조인팅 또는 수리 작업이 진행 중이거나 피로 고장이 나타내어지고 있는 한, 단계 a) 내지 단계 c) 가 반복된다. 상술한 바와 같이, 모든 반복에서, 피로 손상은 누적된 피로 손상이 되고, 이는 현재 반복에서 결정된 복수의 스트레인 범위 및 이전 반복의 피로 손상에 기초하여 결정된다.
따라서, 해저 케이블의 실시간 피로 모니터링이 달성될 수 있다.
곡률 모니터링 디바이스 (7) 의 다른 예가 이하 도 5 를 참조하여 설명될 것이다. 도 5 에서, 선박 슈트 (11) 를 떠나는 해저 케이블 (9) 의 사시도가 나타내어져 있다. 본 예에서, 곡률 모니터링 디바이스 (7) 는 해저 케이블 (9) 의 곡률의 측정치를 제공하도록 구성된 복수의 디바이스 (7a) 를 포함한다. 디바이스 (7a) 는 예를 들어, 스트레인 게이지 또는 경사 센서일 수 있다. 대안적으로, 곡률 모니터링 디바이스 (7) 는 해저 케이블의 편향을 측정하고 이에 의해 해저 케이블 (9) 의 곡률의 측정치를 제공하도록 구성된 편향 측정 시스템을 포함할 수 있다.
디바이스 (7a) 가 스트레인 게이지인 경우, 이는 12 시 방향, 즉, 해저 케이블 (9) 의 상단에 위치될 수 있다. 이 경우, 곡률 모니터링 디바이스 (7) 는 해저 케이블 (9) 주위에 배치되도록 구성된 슬리브를 포함할 수 있다. 슬리브는 예를 들어, 폴리에틸렌 또는 폴리우레탄과 같은 플라스틱 재료로 이루어질 수 있다. 도 5 에서, 슬리브는 해저 케이블이 선박 슈트 (11) 를 떠나는 영역에서 해저 케이블 (9) 주위에 배치된다. 슬리브는 수 미터 연장될 수 있고 디바이스 (7a) 를 포함할 수 있다. 디바이스 (7a) 는 슬리브의 축 방향으로 서로로부터 일정 간격으로 제공될 수 있다. 시계열 스트레인 ε(t) 에 기초하여 스트레인 게이지를 사용하면, 각각의 위치에서의 케이블 곡률 κ는
Figure pct00002
에 의해 주어지며, 여기서, r 은 해저 케이블 (9) 의 외피의 반경이다. 따라서, 반경 r 은 해저 케이블 (9) 의 중심으로부터 스트레인 게이지의 위치까지의 반경 방향 거리이다.
디바이스 (7a) 가 경사 센서인 경우, 경사 센서는 일정한 간격으로 해저 케이블 (9) 에 장착되도록 구성된다. 2 개의 경사 센서 사이의 평균 곡률은
Figure pct00003
에 의해 주어지며, 여기서, Δθi 는 라디안으로 측정된 i 번째와 i+1 번째 경사 센서 사이의 각도 차이이며, ΔLi 는 2 개의 경사 센서 사이의 거리이다. 경사 센서는 예를 들어, 해저 케이블 (9) 에 여러 경사 센서를 신속하게 장착할 수 있도록 동일한 간격으로 이격된 가요성 프레임 상에 장착될 수 있다.
곡률 모니터링 시스템 (7) 이 편향 측정 시스템을 포함한다면, 해저 케이블 (9) 의 편향은 선박의 고정된 프레임 또는 기준과 관련하여 측정될 수 있다. 편향은 선박 슈트 (11) 상의 해저 케이블 (9) 의 섹션을 따라 연속적으로 측정될 수 있다. 편향은 광학적으로 또는 거리 센서를 사용하여 결정될 수 있다. 여기서, 편향 측정 시스템은 비디오 카메라를 포함할 수 있고 해저 케이블 (9) 상에 광학 마커가 제공될 수 있다. 대안적으로, 편향 측정 시스템은 거리 센서를 포함할 수 있다. 어느 경우이든, 다항식 곡선 y=f(s) 는 해저 케이블 (9) 을 따른 거리 (s) 의 함수로서 측정된 편향에 맞추어질 수 있다. 곡률 κ 는 이하와 같이 주어진다.
Figure pct00004
여기서, y' 및 y" 는 s 에 대한 y 의 도함수이다.
본 발명의 개념이 주로 몇몇 예를 참조하여 상술되었다. 그러나, 본 기술 분야의 통상의 기술자가 쉽게 이해하는 바와 같이, 상술한 것 이외의 다른 실시형태가 첨부된 청구 범위에 의해 정의된 본 발명의 개념의 범위 내에서 동등하게 가능하다.

Claims (13)

  1. 해상 조인팅 또는 수리 중 해저 케이블 (9) 의 피로 모니터링 방법으로서,
    a) 상기 해상 조인팅 또는 수리 중 상이한 시점들에서 상기 해저 케이블 (9) 의 곡률에 관한 복수의 곡률값들을 결정하는 단계,
    b) 상기 복수의 곡률값들에 기초하여 상기 해저 케이블 (9) 의 복수의 스트레인 범위들을 결정하는 단계, 및
    c) 상기 복수의 스트레인 범위들에 기초하여 상기 해저 케이블 (9) 의 피로 손상을 결정하는 단계를 포함하는, 피로 모니터링 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 피로 모니터링 방법은 상기 해상 조인팅 또는 수리 중 상기 단계 a) 내지 상기 단계 c) 를 반복하는 단계를 포함하고, 상기 단계 c) 의 각각의 반복에서 상기 피로 손상은 현재 반복의 상기 단계 b) 에서 결정된 상기 복수의 스트레인 범위들 및 상기 단계 c) 의 이전 반복에서 결정된 상기 피로 손상에 기초하여 결정되고, 이에 의해 누적된 피로 손상을 얻는, 피로 모니터링 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 단계 b) 는 각각의 스트레인 범위의 발생 횟수를 결정하는 단계를 포함하고, 상기 단계 c) 에서 상기 피로 손상은 각각의 스트레인 범위의 상기 발생 횟수에 기초하여 결정되는, 피로 모니터링 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 피로 모니터링 방법은 상기 각각의 스트레인 범위에 대해 상기 해저 케이블 (9) 의 연피 (lead sheath) 또는 다른 금속 구성 요소의 고장에 대한 사이클 횟수를 결정하는 단계를 더 포함하고, 상기 단계 c) 에서 상기 피로 손상은 상기 각각의 스트레인 범위에 대한 상기 고장에 대한 상기 사이클 횟수에 추가로 기초하여 결정되는, 피로 모니터링 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 각각의 스트레인 범위에 대한 상기 고장에 대한 상기 사이클 횟수는 상기 해저 케이블 (9) 의 연피 또는 다른 금속 구성 요소에 대한 S-N 피로 곡선을 사용하여 결정되는, 피로 모니터링 방법.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 단계 c) 는 상기 피로 손상을 결정하기 위해 팜그렌-마이너 (Palmgren-Miner) 선형 손상 가설로 상기 각각의 스트레인 범위의 발생 횟수 및 대응하는 상기 고장에 대한 상기 사이클 횟수를 사용하는 단계를 포함하는, 피로 모니터링 방법.
  7. 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계 b) 에서 상기 각각의 스트레인 범위의 결정은 상기 해저 케이블 (9) 의 수학적 모델을 사용하는 단계를 포함하는, 피로 모니터링 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계 a) 에서, 상기 결정하는 단계는 상기 해저 케이블이 선박 슈트 (vessel chute) (11) 를 떠나는 영역에서 상기 해저 케이블 (9) 을 모니터링하는 곡률 모니터링 디바이스로부터 상기 해저 케이블 (9) 의 곡률의 측정값들을 획득하는 단계를 포함하는, 피로 모니터링 방법.
  9. 시스템 (1) 의 프로세싱 회로 (3) 에 의해 실행될 때 상기 시스템으로 하여금 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하게 하는 컴퓨터 코드를 포함하는, 컴퓨터 프로그램.
  10. 해상 조인팅 또는 수리 중 해저 케이블 (9) 의 피로 모니터링을 위한 시스템 (1) 으로서,
    상기 해저 케이블 (9) 의 곡률의 측정치를 제공하도록 구성된 곡률 모니터링 디바이스 (7),
    컴퓨터 코드를 포함하는 저장 매체 (5), 및
    상기 컴퓨터 코드를 실행할 때 상기 시스템 (1) 으로 하여금 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하게 하는 프로세싱 회로 (3) 를 포함하는, 시스템 (1).
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 곡률 모니터링 디바이스 (7) 는 상기 해저 케이블 주위에 배치되도록 구성된 슬리브를 포함하고, 상기 슬리브는 상기 슬리브의 축 방향으로 서로 일정한 간격으로 위치된 복수의 스트레인 게이지들 (7a) 을 포함하고, 상기 스트레인 게이지들 (7a) 은 상기 해저 케이블 (9) 의 곡률의 측정치를 제공하도록 구성되는, 시스템 (1).
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 곡률 모니터링 디바이스 (7) 는 상기 해저 케이블 (9) 에 장착되도록 구성된 경사 센서들 (7a) 을 포함하고, 상기 경사 센서들 (7a) 은 상기 해저 케이블 (9) 의 곡률의 측정치를 제공하도록 구성되는, 시스템 (1).
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 곡률 모니터링 디바이스 (7) 는 상기 해저 케이블의 곡률의 측정치를 제공하기 위해 상기 해저 케이블 (9) 의 편향을 측정하도록 구성된 케이블 편향 측정 시스템을 포함하는, 시스템 (1).
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