專利名稱：電纜與管道找回和埋設的裝置與方法
技術領域：
本發明涉及一種用于找回埋設于水底沉積物中的電纜或管道的找回裝置與方法，而且還涉及一種用于埋設電纜或管道的裝置與方法。
背景技術：
眾所周知，電纜或管道被放置于水下廣闊的區域內比如海洋，為國家或地區間提供能源與通信連接。與其僅僅放置這些電纜或管道于底床物質表面上比如海床上，不如埋設這些電纜或管道于底床物質物質之內更有利。這為底床物質電纜或管道提供了一個更為穩定和安全的保護環境，尤其可以防止商業捕魚行為帶來的損壞甚至剪斷。
低于底床物質表面的埋設深度取決于電纜或管道執行的功能、位置以及形成海床的材料。通常的埋設深度在1到4米之間。
在某些特定捕魚活動中，魚網的拖板要刺入到底床物質表面內，因此將底床物質電纜或管道埋設到拖板所不能達到的深度就很重要。但是近來，捕魚行業的發展已經使拖板的刺入深度提高了。因此就有必要將世界上某些地區的電纜或管道的埋設深度增加。
通常存在著許多與增加底床物質電纜或管道埋設深度相關的技術問題，在這樣更大的深度上需要更大的設備來進行埋設、或重新找回操作，在成本方面也是不利的。
底床物質中的電纜或管道常規是利用鉤錨從它們的埋設地點進行找回。鉤錨包括兩個主要部件，一個錨柄擱置在底床物質上和一個連接于錨柄之上的錨爪，錨爪刺入到底床物質內足夠的深度以接觸到底床物質電纜或管道。錨柄和錨爪因此有效地作為一個鉤進行工作，并且當錨柄被海面船舶引導經過底床物質表面時，錨爪被拖進到底床物質表面下的物質內直到接觸到底床物質電纜或管道。找回操作深度取決于錨爪的長度，并且對于常規的鉤錨設計已經有了其錨柄長度必須是錨爪長度的三倍的規定，由于這個原因，用以進行深層電纜找回的鉤錨又大又重。
一條牽引鏈比如一條長鏈連接著水面船舶和錨柄，并且這條鏈內的張緊力在拖引過程中被檢測。當一條電纜或管道被錨爪取到，牽引鏈內的張力增加。錨爪傾斜一個角度以便電纜或管道被帶出底床物質表面然后進行常規的維修操作，比如使用潛水遙控船(ROVs)。
關于水下電纜，使用電纜的尺寸取決于它們的功能比如能源傳輸或者通信。舉例如一條加防護層的能源電纜的直徑一般為100毫米，相反一條輕型光纖通信電纜的直徑僅有15毫米。因為可以通過探測到牽引鏈上的張力的增加來定位電纜，所以存在這樣一個顯而易見的危險通常比較脆弱的小直徑電纜，會被鉤錨因為過大的牽引力而被輕易切斷。
這對于大的埋設深度尤其成為一個問題，因為這里使用更大更重的鉤錨并且相應的牽引力也大得多。在此情況下，和電纜接觸引起的張緊力的增加就更難探測，因為它只是整個牽引力的一小部分。
比如，設計用來修復埋設深度2.5米的電纜的鉤錨所帶來的牽引力通常可以達到40噸，然而一條一般的光纖電纜僅僅可以承受最大30噸的非軸向拉力。
發明內容
依照本發明的第一個實施例，我們提供的找回裝置包括一個錨柄，它有一個第一表面；并且一個錨爪，它有第二表面，在通常的工作條件下，當所述裝置被沿牽引方向牽引時，錨爪和至少有錨柄的一部分被掩埋于底床物質內且達到給定的適合于找回電纜或管道的深度，并且這里第一、第二表面被相對于彼此如此設置，即使得在通常工作條件下，底床物質和至少第一表面和第二表面之間的相互作用在第一表面和第二表面上產生相反的力使所述裝置大致維持在一預定的深度。
我們已經知道許多現有技術中的問題可以認為是使用了一種找回裝置而產生，該裝置不依靠沿底床物質面滑移的錨爪。與此相反，在本發明的找回裝置中，至少錨柄的一部份在使用中被掩埋，并且在許多情況下，錨柄和錨爪在牽引過程中全部被掩埋于底床物質。
我們也知道，相同的情況也適用于電纜和管道的埋設。因此，關于本發明的第二個實施例，進行在水底床物質內埋設電纜或管道的設備包括一個錨柄，它有一個第一表面；并且一個錨爪，它有第二表面，在通常的工作條件下，當裝置被沿牽引方向牽引時，錨爪和至少錨柄的一部份被掩埋于底床物質內給定的深度，以便犁出適合于埋設電纜或管道的溝槽，并且這里第一表面和第二表面相對于彼此這樣設置，即使得在通常工作條件下，底床物質和至少第一表面和第二表面之間的相互作用在第一表面和第二表面上產生相反的力，使所述裝置保持在設定的深度上；及引導電纜或管道進入溝槽的裝置。
所述引導裝置可包括一個管、環、翼片或指形件，因此不必全部環繞電纜或管道。已經發現，底床物質在牽引過程中趨向于圍繞錨柄流動，并且在錨柄產生沖擊波后且在一段短的時間里保持其一定的位置，這允許電纜或管道和任何相關設備一起沿著錨柄的后部被埋設進溝槽。翼片或指形件可以為靜態或使用液壓進行驅動來加寬溝槽以允許更大型設備比如中繼器的易于埋設。
為便于找回與埋設操作，一般來說，所述裝置可以在任何給定的深度上進行操作。因此，大的設定深度比如超過2米就可以實現，而不需大大增加裝置的尺寸和重量。不像眾所周知的設備，本發明的錨柄可被用接觸取得電纜或管道，而不是僅僅提供一個錨爪來執行這項功能。結果，裝置的整體尺寸和重量相對于眾所周知的鉤錨大大的縮減了。本發明用于2.5米深電纜修復裝置的一個示例，其通常重量在一噸左右，相反與其相當的常規鉤錨的重量則為3噸。
這項發明的主要優點在于，尤其對于深的電纜或管道，相對應的牽引力相比于常規的鉤錨與犁要低的多。在找回時，這允許小直徑的電纜或管道可以被更少損壞地探測到。
在裝置尺寸和相應牽引力上潛在減小的可能性在經濟性上也是有利的，因而進行找回或犁操作的整體成本被降低了。該發明還有潛力用于未來在比現在所用設備更深的深度上進行電纜或管道的找回或埋設，而就成本與牽引過程中探測的簡單性方面而言，大大地避免了常規裝置按比例的增大。
通過綜合考慮設備的重量，考慮典型的底床物質材料，比如擁有最大可達300千帕的剪切強度甚至更大的黏土或沙石，考慮部件的尺寸與配置，特別考慮第一表面和第二表面的布置，來設計所述裝置，使它可以在預定的深度上進行操作。牽引速度直接影響看到的牽引力，盡管不會影響操作儀器，因而低的牽引速度應該為0.5到1千米每小時。
一般，在通常工作條件下，第一表面是斜向下方，以便它經過底床物質時在錨柄上產生向上的力。相應地，第二表面斜向上方，以便它經過底床物質時在錨爪上產生向下的力。
在許多情況下，整個錨柄和錨爪在操作中被掩埋于給定的深度。通常設備還包括一個連接在錨柄之上的牽引部件，比如鏈子或鋼纜。當錨柄被完全掩埋時，在通常工作條件下，至少牽引部件的一部份和底床物質相互作用以便使所述裝置保持在給定的深度。因此，優選地是考慮底床物質和牽引部件之間的相互作用。用來牽引所述裝置的設備比如船不提供向上的力。
牽引部件可以是柔性的，也可是剛性的。如果是剛性的，優選地是錨柄適合在使用中和牽引部件樞轉連接，牽引部件還包含一個滑動部件，該滑動部件在使用中當所述裝置在給定的深度上時保持在底床物質表面上。牽引部件可以包含一個或多個剛性連桿。優選地，這些連桿彼此適宜于相互樞軸連接在一起。通常，這些連桿呈細長形式，盡管它們中的一個或多個可能實際包含一個附加的錨柄和錨爪部件，這些部件擁有一些表面，這些表面相對于彼此設置，使底床物質對這些表面產生相反的力作用在所述表面上，使所述設備在使用中被保持在既定的深度上。據此，一些這樣的鉤錨可以相互連接在一起以達到在更深的深度上進行找回與埋設。
優選地，設備還包含一個或多個更進一步的相互作用表面，這些表面適用于和底床物質相互作用以產生類似于第一和/或第二表面產生的力。這些被布置成“翼”或者小側板比較好。翼可以設置在連桿(如果有的話)上或者比如在裝置的錨柄上。通常，一個或多個翼可以設置在它們之中的任意一個上。
翼可以因此適于產生向上或向下的力，這取決于第一表面和第二表面的相應布置。但是，優選地設置翼以產生相似于錨爪的第二表面所產生的作用力。這樣使用這種進一步的相應作用表面所產生的附加力可以允許一個更小的錨爪表面被用于一個給定的操作深度。當和連桿聯合使用時，它們使連桿或錨柄產生額外的旋轉，因此增加刺入的深度。
當設備處于開始位置時，可以形成接觸表面和底床物質表面之間的角度，通常，這個角度在30度和55度之間有利于初始的掩埋過程。
有必要減小牽引找回或埋設設備所要求的牽引力，也有必要在給定的深度時，盡管裝置可能從底床物質之上被牽引，但裝置將不會有單純的旋轉，以便它的輪廓相對于牽引方向基本維持恒定。
因此，通常錨柄被設置成細長形狀，在牽引過程中，錨柄的細長部分被布置成沿著牽引方向，盡管要與牽引方向成一個角度以便產生作用于第一表面的力。盡管，錨爪能夠被直接連接到錨柄上，但錨柄優選是擁有一形成軸線的細長部分，和一個擁有一末端的分隔部分，該分隔部分在空間上與所述軸線分開。優選錨爪被直接連接到分隔部分的末端，因為這樣增加了與電纜或管道潛在接觸的垂直范圍。分隔部分通常位于錨爪和錨柄的后部，以便一旦接觸到電纜或管道，電纜或管道被保持在分隔部分附近。
優選地，錨爪(或者任何附加的起連桿作用的錨爪)的第二表面，在相對于牽引方向的橫截面方向上比錨柄(或任何附加的錨柄)表面基本上更寬。每一個錨爪通常呈近似平面形狀，并且如此布置即使將作為第二表面起作用的上平面表面擁有一個幾乎和牽引方向垂直的平面法線，盡管和這個方向有微小的角度(緊緊幾度)以便產生一個作用于第二表面的力。
被分解到錨爪第二表面上的牽引方向的分量因此優選地與牽引方向成10度或更少的角度，并且更優選地與牽引方向成2度的角度。錨爪在牽引過程中最終達到和保持的角度取決于一些因素比如水底物質類型和裝置尺寸。一個更小的角度能夠減少托拽力，但與更大角度相比也能夠產生一個更小的垂直力，這是受歡迎的。
優選地，每一個錨爪的第二表面，當沿著它的法線看時，布置成逐漸變窄成兩個尖端，兩個尖端被分別設置在錨柄的兩側，并且大致沿著牽引方向突伸。這些尖端能使所述裝置在沒有刺入前且沒有額外支撐的情況下，在底床物質上面保持豎立。它們也可以產生一個更大的、最初刺入底床物質的錨爪區域，因此在錨柄接觸到底床物質之前提供一個更大的向下的力。這增加了“進入”力，因此可以幫助刺入。
錨柄的第一表面相對于錨爪平面通常是細長且窄的。第一表面因此沿著牽引方向提供一個相對較長的相互作用長度，并且和第二表面協作在牽引過程中維持所述裝置的旋轉位置與垂直定位。
盡管錨柄通常為細長，也不必因此呈直線形，使用彎曲形也可以，比如馬蹄形。盡管錨柄可以為任何形狀，只要有合適的第一表面就可以。但錨柄向離開底床物質彎曲是有利的，因為這樣可以允許錨爪的更多部分在錨柄接觸到底床物質以前進入底床物質，這樣的接觸產生一個向上的、阻止向底床物質刺入的力。但是，本裝置優選如此設置，即使得當在掩埋之前處于底床物質表面一個起始位置時，裝置適宜于設置在使第二表面相對于底床物質表面呈一個30度到50度的角。優選地，這個角度和任何附加作用表面(如果有的話)與底床物質之間的角度是相同的。
相對于分隔部分的錨柄末端通常用來連接牽引部件，因為相對于于牽引方向來說，這個端是最靠前的。
根據本發明的找回或埋設裝置的優點還在于在初始時不需要為了進行操作而被埋設至一定的深度。它可能被簡單的放置在底床物質表面之上，同時錨爪的第二表面(和那些任何附加的接觸表面)成一個角度地朝向底床物質，以便當裝置剛開始被牽引時，第二表面咬入底床物質使裝置在表面之下被牽引，因此裝置給自己提供一個自我掩埋功能。
依據本發明的第三個實施例，用以找回埋設于水下底床物質內一定深度的電纜或管道的方法，包括根據本發明的第一實施例的牽引找回裝置，此處，裝置被放置在一定的深度使用直到電纜或管道被取到，和找回電纜或管道。
一般，一艘水面船舶比如大型船只被用作牽引手段來執行牽引操作。優選地，該方法還包括于牽引之前在底床物質表面進行裝置定位的步驟，以便當執行牽引操作時，裝置和底床物質相互作用并且移動到給定的深度。
在一些情況下，牽引操作可以通過于底床物質表面的潛水遙控裝置(ROV)來進行，這尤其在更多使用輕型電纜或管道的地方比如湖泊和河流時有利。遙控裝置可以遙控地牽引所述裝置，因此可以在操作中與裝置分開。遙控裝置還可以直接和裝置連接在一個連接點上。
一般，當電纜或管道接觸到時，該方法還包含要探測電纜或管道與找回裝置之間的接觸，比如通過檢測牽引鏈中的拉力。在接觸到之后，該方法通常還包括結束牽引操作并且用找回裝置把電纜或管道升到底床物質表面。
依據本發明的第四個實施例，埋設電纜或管道于底床物質內一定深度的方法包括拖引根據本發明第二實施例的所述裝置在一定的深度內犁出溝槽，并且向溝槽提供電纜或管道。
一個遙控裝置(ROV)也被用以執行牽引操作來埋設電纜或管道，或者遠程牽引，或者被直接連接在一起。電纜可從一個裝在ROV上或者所述裝置自身上的“膠鍋”(glue pot)或者卷盤上進行分配。
本裝置還有一個優點就是裝置的操作深度要比我們所知的裝置更穩定。這是因為通常這樣的常規裝置使用輪子或剎車來減少牽引力，并且當沿著底床物質表面牽引時，錨柄會因為底床物質的表面輪廓而可能產生垂直方向的偏離。這會使下面的錨爪也產生一個相應的偏離運動。這一般不會出現在本發明中，因為其錨柄至少部分地被掩埋，并且在許多情況下被底床物質全部掩埋。
下面參考附圖，對根據本發明的找回與埋設裝置及方法的示例進行描述，并且和已知的裝置進行對照。
附圖1展示一個眾所周知的鉤錨的示意圖。
附圖2是據第一示例一個自埋式鉤錨的示意圖。
附圖3展示第一示例中錨爪構件的布置。
附圖4是示例方法的流程圖。
附圖5a為根據第一示例圖示一個自埋式找回操作。
附圖5b展示電纜在取到之后被升到海床的過程。
附圖6展示樞軸連接至滑板的找回裝置的第二示例。
附圖7展示攜帶樞轉的剛性連桿和附加翼的第三示例。
附圖8a是翼的透視圖。
附圖8b展示翼的俯視圖。
附圖8c展示翼埋設前角度。
附圖9a至附圖9d展示其鉤錨作為連桿的裝置的第四示例的逐步埋設過程。
附圖10是使用管子作為導引裝置的埋設裝置的一個示例的視圖；并且附圖11展示使用環作為導引裝置的埋設裝置的一個可選示例。
具體實施例方式
附圖1展示一個常規電纜維修鉤錨100。它擁有一個錨柄101和一個連接到錨柄一端的錨爪102。錨柄被定位于海床103的表面同時錨爪102刺入海床。一條牽引鏈104允許鉤錨被一個遠處水面船舶(未示出)沿著牽引方向105牽引。
如附圖1所示，設計實現海床刺入的鉤錨的常規方法是，錨柄的長度是錨爪長度的約三倍。如上所述，為了得到3米的刺入深度，一個約9米長的錨柄被使用。這樣的一個鉤錨的重量通常在3到5噸之間。這要求通過鏈104傳遞一個大的牽引力給鉤錨。這樣的一個力可以達到40噸，盡管這將取決于錨柄錨爪的實際設計和海床材料。
圖2為擱置在海床6初始位置以及埋設位置兩個位置展示本發明的鉤錨1的一個示例。它有一個帶細長部分3和分隔部分4的錨柄2，錨柄2全長約1米。一個錨爪5被連接到錨柄2的分隔部分4的末端。一條牽引鏈8被連接到一個遠處水面船舶(未示出)，該船舶被用來沿著牽引方向9牽引鉤錨1通過海床物質7。
牽引鏈8被連接到一個滑板8A(滑動構件)，滑板通過一個實體連桿8B連接到錨柄3。已經發現連桿8B應為實體結構，以便通過給系統提供扭矩剛性提高系統性能來幫助阻止鉤錨在撞到石頭或類似物時側向旋轉。下面表1給出這個連桿8B的優選長度。為易于操作而包含以關節方式連接連桿的方法是很有用的(如后所述)。每一個連桿部分的典型尺寸是2.5米長，約20毫米寬和約150毫米厚。
滑板8A幫助給系統提供附加穩定性。
當鉤錨被沿著牽引方向9牽引時，細長部分3的下表面為作用于海床物質7的第一表面10。這產生一個垂直力分量和一個水平力分量作用在錨柄2的細長部分3上。
連接到分隔部分4的一端的錨爪5，大體呈平面，該平面帶有擴大的上表面13(見附圖3)。這形成當鉤錨1沿著牽引方向9被牽引時與海床物質7接觸的第二表面。第二表面13和牽引方向9成β角(如附圖2所示)。β角取決于裝置的設計以及表面13的相關尺寸。在這種情況下，β大約為2度。和海床物質7的相互作用在錨爪內產生一個向下的力分量和一個水平的力分量。
如附圖2所示，錨爪頂端在它實際刺入前與海床物質所成的角度被定義為斜角或刺入角α。這取決于海床物質類型并且通常在約30度到55度之間。對于黏土，一般30度到35度比較合適，反之，對于沙石和沉淀物應該用40度到55度。對于軟土壤的通常應用，約45度角有比較好的效果。
也已經發現，在這種情況下，鉤錨1在牽引過程中所保持的深度主要取決于連桿8B和細長部分3的長度。
附圖3所示為從第二表面13的法線看時的錨爪5。牽引方向9也被標示(如上面提到)。可以看出，在相對于牽引方向9的橫向方向，錨柄2的橫截面形狀為帶有窄尺寸16的矩形。這將減小牽引過程中由錨柄2引起的牽引力。第二表面13大體上是矩形，并且下面表1給出了典型的尺寸。盡管錨爪5的第二表面13擁有一個相當大的表面區域，但應該記住，該表面和牽引方向9成很小角度，并且實際上該部件的截面也受到很大的限制以減少附圖2所示的牽引力。
下面表1展示要求1米到3米埋設深度的鉤錨典型尺寸。
表1
第二表面13在錨柄2的兩側有相同的表面區域，并且在相對于牽引方向9的方向，該表面的前面部分被削尖成為三角區域17。這些三角形區域中的每一個在尖點18處結束，這些尖點作為刀刃有助于錨爪5刺入海床物質7，并且在刺入之前穩定所述裝置。
使用上述裝置進行水底埋設電纜的一個找回操作將參照附圖4、附圖5a和附圖5b被詳細討論。
找回操作開始于附圖4的步驟50。如附圖5a所示，鉤錨1最初擱置在海床物質6上一個起始位置且錨爪以角度α向下進入海床物質7。牽引鏈8被連接到水面船舶20，沿著牽引方向9船被從空間上與鉤錨1分開，如牽引鏈8的點線21所示那樣。如附圖5a所示，沿牽引方向在鉤錨之前有一個海底電纜22被埋設于一定的深度。由于電纜22的埋設深度已知，一個適合于電纜22修復的鉤錨的操作深度在之前被選用。
水面船舶然后開始沿牽引方向以合適速度(圖4中的步驟51)移動。這使鉤錨1的錨爪5挖進海床物質7。在這個階段，向下作用在錨爪5上的力比作用在錨柄3的表面10上的任何力大的多，因此鉤錨1隨著牽引繼續進行下沖到圖4所示步驟52。繼續下沖時，當錨爪開始被埋設并且海床物質7開始和表面10接觸時鉤錨開始旋轉。這被附圖5a中的箭頭23表示。
鉤錨1的旋轉提供了相對于牽引方向的一個被減小的表面13和一個被增大的第一表面10。當鉤錨1旋轉時，作用在錨柄3上的向上的分力增加，作用在錨爪5上的向下的分力減小。
當鉤錨1的埋設深度增加，連桿8A也被埋設并且產生一個垂直的分力和一個水平的分力作用在鉤錨上。系統最后穩定下來，向上作用在連桿8B和第一表面10上的力被作用在與牽引方向9成β角的表面13上向下的力和鉤錨與鏈的全部重量抵消。盡管連桿和牽引鏈相連接，但牽引鏈被單純用來向前拖動鉤錨，連桿可用于不同深度上的刺入(比如連桿越長，埋設越深)。在這一點上，也再沒有任何旋轉力或垂直力作用給鉤錨上。因此在附圖4的步驟53，鉤錨保持在它要求的深度上。當牽引繼續時，鉤錨1在一個大體穩定的深度移動通過海床物質7，如圖5a中的25所示。
牽引鏈8中的張力是鉤錨1所產生的、包括水平分力的全部拉力以及牽引鏈自身產生的拉力的函數。
鉤錨然后達到位置26使電纜22被錨柄2的細長部件3接觸到。這發生在圖4所示的步驟54，并且在這一點上，牽引鏈8上的張緊力的增加被一個安裝在船舶20上的適合的探測裝置探測到。當電纜22被接觸到，它沿著錨柄2的細長部件3進入到和分隔部分4鄰接的區域。電纜22因此被有效的鉤住，然后船舶20重新定位于鉤錨前方或上方如附圖5b表示。
當牽引鏈8拉近鉤錨時，它通常在保持張力情況下回到船上。當牽引鏈達到一個更加垂直的姿勢，鉤錨1和錨柄2繞電纜旋轉至一個更加垂直的姿態。電纜22被保持在錨爪5和鄰接分隔部分4的錨柄3之間。
在圖4中的步驟55，當牽引鏈8被絞盤絞起放置在船舶20上時，鉤錨1被向上拖出海床物質7，因此電纜和它一起被拉起。這樣，電纜22被帶出到底床6的表面上。一旦在海床表面上時，就可進行進一步的常規電纜維護與修復操作，比如使用遙控船舶(ROVs)來切斷電纜以允許電纜兩端被帶到表面船舶20的甲板上。
附圖6展示本發明的另一個示例，例中與早些時候描述的相似的部分以相似的附圖標記標示。在此實施例中，提供了一個鉤錨，它適合裝上以關節連接的模塊化的連桿，從而使鉤錨有在不同深度上進行電纜或管道找回或埋設的能力。圖6展示了這樣一個沒有任何連桿的鉤錨1，因此，在“連接點”30處它直接樞軸連接到滑板8A上。圖6也展示了鉤錨為進入海床物質7的起始位置，在此，斜角或刺入角α約40度，這個角是錨爪5和海床7所成的角。
如前例，鉤錨的操作位置也被展示，正如角β，它是錨爪5的表面13和水平面的夾角。在此情況下，角β為給出最小牽引力應為大約2度。這取決于幾個因素比如鉤錨形狀和土壤環境，但是2度到10度之間的范圍是正常的。
前述的裝置自然適用于淺層找回。但是，為了更大的深度，使用一個或多個連桿8B，每一個都被互相樞轉連接在一起，并與連接點30和鉤錨的錨柄2樞軸連接。
在此示例中，當一些連桿被提供時(比如2或3個)，所述連桿和鉤錨1的隊列在達到穩定狀態時不是呈一條直線的，而是呈向下彎曲的曲線形狀進入海床物質7。這樣一個桿連接起來的系統的效果是，所要求的整體牽引力相比一個大的、有相似尺寸的單個裝置減小了。尤其是，由于在每一個連桿、鉸鏈點30和鉤錨之間以樞軸連接，所以這會大大減少當電纜或管道被取到時鉤錨旋轉到圖5b所示位置所需的力。這是因為裝置的一些部分，可以在一定時間內單獨地進行樞軸轉動，而不是連在一起的整個裝置被強制立刻變成為一個新的配置形態。這減少了裝置的整體結構強度要求。
前述以關節連接的連桿系統優點還在于，因為對于非常深的電纜或管道的找回來說，對于同一鉤錨可以采用更多數量的連桿。如果不是順著裝置在不同點上樞軸連接的話，那么所述裝置作為一個整體在表面船舶甲板上將非常難以操縱，不論是在維修前還是維修后。尤其當裝置被從水中拖上船時，它通常被拖(haul)到一個彎曲的表面上，這樣做時，它可以在不同的點處進行樞軸轉動，從而允許裝置輕易地適合于所述表面，這反過來允許起升裝置的結構更加緊湊。而且，一旦登上船，各個連桿8B可以被分開或者折疊起來以便容易存儲所述裝置。
使用時，在鉤錨1和多重連桿8B的最初埋設過程中，裝置上的部件可以按照他們離鉤錨端的配置順序埋設自己。首先，裝置的鉤錨部件挖入底床物質并且旋轉至它的操作位置，同時其它的連桿成直線形布置在表面上。連接鉤錨的第一個連桿于是開始繞著它和下一個連桿(更接近于滑板8A)連接的樞轉點旋轉，其余的連桿停留在表面上。漸漸地，當繼續進行埋設，連桿依次被埋設直到最后一個連桿也繞鉸鏈點30樞軸轉動而被埋設。滑板8A保持在海床物質7的表面上。
如附圖7所示，可提供給裝置其它的作用表面，這些作用表面和錨爪5的表面13以同樣的方式操作。一個單個的連桿8B也被展示。對于這樣一個連桿的典型的長度在1到2米之間。
在本示例中，作為附加的成對的側翼31(位于裝置的兩邊)，兩對其它作用表面被應用于鉤錨1，同時還有一對側翼32也被附加給連桿8B。
這些側翼在附圖8a、附圖8b和附圖8c中更加清楚的被展示。
附圖8a展示了連接到鉤錨1上的一個翼31的透視圖。牽引方向9也被標示。應該注意，鉤錨1的兩個邊均有相似的翼。在這種情況下，這些翼和主錨爪構件5成一個相似的角度β。附圖8b展示了翼的第二視圖，從上面可以看見延伸的、和底床物質相互作用的表面33。圖8c展示翼31或32和相應的鉤錨錨柄2或連桿8B成的角。這里，角度通常的被表示為X，當翼處于穩定的埋設位置時，一般把他們設置成和水平面成約β角。因為連桿8B和鉤錨1處于它們穩定的埋設位置時不必呈直線配置形態，因此不同對翼的實際的角度X可以是不同的。
翼31、32以與錨爪5相似的方式進行操作。但是，他們有進一步的優點，因為當裝置已經取到電纜或管道時，就要求裝置為了找回進行旋轉，通過使用一些數量的單獨的表面(由翼的表面33和錨爪5的表面13定義)而不是一個處于一個單獨錨爪5上的相應的更大的表面13可以大大輔助這個旋轉，這大大的減少了裝置被旋轉至起升位置時裝置內部的應力。
但是對所述裝置的整個操作以相似的方式進行，因為連桿表面和錨柄2產生一向上的力，相反翼和錨爪的表面卻產生一向下的力，正是這些力互相平衡使裝置保持在穩定深度上。
可以觀察到，這里描述的任意一個例子中的裝置既可以從水面船舶上進行牽引，也可以沿著底床物質表面從遙控船舶(ROV)上進行牽引(這決定于所需要的牽引力)。因此，遙控船舶(ROV)可以與拖繩8連接到一起，以便于使它保持與所述裝置處于分離狀態，或作為一個滑動構件替代滑板8A，在這種情況下，裝置用如上所述的連結點30連接在遙控船舶(ROV)上。
在如附圖9a到9d所示的其它的實施例中，一個實際鉤錨被用作連桿8B，連桿8B上有一個錨爪構件34。如附圖9a所示，滑板8A上設有連結點30，在連結點30上連接了一個與前面例子一致的、前面討論過的類型的第一種鉤錨上，這樣就形成了連桿8B。在這種連桿8B的后部，一個主要的鉤錨1通過樞軸連接與它相連。因此，前面一個例子的翼被“連桿鉤錨”8B的錨爪構件34有效地代替。附圖9a到9d展示了這種組合鉤錨系統的漸進式埋設到所希望的穩態操作深度。雖然在這些附圖中沒有畫出這兩個鉤錨8B的角度β，但是在操作過程中，由于第二個鉤錨比第一個鉤錨埋設得更深，所以這兩個鉤錨的角度可以處理成不同的角度β值。
如前所述，前面描述的、開發用于找回的、鉤錨的原理也可以應用在于附圖10所示的埋設犁。附圖10所示的埋設犁由一個錨柄3和一個與附圖2中所示的那種錨爪類似的錨爪5組成，錨柄3通過一個牽引繩8連接在牽引船上。然而在這種情況下，導向管60安裝在錨柄3的上表面，且將埋設的電纜62通過導向管60導向到沿牽引方向9犁的運動挖出來的溝槽64內。
附圖11展示了一個可選擇的示例，其中環65安置在錨柄3的上表面的鄰接頂部和底部的位置處以作為導引裝置。雖然與底床物質物質的摩擦力可能會試圖使電纜或管道脫離錨柄3，但是在埋設過程中電纜或管道內部的張力保證了它保持在所需要的與錨柄3鄰接的位置。如電纜或管道的找回一樣，也可用遙控船舶(ROV)作為埋設操作時的牽引手段。
應當注意到，如上描述的埋設犁當然也可用在前面所述的任何一個示例的裝置中，以提供有埋設和找回功能的裝置。
權利要求
1.一種用于找回埋設在水下底床物質中的電纜或管道的找回裝置，它包括具有第一表面的錨柄；具有第二表面的錨爪構件，其中在正常工作狀態下，當所述裝置在牽引方向上被牽引時，錨爪構件和至少錨柄的一部分被埋設到底床物質中適合找回電纜或管道的預定深度，其中第一表面和第二表面相對于彼此設置使得在正常工作狀態下底床物質與至少第一表面和第二表面之間的相互作用在第一表面和第二表面上產生相反方向的力，以使所述裝置基本上保持在預定深度。
2.一種用于在水下底床物質中埋設電纜或管道的裝置，它包括具有第一表面的錨柄；具有第二表面的錨爪構件，其中在正常工作狀態下，當所述裝置在牽引方向上被牽引時，錨爪構件和至少錨柄的一部分被埋設到底床物質中的預定深度，使得犁出用于埋設電纜或管道的溝槽；其中第一表面和第二表面相對于彼此設置，使得在正常工作狀態下，底床物質與至少第一表面和第二表面之間的相互作用在第一表面和第二表面上產生相反方向的力，以使所述裝置基本上保持在預定深度；以及將電纜或管道導引到所述溝槽中的裝置。
3.根據權利要求2所述的裝置，其中導引裝置包括一個或多個安裝在錨柄上的管子、指形件或翼片。
4.根據權利要求2或權利要求3所述的裝置，其中導引裝置是適合移動的并和底床物質相互作用，以便控制溝槽的寬度。
5.根據權利要求2到權利要求4的任一權利要求所述的裝置，其中使用的電纜或管道是從一個分配裝置供應給溝槽的。
6.根據權利要求5所述的裝置，其中分配裝置設置在所述裝置上。
7.根據權利要求5或權利要求6所述的裝置，其中分配裝置是膠鍋(glue pot)或卷盤。
8.根據前面任一權利要求所述的裝置，其中在正常工作狀態下，第一表面是向下傾斜的，使得當錨柄通過底床物質時在錨柄上產生一個向上的分力。
9.根據權利要求8所述的裝置，其中在正常工作狀態下，第二表面是向上傾斜的，使得當錨爪構件通過底床物質時在錨爪構件上產生一個向下的分力。
10.根據前面任一權利要求所述的裝置，其中錨柄是細長形的。
11.根據權利要求10所述的裝置，其中錨柄具有限定一軸線的細長形部分，和一分離部分，該分離部分具有與所述軸線在空間分隔開的末端。
12.根據權利要求11所述的裝置，其中錨爪構件是在分離部分的末端或鄰接所述末端的位置處連接在錨柄上。
13.根據前面任一權利要求所述的裝置，還包括一個連接在錨柄上的牽引構件，其中在正常工作狀態下，至少牽引構件的一部分與底床物質相互作用以使所述裝置保持在預定深度。
14.根據權利要求13所述的裝置，其中在使用過程中，錨柄適于樞軸連接在所述牽引構件上。
15.根據權利要求13或權利要求14所述的裝置，其中牽引構件還包括一個滑動構件，當裝置在預定深度時，該滑動構件適于在使用中保持在底床物質的表面上。
16.根據權利要求15所述的裝置，其中滑動構件由一個適合在使用中牽引所述裝置的、可遙控操作的運載工具構成。
17.根據權利要求13到16的任一權利要求所述的裝置，其中牽引構件的一部分是由一個或多個剛性連桿組成。
18.根據權利要求17所述的裝置，其中所有的或每一個連桿和錨柄是通過樞軸相互連接在一起的。
19.根據權利要求17或權利要求18所述的裝置，其中連桿設置成可以連接和拆卸。
20.根據權利要求17到19的任一權利要求所述的裝置，其中一個或多個剛性連桿包括一個附加的錨柄和錨爪構件，所述附加的錨柄和錨爪構件具有相對于彼此設置的表面，使得在正常工作狀態下，在底床物質與所述表面之間的相互作用產生相反的力，進而使裝置在使用過程中保持在預定深度。
21.根據前面任一權利要求所述的裝置，其中裝置還包括一個或多個進一步相互作用的表面，這些表面適合在使用過程中與底床物質相互作用，以產生與第一表面和/或第二表面產生的力類似的力。
22.根據權利要求21所述的裝置，其中所產生的力是同由錨爪構件產生的力類似的力。
23.根據權利要求22所述的裝置，其中所述進一步相互作用的表面設置成翼。
24.根據權利要求21到23的任一權利要求所述的裝置，其中每個翼設置成，當所述裝置處于在底床物質表面起始位置工作時，翼與底床物質表面呈30度到55度的夾角。
25.根據前面任一權利要求所述的裝置，其中錨爪構件的第二表面，或根據權利要求20所述的附加的錨爪構件的表面，相對于牽引方向，其橫截面寬度大于各個錨柄的橫截面的寬度。
26.根據前面任一權利要求所述的裝置，其中當所述裝置處于在底床物質表面起始位置工作時，所述裝置根據底床物質的類型而設置成使第二表面與底床物質表面之間所成的角度為大約30度到50度。
27.根據權利要求26所述的裝置，其中所述角度在30度到35度的范圍內。
28.根據權利要求26所述的裝置，其中所述角度在40度到55度的范圍內。
29.根據權利要求28所述的裝置，其中所述角度基本上保持在45度。
30.根據前面任一權利要求所述的裝置，其中在正常工作狀態下，分解在錨爪構件第二表面上的牽引方向的分量與牽引方向的夾角是10度或更小。
31.根據權利要求30所述的裝置，其中分解在第二表面的分量與牽引方向的夾角基本上是2度。
32.一種找回埋設在水下底床物質中一定的深度的電纜或管道的方法，它包括牽引根據權利要求1所述的、或根據權利要求1的從屬權利要求8到31中的任一權利要求所述的找回裝置，其中所述裝置適用于在一定的深度使用，直到接觸到電纜或管道為上；以及找回電纜或管道。
33.根據權利要求32所述的方法，還包括，當接觸到電纜或管道時，探測電纜或管道與找回裝置之間的接觸。
34.根據權利要求32或權利要求33所述的方法，還包括在接觸到電纜或管道之后終止牽引操作，并使用找回裝置將電纜或管道提升到底床物質的表面上。
35.一種在底床物質內一定深度埋設電纜或管道的方法，它包括牽引至少根據權利要求2所述的裝置，用該裝置在一定的深度上犁出一個溝槽；和向溝槽中輸送電纜或管道。
36.根據權利要求35所述的方法，其中電纜或管道是從所述裝置上的分配裝置上輸送出來的。
37.根據權利要求32到36的任一權利要求所述的方法，還包括在牽引之前將所述裝置在底床物質表面上進行定位的步驟，以使在進行牽引時，所述裝置與底床物質相互作用并且運動到預定深度。
38.根據權利要求32到權利要求37的任一權利要求所述的方法，還包括用一種牽引裝置來牽引所述裝置。
39.根據權利要求38所述的方法，其中牽引裝置是水面船舶。
40.根據權利要求38所述的方法，其中牽引裝置是遙控操作的船舶。
41.根據權利要求40所述的方法，當至少引用權利要求35時，其中電纜或管道是從位于所述遙控操作的船舶上的分配裝置上輸送出來的。
全文摘要
一個進行找回水下埋設于底床物質的電纜或管道的裝置包括一個擁有第一表面的錨柄(2)和一個擁有第二表面的錨爪(5)。當裝置沿牽引方向被牽引時，錨爪(5)和錨柄(2)進入底床物質內一個預定的深度以適合于找回電纜或管道。第一表面和第二表面如此進行設置以便在通常的工作條件下，底床物質和至少第一表面和第二表面間相互作用，并在這些表面上產生相反的力，進而使所述裝置維持在水下一預定的深度上。所述裝置還可以這樣設置，即在底床物質內犁出溝槽，以便可以埋設通過導引裝置供給的電纜或管道。
文檔編號F16L1/12GK1589354SQ02822720
公開日2005年3月2日 申請日期2002年10月1日 優先權日2001年10月2日
發明者菲爾·哈特, 基思·迪克爾, 艾德里安·溫道斯 申請人:全球海運業系統有限公司