TCAOE 53-2023 海上风电场海缆海底电缆弯曲限制器

ICS27.180CCSF11团 体 标 准T/CAOE53—2023海上风电场海缆海底电缆弯曲限制器Subseacablebendrestrictorforoffshorewindfarm2023-03-31发布 2022-03-31实施中国海工程协会 发布T/CAOET/CAOE53—2023II目 次前言 III112范引文件 13语定义 142总要求 2设基础 3设要求 356整分析 6局分析 6热能析 7蠕性分析 7疲分析 767聚物料 7金材料 8聚物料金料混应用 878质保要求 8尺控制 9制工艺 9810测要求 10测方法 119装标、储输 13包装 13标识 13存储 13运输 1310装运维 13安装 13运维 14附录A（料）弯限制设确单 15附录B（料）局部分析例 17附录C（范）自锁定径 19T/CAOET/CAOE53—2023IIIIC.1试目的 19C.2试方法 19附录D（范）额弯矩验极弯试验 20D.1试目的 20D.2额弯试方法 20D.3极弯试方法 20附录E（范）冲试验 21E.1试目的 21E.2试方法 21附录F（范）耐压试验 22F.1试目的 22F.2试方法 22参考献 23图1典的合弯限制结示图 6图2由准属制的弯限器构意图 7图3弯限器元造工流程 10图4弯限器元寸测示图 12图5弯限器配组装意图 12图B.1载用弯限制分面上 17图B.2曲制半称网模型 17图B.3载用面弯曲制分面一角度 18图B.4曲制非称有元格型 18图C.1曲制自弯曲意图 19图D.1曲制弯试验意图 20图E.1曲制冲试验意图 21图F.1曲制耐压试示图 22表1弯限器承的荷分和细 4表2弯限器聚物材认测项目 8表3测项和别 10表A.1曲制设确认单 15T/CAOET/CAOE53—2023IIIIII前 言本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。（T/CAOET/CAOE53—2023PAGEPAGE10海上风电场海缆海底电缆弯曲限制器范围本文件规定了海上风电场海缆弯曲限制器的设计要求、制造要求、测试要求、安装要求等。本文件适用于海上风电场海缆弯曲限制器的设计、制造、测试、安装。海上油气田开发用的海缆、脐带缆等所使用的弯曲限制器也可参考使用。（GB/T21412.5—2017石油天然气工业水下生产系统的设计和操作第5部分：水下脐带缆GB/T21412.11—201911NB/T31117—2017海上风电场交流海底电缆选型敷设技术导则APISPECIFICATION17L1—2013柔性管道辅助设备的规范(SpecificationForFlexiblePipeAncillaryEquipment)APIRECOMMENDEDPRACTICE17L2—2013柔性管道辅助设备的标准(RecommendedPracticeforFlexiblePipeAncillaryEquipment)GB/T21412.5—2017、GB/T21412.11—2019、NB/T31117—2017、APISPECIFICATION17L1—2013界定的以及下列术语和定义适用于本文件。弯曲制器 bendrestrictorGB/T21412.5—2017,3.1.4]弯曲制模块 bendrestrictormodule实现海缆弯曲限制器的基本结构模块。注：两个或两个以上弯曲限制器模块可以串联组装成完整长度的弯曲限制器。弯曲制单元 bendrestrictorelement实现海缆弯曲限制器的基本结构单元。注：两个弯曲限制器单元可以通过紧固件或其他形式组成一个弯曲限制器模块。弯曲强器 bendstiffener：GB/T21412.11—2019,3.1.12]海底缆 Subseacable[来源NB/T31117—2017,2.0.1]锁定 lock-up：APISPECIFICATION17L1—2013,3.1.59]自由定径 free-lockingradius：APIRECOMMENDEDPRACTICE17L2—2013,3.1.41]变形定径 deformedlockingradius：APIRECOMMENDEDPRACTICE17L2—2013,3.1.29]最小曲径 minimumbendradius：GB/T21412.5—2017,3.1.34]功能载 functionalload：GB/T21412.11—2019,3.1.51]环境载 environmentalload：GB/T21412.11—2019,3.1.50]偶然载 accidentalload由意外事件引起的荷载。[来源：GB/T21412.11—2019,3.1.49]接口构 interfacestructure：APISPECIFICATION17L1—2013,3.1.34]设计A基于设计基础，供应商应提供设计文件证明弯曲限制器性能满足如下要求：必要时，可通过买、卖双方认可的第三方对弯曲限制器设计文件进行审核或认证。设计基础弯曲限制器的设计需求应至少包含如下内容：a)静态应用或动态应用；）（（）h)磨损量需求。弯曲限制器的设计需求还可包含如下内容：a)承载力需求：应提供弯曲限制器接口结构和支撑结构的详细图纸，例如：法兰、接头、J型保护管等。图纸应足以确定弯曲限制器的接口结构、紧固件的尺寸与公差，以确保弯曲限制器能够安装到位。设计要求表1 弯曲制所受荷分类明细荷载分类荷载明细功能荷载静水压力a；由于弯曲限制器自身重量造成的荷载(在空气和水中)；由于海缆的重量而产生的荷载；紧固件锁紧过程中产生的荷载；海缆向弯曲限制器传递的荷载(弯矩和剪力)；来自连接结构的反作用力；7）海缆与弯曲限制器系统在安装、维修过程中的荷载。环境荷载1）波浪；2）流；海冰；地震；海床运动、滑坡；漂浮式风电平台运动b。偶然荷载偶然荷载由购买方指定，如：坠物；拖网冲击；浮式基础舱室损坏或偶然进水；安装船舶推进器失效；浮式基础定位失效；海洋生物造成的荷载。a如果有文件证明材料不受水深的影响，则可以忽略。b仅限于动态应用弯曲限制器。弯曲限制器设计应满足如下准则：1.01.5弯曲限制器发生锁定后，相邻单元之间接触行为不应导致应力/应变超过材料的许用值。如果海缆发热，或因周围环境、海水温度引起了材料温度变化，应考虑温度对材料性能的影响。弯曲限制器变形后锁定半径的确定，应考虑因温度产生的弹性变形。设计外形结构时，应考虑使外形结构能减小海浪流作用产生的阻力荷载。紧固件应计算紧固力，确保弯曲限制器整个服役期内能够固定于指定位置。应分析螺栓预紧力产生的轴向压力，确保弯曲限制器单元或连接结构上的应力/应变不超过材料许用值。应在安装说明文件中规定各部件使用螺栓的预紧力范围，以及所有必要的安装组件。接口结构应与支撑结构的尺寸匹配，并考虑到所有相关结构的公差。设计应确保弯曲限制器各部件满足服役寿命准则，至少应考虑如下内容：10（（）（）设计产生的文件一般包含如下内容：a)设计报告宜包含：应力1））；1）f分析宜通过整体分析确定弯曲限制器锁定时的弯矩和剪力。可使用动态分析方法进行大量疲劳工况的分析，进而识别弯曲限制器在服役期内是否发生过度弯根据弯曲限制器使用的材料属性，通常有两种不同的结构形式。图1是聚合物弯曲限制器的典型结构形式，图2是由标准金属管制造的弯曲限制器的典型结构形式典型。需要注意的是，聚合物弯曲限制器单元具有公头（凸端）和母头（凹端），能使各构件相互锁定。图1 典型聚物曲制结构意图图2 由标金管成弯限制结示图局部分析示例见附录B。必要时供应商应分析温度对弯曲限制器的力学性能的影响，以保证弯曲限制器在服役寿命期内功能完整性。以下参数可能对弯曲限制器上的温度分布产生影响：）；）（疲劳分析材料聚合物弯曲限制器单元由浇注型聚氨酯或其他聚合物材料制成。聚合物弯曲限制器材料抗拉强度(在23℃时)应不小于45MPa10%（()；16MPa~20MPa；聚合物弯曲限制器材料的选择应确保其在服役期内能够承受海缆附近的温度。如弯曲限制器位于金属弯曲限制器由钢铁类材料制成。金属弯曲限制器应用在比聚合物弯曲限制器需要更高的承载能力的工况，应涂装防腐涂层并采用牺牲阳极进行保护。API5LLinePipeBS8010CodeofPracticeforPipelines,Part3.PipelinesSubsea:Design,ConstructionandInstallation、DNVOS-F101SubmarinePipelineSystems制造质量保证要求（）a)抗拉强度：参照标准GB/T1040.1、GB/T1040.2、ISO527-1、ISO527-2、ASTMD638或ISO37；GB/T1040.1、GB/T1040.2ISO527-1、ISO527-2ASTMD638ISO37；GB/T2411、ISO868、ASTMD2240BS2782-3365B表2 弯曲制用合材认证试目测试项目测试方法标准温度最低温度最高温度老化样品磨损ISO7784-2,ASTMD4060,BS903-A9或DIN53516表2 弯限器聚材料证试目续）测试项目测试方法标准温度最低温度最高温度老化样品压缩强度、模量、断裂应变GB/T1041、ISO604,ASTMD695,ISO7743密度GB/T1033.1、ASTMD792,ISO1183硬度GB/T2411、ISO868,ASTMD2240或BS2782Part3中方法365B热变形温度GB/T1634.1、GB/T1634.2、ISO75-1,ISO75-2或ASTMD648不适用不适用不适用冲击强度ISO179,ISO180或ASTMD256⚪剪切强度、模量、断裂应变ISO1827,ASTMD732拉伸强度、模量、断裂应变GB/T1040、ISO527-1，ISO527-2，ISO37或ASTMD638⚪：必做项，为认证测试时必须进行的测试项；⚪：选做项，为认证测试时可选择性进行的测试项；注：认证测试时，需考虑材料的最高及最低使用温度，同时需考虑弯曲限制器产品在使用海域的产品周围环境的最高及最低温度情况。a)加工；包括焊接操作在内的金属部件的制造工艺应按照购买方要求的标准或规范进行制造。尺寸控制5mm连接结构的尺寸公差，应确保当这些尺寸在公差范围内发生变化时，仍与购买方的支撑结构兼容。制造工艺典型的弯曲限制器单元制造工艺流程如图3所示。图3 弯曲制单制工流程检验弯曲限制器产品测试分为型式测试和出厂验收测试，测试项目和类别应符合表3规定，测试要求除非在订单合同中另行规定，否则按照本节规定。表3 测试目类别序号测试项目测试方法型式测试出厂验收测试1外观见8.2.1.1是否测试是否测试测试数量百分比2尺寸见8.2.1.2是是100%序号测试项目测试方法型式测试出厂验收测试3硬度见8.2.2.1是是20%，至少为6个单元4装配和组装见8.2.2.2是是20%，至少为6个单元5自由锁定半径见8.2.2.3是是20%，至少为2个模块6变形锁定半径见8.2.2.4是是至少为8个模块，不足则选取100%7冲击见8.2.2.5是--8耐侧压见8.2.2.6是--9弯矩见8.2.2.7是--型式检验后的弯曲限制器样品，其检验结果判定无论是否合格，均不可作为出厂产品。供应商对弯曲限制器产品的出厂验收测试根据表3进行。测试方法外观选取弯曲限制器单元在自然光下目视进行检查，检查外观、表面有无缺陷（如翘曲、裂纹、划痕、气泡、变色或压痕），检查要全面且彻底。尺寸标引序号说明：1——弯曲限制器单元；A——弯曲限制器内径；B——弯曲限制器外径；C——弯曲限制器长度。硬度

图4 弯曲制单尺测示意图33图5 弯曲制装和装意图可参考附录C中推荐的试验方法进行测定。弯曲限制器在不受外力、自由弯曲状态下的锁定弯曲半径，应不小于海缆应用时的最小弯曲半径。DC冲击弯曲限制器冲击性能按照附录E推荐的试验方法进行测定，在条件允许时，可以针对整个弯曲限制器进行冲击测试。冲击能量应符合弯曲限制器的出厂规定，且在冲击试验后弯曲限制器模块无破坏。耐侧压弯曲限制器耐侧压性能按照附录F推荐的试验方法进行测定，耐侧压荷载应符合弯曲限制器的出厂规定，且在耐侧压试验后弯曲限制器模块无破坏。弯矩D包装标识弯曲限制器包装上的标识应在整个包装使用周期内永久可识别。标识应至少包括以下内容：存储产品及木箱存储应文明装卸，轻装轻放，不要将产品放置在高温环境或热源附近，木箱堆放不超过2层。运输运输过程应严格根据木箱包装上储运标志进行作业，并根据产品及木箱情况选用适宜的搬运及运输工具。运输过程中不得破坏包装，防止木箱及产品的跌落、碰撞和损坏。安装运维附录A（资料性）弯曲限制器设计确认单表A.1弯曲限制器设计确认单客户名称版本号项目名称设计输入参数参数名称数值单位备注海缆海缆外径m外径及公差海缆类型/动态缆或静态缆单位长度重量kg/m外被层/外护套材料/最小弯曲半径(存储时)m最小弯曲半径(运行时)m应用水深m周围海水温度°C弯曲限制器服役需求覆盖角度或总长度m最小锁定半径m如对最小锁定半径有要求的情况下填写弯曲限制器单元最大外径mm如对弯曲限制器有外径要求情况下填写短期外部弯矩kN·m短期外部剪力kN长期外部弯矩kN·m长期外部剪力kN设计寿命年是否有吊装需求/空气温度表A.1 曲制设认单续）客户名称版本号存储/运输/安装时最低温度°C存储/运输/安装时最高温度°C是否会露出海水是否/在潮间带或海水较浅时，退潮时会将海水中的弯曲限制器暴露于空气中海水温度最低温度°C最高温度°C紧固件螺栓材料/螺母材料/备品备件所需备用弯曲限制器单元数量%所需备用紧固件数量%其他需求耐侧压性能kN额定值为80kN，如超过额定值情况填下冲击性能J627.2J，其他附录B（）FB.1B.2B.3B.4标引序号说明：1——平行于单元分型面的平面；2——分型面；3——施加在自由端的荷载：M—弯矩，P—剪力。图B.1荷载作用于弯曲限制器分型面上图B.2弯曲限制器半对称网格模型标引序号说明：1——平行于单元分型面的平面；2——分型面；3——施加在自由端的荷载：M—弯矩，P—剪力。图B.3荷载作用平面与弯曲限制器分型面呈一定角度图B.4弯曲限制器非对称有限元网格模型剪力可以作为点荷载施加在有限元模型的末端，如图B.4，作用在弯曲限制器的环形面上。总剪力分布于环形面的各节点上。B.4

附录C（规范性）自由锁定半径测量弯曲限制器在不受外力、未发生变形状态下锁定的弯曲半径。C.1O到点AOBR；BOAC根据公式C.1： OB2=O-C2+C2 (C.1式中：OA——点O到点A之间的距离，单位为米（m）；OB——点O到点B之间的距离，单位为米（m）；BC——点到点L1AC——点到点L2（m）C.2L 式中：

R21 (C.2)2 2L2R——弯曲限制器的自由锁定半径，单位为米（m）。标引序号说明：1——弯曲限制器模块。图C.1弯曲限制器自由弯曲示意图

附录D（规范性）额定弯矩试验和极限弯