CN102751018A - 深海探测设备用中性缆 - Google Patents
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Abstract
本发明深海探测设备用中性缆涉及一种海洋工程用特种电缆，特别适用于水深500米以下的深海探测设备。包括中心填充芯、动力单元、控制单元、光纤单元、接地线、填充阻水材料、径向阻水绕包层、内护层、芳纶加强层和外护层；所述动力单元、控制单元和光纤单元螺旋绞合在中心填充芯的周围，接地线分布在动力单元、控制单元和光纤单元之间的间隙中构成缆芯，在缆芯的中心填充芯、动力单元、控制单元、光纤单元和接地线间隙中填充阻水材料，在缆芯外部有径向阻水绕包层，径向阻水绕包层外挤包有内护层，内护层外缠绕有芳纶加强层，在芳纶加强层外挤包有外护层。
Description
技术领域
本发明深海探测设备用中性缆涉及一种海洋工程用特种电缆，特别适用于水深500米以下的深海探测设备。
背景技术
按照我国对海洋深度的定义，一般海水深度大于500米为深海。深海探测系统一般包括水下运载器、中继器、脐带缆、升沉补偿装置、绞车以及操作控制台等部分，其中脐带缆包括连接母船与中继器的铠装缆和连接中继器与水下运载器的中性缆。中性缆的特点是其在海水中的密度与海水的密度相等或略小于海水的密度，从而使其在海水中不产生重力（即零浮力），易于定位，最大程度上减小对水下运载器运动状态的影响，大大提高了水下运载器的灵活性。
以往的浮力（可控）电缆、浮水电缆、漂浮电缆、拖曳电缆、脐带电缆等主要存在的问题是：
1）未指明适用水深或适用水深一般较小，不适用于深海探测系统；
2）产品结构中未设计接地线，难以保证电路短路、漏电等情况下产生的电流流向大地，不具备电路短路、漏电保护的功能；
3）产品结构中未设计径向阻水层，如果护套受到损伤，难以阻止海水侵入缆芯中；
4）产品无法在高工作张力状态下工作，即产品不具备高工作拉伸强度；
5）为使产品在海水中具备漂浮能力，一般采用单独设计发泡层或发泡填充芯的形式，制造工序复杂，制造成本高。
发明内容
本发明的目的是针对上述不足之处，提供一种深海探测设备用中性缆，特别适用于水深500米以下的深海探测设备。
深海探测设备用中性缆采取以下技术方案实现：深海探测设备用中性缆包括中心填充芯、动力单元、控制单元、光纤单元、接地线、填充阻水材料、径向阻水绕包层、内护层、芳纶加强层和外护层。动力单元具有动力单元导体，在动力单元导体外挤包有动力单元绝缘层；控制单元具有控制单元导体，在控制单元导体外挤包有控制单元绝缘层；光纤单元包括光纤、不锈钢管和光纤单元保护层，光纤被包覆在不锈钢管内，在不锈钢管外挤包有光纤单元保护层；接地线具有接地线导体，在接地线导体外挤包有半导电护套层。将所述动力单元、控制单元和光纤单元螺旋绞合在中心填充芯的周围，接地线分布在动力单元、控制单元和光纤单元之间的间隙中构成缆芯，在缆芯的中心填充芯、动力单元、控制单元、光纤单元和接地线间隙中填充阻水材料，在缆芯外部有径向阻水绕包层，径向阻水绕包层外挤包有内护层，内护层外缠绕有芳纶加强层，在芳纶加强层外挤包有外护层。
所述中心填充芯采用塑料材料。所述动力单元导体采用铜、铝或其复合材料，所述动力单元绝缘层可以采用塑料或橡胶材料，也可以采用热塑性弹性体材料。所述控制单元导体采用铜、铝或其复合材料，所述控制单元绝缘层可以采用塑料或橡胶材料，也可以采用热塑性弹性体材料。所述光纤单元中含有若干根单模或多模光纤，所述不锈钢管采用316L不锈钢材料，所述光纤单元保护层可以采用塑料或橡胶材料，也可以采用热塑性弹性体材料。所述接地线导体采用铜、铝或其复合材料，所述接地线半导电护套层采用半导电塑料材料。所述填充阻水材料采用双组份自交联型硅橡胶材料。所述径向阻水绕包层采用自粘型金属塑料复合带。所述内护层采用塑料或橡胶材料，也可以采用热塑性弹性体材料。所述芳纶加强层采用芳纶缠绕加强承力的方式，芳纶缠绕后疏编一层纤维绳。所述外护层采用塑料或橡胶材料，也可以采用热塑性弹性体材料。
本发明深海探测设备用中性缆，动力单元最高工作电压为3.4kV，动力单元至少设置有3芯；控制单元最高工作电压为2.2kV，控制单元至少设置有2芯；光纤单元设置1组，光纤单元中设置有单模或多模光纤1～12芯；接地线设置有6芯。断裂拉伸强度不小于90kN，工作拉伸强度不小于15kN，适用水深500米以下。
本发明的有益效果是：
深海探测设备用中性缆结构圆整、紧凑，设计合理，动力单元和控制单元可实现母船对深海探测设备所需电能的传输，动力单元和控制单元导体截面和工作电压可以不同，即满足了不同电压等级电动机对电能的需求。光纤单元可将深海探测设备获得的图像等各种信息上传至母船，并将母船下达的各种指令等信息下传给深海探测设备，确保深海探测设备能够进行各种科学研究所需要的操作。接地线可以将电路短路、漏电等情况下产生的电流导向大地，具有电路短路、漏电保护的功能。填充阻水材料采用双组份自交联型硅橡胶材料，确保本发明具备卓越的轴向水密性能，从而保证其在水深500米以下使用时的可靠性。径向阻水绕包层采用自粘型金属塑料复合带，确保本发明具备卓越的径向阻水性能，从而保证其外护层受到损伤时阻止海水浸入缆芯。芳纶加强层采用芳纶缠绕加强的形式，既保证了本发明断裂抗拉强度不小于90kN，又使其具有良好的柔软性能；芳纶缠绕后疏编一层纤维绳，保证了芳纶加强层与外护层具有良好的粘附力。外护层采用热塑性弹性体材料，该热塑性弹性体材料主要成分为聚丙烯（PP）和三元乙丙橡胶（EPDM）的共混物，材料密度小于1g/cm3,具有优良的柔软性、抗拉强度、耐水解、耐候性和耐酸碱等特性，易于加工成型，通过合理的选材和精确的结构尺寸设计，使本发明在海水中的密度与海水的密度相等或略小于海水的密度，从而使其在海水中不产生重力（即零浮力），易于定位，最大程度上减小对水下运载器运动状态的影响，大大提高了水下运载器的灵活性。外护层设计厚度不小于8mm，既保证了本发明具有优良的柔软性、抗拉强度、耐水解、耐候性和耐酸碱等特性，又使其具备抵抗水深500米以下水压的能力，从而保证其使用的可靠性。
附图说明
以下将结合附图对本发明作进一步说明：
图1是深海探测设备用中性缆结构示意图。
图2是深海探测设备用中性缆动力单元结构示意图。
图3是深海探测设备用中性缆控制单元结构示意图。
图4是深海探测设备用中性缆光纤单元结构示意图。
图5是深海探测设备用中性缆接地线结构示意图。
具体实施方式
参照附图1～5，深海探测设备用中性缆包括中心填充芯1、动力单元2、控制单元3、光纤单元4、接地线5、填充阻水材料6、径向阻水绕包层7、内护层8、芳纶加强层9和外护层10。
动力单元2具有动力单元导体2-1，在动力单元导体2-1外挤包有动力单元绝缘层2-2；控制单元3具有控制单元导体3-1，在控制单元导体3-1外挤包有控制单元绝缘层3-2；光纤单元4包括光纤4-1、不锈钢管4-2和光纤单元保护层4-3，光纤4-1被包覆在不锈钢管4-2内，在不锈钢管4-2外挤包有光纤单元保护层3-3；接地线5具有接地线导体5-1，在接地线导体5-1外挤包有半导电护套层5-2。将所述动力单元2、控制单元3和光纤单元4螺旋绞合在中心填充芯1的周围，接地线5分布在动力单元2、控制单元3和光纤单元4之间的间隙中构成缆芯，在缆芯的中心填充芯1、动力单元2、控制单元3、光纤单元4和接地线5间隙中填充阻水材料6，在缆芯外部有径向阻水绕包层7，径向阻水绕包层7外挤包有内护层8，内护层8外缠绕有芳纶加强层9，在芳纶加强层9外挤包有外护层10。
所述中心填充芯1采用塑料材料。所述动力单元导体2-1采用铜、铝或其复合材料，动力单元绝缘层2-2可以是塑料或橡胶材料，也可以是热塑性弹性体材料。控制单元导体3-1采用铜、铝或其复合材料，控制单元绝缘层3-2可以采用塑料或橡胶材料，也可以采用热塑性弹性体材料。光纤单元4中含有若干根单模或多模光纤4-1，不锈钢管4-2采用316L不锈钢材料，光纤单元保护层4-3可以采用塑料或橡胶材料，也可以采用热塑性弹性体材料。接地线导体5-1采用铜、铝或其复合材料，接地线半导电护套层5-2采用半导电塑料材料。填充阻水材料6采用双组份自交联型硅橡胶材料。径向阻水绕包层7采用自粘型金属塑料复合带。内护层8采用塑料或橡胶材料，也可以采用热塑性弹性体材料。芳纶加强层9采用芳纶缠绕加强承力的方式，芳纶缠绕后疏编一层纤维绳。所述外护层10采用塑料或橡胶材料，也可以采用热塑性弹性体材料。
所述外护层10采用热塑性弹性体材料，该热塑性弹性体材料主要成分为聚丙烯（PP）和三元乙丙橡胶（EPDM）的共混物，材料密度小于1g/cm3,具有优良的柔软性、抗拉强度、耐水解、耐候性和耐酸碱等特性，易于加工成型，通过合理的选材和精确的结构尺寸设计，使本发明在海水中的密度与海水的密度相等或略小于海水的密度，从而使其在海水中不产生重力（即零浮力），易于定位，最大程度上减小对水下运载器运动状态的影响，大大提高了水下运载器的灵活性。所述外护层设计厚度不小于8mm，既保证了本发明具有优良的柔软性、抗拉强度、耐水解、耐候性和耐酸碱等特性，又使其具备抵抗水深3500米水压的能力，从而保证其使用的可靠性。
所述深海探测设备用中性缆，所述动力单元2最高工作电压为3.4kV，所述动力单元2至少设置有3芯；所述控制单元3最高工作电压为2.2kV，所述控制单元3至少设置有2芯；所述光纤单元4设置1组，所述光纤单元4中设置有单模或多模光纤1～12芯；所述接地线设置有6芯。断裂拉伸强度不小于90kN，工作拉伸强度不小于15kN，适用水深500米以下。
本发明深海探测设备用中性缆属于海洋工程用特种电缆，适用于深海探测系统中中继器与水下运载器的连接。其特点是在海水中的密度与海水的密度相等或略小于海水的密度，从而使其在海水中不产生重力（即零浮力），易于定位，最大程度上减小对水下运载器运动状态的影响，大大提高了水下运载器的灵活性。
Claims (10)
1.一种深海探测设备用中性缆，其特征在于：包括中心填充芯、动力单元、控制单元、光纤单元、接地线、填充阻水材料、径向阻水绕包层、内护层、芳纶加强层和外护层；所述动力单元、控制单元和光纤单元螺旋绞合在中心填充芯的周围，接地线分布在动力单元、控制单元和光纤单元之间的间隙中构成缆芯，在缆芯的中心填充芯、动力单元、控制单元、光纤单元和接地线间隙中填充阻水材料，在缆芯外部有径向阻水绕包层，径向阻水绕包层外挤包有内护层，内护层外缠绕有芳纶加强层，在芳纶加强层外挤包有外护层。
2.根据权利要求书1所述的深海探测设备用中性缆，其特征在于：所述动力单元具有动力单元导体，在动力单元导体外挤包有动力单元绝缘层；所述动力单元至少设置有3芯。
3.根据权利要求书1所述的深海探测设备用中性缆，其特征在于：所述控制单元具有控制单元导体，在控制单元导体外挤包有控制单元绝缘层；所述控制单元至少设置有2芯。
4.根据权利要求书1所述的深海探测设备用中性缆，其特征在于：所述光纤单元包括光纤、不锈钢管和光纤单元保护层，光纤被包覆在不锈钢管内，在不锈钢管外挤包有光纤单元保护层；所述光纤单元设置1组，光纤单元中设置有单模或多模光纤1～12芯。
5.根据权利要求书1所述的深海探测设备用中性缆，其特征在于：所述接地线具有接地线导体，在接地线导体外挤包有半导电护套层；所述接地线设置有6芯。
6.根据权利要求书1所述的深海探测设备用中性缆，其特征在于：所述填充阻水材料采用双组份自交联型硅橡胶材料。
7.根据权利要求书1所述的深海探测设备用中性缆，其特征在于：所述径向阻水绕包层采用自粘型金属塑料复合带。
8.根据权利要求书1所述的深海探测设备用中性缆，其特征在于：所述中心填充芯采用塑料材料。
9.根据权利要求书1所述的深海探测设备用中性缆，其特征在于：所述芳纶加强层采用芳纶缠绕加强承力的方式，芳纶缠绕后疏编一层纤维绳。
10.根据权利要求书1所述的深海探测设备用中性缆，其特征在于：所述外护层采用热塑性弹性体材料，该热塑性弹性体材料成分为聚丙烯和三元乙丙橡胶的共混物，材料密度小于1g/cm3，外护层设计厚度不小于8mm。
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