CN105469892B - 一种探测拖曳缆的承力拖头结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种探测拖曳缆的承力拖头结构，拖曳缆内部具包裹有凯夫拉纤维的导线，该导线穿过拖头结构锥形承力头的锥形内腔，导线与锥形内腔之间设置锥形承力塞，锥形承力塞和导线之间灌注环氧树脂，锥形内腔的锥形小端面处间隔设置金属填料密封垫和橡胶填料密封垫，并将金属填料密封钢珠垫、滑动止推钢珠装入锥形承力头内，将锁紧填料密封塞锁紧在锥形承力头上；锥形承力头靠近锥形承力塞的大头端设置锁紧密封压盖，将密封O型圈装入该锁紧密封压盖的密封槽内，锥形承力头两端分别设置密封头A和密封头B。本发明通过将拖曳缆装置在灌封拖头内，从而使易受冲击力作用的拖曳缆凯夫拉纤维绳得到保护，保证拖曳缆在全航程中保持连接稳定可靠，保证探测到的数据及发出的指令稳定传输。

Description

一种探测拖曳缆的承力拖头结构

技术领域

本发明涉及拖曳缆领域，具体是涉及一种以凯夫拉纤维为承力层的探测拖曳缆的承力拖头结构。

背景技术

拖曳缆广泛应用于海洋科学研究、海洋资源勘探、海洋生物研究、军事侦察等领域。拖曳缆需要使用专用的连接装置来保证其在作业过程中的稳定及可靠的承力连接。

目前用于海洋中的拖曳线阵所用的承力拖曳缆全长从几十米到几千米,工作环境恶劣，且受到海上涌浪及海流等因素的影响，拖曳缆承力拖头将受到较大交变应力的作用，因而拖曳缆承力拖头易受损或断裂，导致电缆失效，甚至发生其上携带的设备丢失。因此拖曳缆承力拖头承力部位的结构形式就显得尤为重要。同时为了保证拖曳缆的航速与航程，并要在全航程中保持连接稳定可靠，能够保证探测到的数据及发出的指令能够稳定的传输，就要保证拖头部位的连接可靠。另一方面，海洋环境复杂多变，拖曳缆在航行过程中会受到不同程度的海流冲击，拖曳缆重量及水流的冲力，因此，也要提高拖头的抗冲击能力和拖头的抗拉力。

如何稳定的将拖曳缆固定及承力，并避免固定结构的复杂繁重，减少因固定占用体积、保证拖头的拆卸方便、可以抵挡一定强度的冲击，已成为拖曳缆总体设计待解决的首要问题。

本发明是以凯夫拉纤维为承力层的探测拖曳缆承力拖头的设计与制造。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种能够减少因固定占用的体积，保证拖头的拆卸方便，并可以抵挡一定强度的冲击作用的拖曳缆承力拖头。

一种探测拖曳缆的承力拖头结构，所述拖曳缆内部具有导线，该导线外包裹有凯夫拉纤维，其特征在于：所述拖头结构具有一个内腔为锥形的锥形承力头，所述的拖曳缆的导线穿过该锥形承力头的锥形内腔，该导线与该锥形内腔之间形成的锥形间隙中设置锥形承力塞，在该锥形承力塞和导线之间灌注环氧树脂，以固定凯夫拉纤维，将锥形承力塞压入并施以一定的预紧力；所述的锥形内腔的锥形小端面处间隔设置金属填料密封垫和橡胶填料密封垫，并将金属填料密封钢珠垫、滑动止推钢珠装入锥形承力头内，将锁紧填料密封塞锁紧在锥形承力头上；所述的锥形承力头靠近锥形承力塞上大头端的一端设置锁紧密封压盖，将密封O型圈装入该锁紧密封压盖的密封槽内，该锥形承力头两端分别设置密封头A和密封头B。

所述的锁紧密封压盖与所述的锥形承力头螺纹连接, 该锁紧密封压盖压紧在该锥形承力塞的大头端，使锥形承力塞运动位置受限,达到紧固锥形承力塞位置之目的。

所述锥形承力头的顶端设置法兰，该法兰内侧设置光滑圆柱孔B，用于锁紧密封压盖，同时，通过该法兰，便于将拖头固定在其他结构体上。

所述锥形承力头的锥形内腔的锥度为8°±2°，要求表面光滑，无划痕，用于挤压凯夫拉拉纤维。

所述锥形内腔的锥形小端面处设置光滑圆柱孔A，用于设置金属填料密封垫和橡胶填料密封垫的填料密封。

所述锥形承力头未设置法兰一端外周面设置凹槽A，所述密封头A通过该凹槽A固定在该锥形承力头上，防止密封头A脱落。

所述锁紧密封压盖内部设置凹槽B，便于密封头B的固定，防止密封头B脱落。

所述的密封头A和密封头B采用硫化橡胶。

所述的密封O型圈的材料为氟橡胶，氟橡胶具有高度的化学稳定性和耐候性，能够适应应用过程中的环境。同时氟橡胶具有极好的抗老化性和优良的机械性能，能够保证长期挤压和密封的空间内依然具有良好的密封性能。

所述的锥形承力塞大头端具有棘爪形的编织柱，该锥形承力塞相对设置编织柱端的另一端具有大锥度段，该大锥度段的锥度要大于15°，在该编织柱和该大锥度段之间具有锥形承力段，该锥形承力段的锥度为8°±2°，锥形承力段上设有弧形凹槽，所述的凯夫拉纤维设置在该锥形承力段的锥形圆周面上，形成锥形面凯夫拉，凯夫拉纤维的尾端超出锥形承力段锥形圆周面部分均匀编织在所述的编织柱上，形成编织凯夫拉，锥形面凯夫拉和编织凯夫拉通过设置在该锥形承力塞和导线之间的环氧树脂固定。

交替安装在锥形承力头内的金属填料密封垫、橡胶填料密封垫，可保证橡胶填料密封垫挤压受力，发生变形填充间隙，达到密封拖头的效果。金属填料密封钢珠垫上设置圆形滑槽，用于倒滑及固定滑动止推钢珠，安装固定滑动止推钢珠时，凹槽内均匀涂抹润滑黄油，滑动止推钢珠在圆形滑槽内滚动减小摩擦，能够减小金属填料密封垫与橡胶填料密封垫之间的摩擦力，防止因摩擦力过大，迫使橡胶填料密封垫损坏。所述锁紧填料密封塞外部设置螺纹，便于和锥形承力塞固定，螺纹端部设置退刀槽，保证螺纹的完整性及安装的可靠性。

拖曳缆密封头A和密封头B分别能够与锥形承力头外表面凹槽A及锁紧密封压盖内表面凹槽B紧密的结合，起到固定拖曳缆16及内部导线15的作用，同时拖曳缆密封头A和密封头B材质柔软，当拖曳缆16受到水流冲击时，发生摆动，能够对拖曳缆起到保护的作用，使得拖曳缆不发生破坏、断裂现象。

本发明提供的探测拖曳缆的承力拖头结构，通过将拖曳缆装置在灌封拖头内，从而使易受冲击力作用的拖曳缆凯夫拉纤维绳得到保护，并且能够可靠地连接，结构简单，降低了占用体积，应用可靠，降低成本，降低拖曳缆的维护成本。能够保证拖曳缆在全航程中保持连接稳定可靠，能够保证探测到的数据及发出的指令能够稳定的传输。

附图说明

图1是本发明实施例拖头结构外形示意图；

图2是图1整体剖面图；

图3是本发明实施例中锥形结构示意图；

图4是本发明实施例中填料密封结构示意图；

图5 是本发明实施例中锥形承力头的剖视图；

图6是本发明实施例中锥形承力塞立体结构示意图；

图7是本发明实施例中锥形结构受力分析示意图。

附图标记说明：

1-密封头A，2-密封头B，3-锥形承力头，4-锁紧密封压盖，5-锥形承力塞，6-密封O型圈，7-环氧树脂，8-金属填料密封垫，9-橡胶填料密封垫，10-滑动止推钢珠，11-锁紧填料密封塞，12-金属填料密封钢珠垫，13-锥形内腔，14-凯夫拉纤维，15-导线，16-拖曳缆，17-大锥度段，18-圆弧凹槽，19-编织柱，20-法兰，21-凹槽A，22-凹槽B，23-光滑圆柱孔A，24-光滑圆柱孔B，25-锥形承力段。

具体实施方式

为使公众进一步了解本发明所采用之技术、手段及其有益效果，特举实施例并配合附图详细说明如下，相信当可由之得以深入而具体的了解。

请参见图1、图2所示，本实施例提供的拖曳缆承力拖头结构包括：一个可以和其他拖体、航行器等设备相连接的法兰结构的锥形承力头3，起到固定和保护作用的密封头A1和密封头B2，一个起到锁紧固定用的锁紧密封压盖4，一条密封O型圈6，1条拖曳缆16、一个起到固定和压紧作用的金属填料密封钢珠垫12，4个金属填料密封垫8，4个橡胶填料密封垫9，根据需求填充固定用环氧树脂7，根据需求用量的滑动止推钢珠10。

所述拖曳缆16内部具有导线15，该导线15外包裹有凯夫拉纤维14，通常这个凯夫拉纤维14是设置在拖曳缆16内的导线15和外部聚氨酯层之间。拖曳缆16的导线15穿过该承力头3的锥形内腔13，该导线15与该锥形内腔13之间形成的锥形间隙中设置锥形承力塞5，在该锥形承力塞5和导线15之间灌注环氧树脂7，以固定凯夫拉纤维14，待半干后，将锥形承力塞5压入并施以一定的预紧力。锥形内腔13的锥形小端面处间隔设置金属填料密封垫8和橡胶填料密封垫9，并将金属填料密封钢珠垫12、滑动止推钢珠10装入锥形承力头3内，将锁紧填料密封塞11锁紧在锥形承力头3上。锥形承力头3靠近锥形承力塞5上大头端的一端设置锁紧密封压盖4，锁紧密封压盖4与锥形承力头3通过内螺纹连接,将氟橡胶制的密封O型圈6装入锁紧密封压盖4的密封槽内，该锁紧密封压盖4压紧在该锥形承力塞5的大头端端部,使锥形承力塞5运动位置受限,达到紧固锥形承力塞5位置之目的。锥形承力头3两端分别设置密封头A1和密封头B2。滑动止推钢珠10和金属填料密封钢珠垫12可以增加对填料密封轴向旋转的保护。

拖曳缆16的薄弱部位在承力拖头与电缆承力凯夫拉纤维的接触部。为保证此处受力均匀，避免出现承力层受力不均等现象，拖头锥形内腔13与拖曳缆16承力层凯夫拉纤维14的接触采用具有自锁功能的锥形承力结构，其主要由锥形承力头3、锁紧密封压盖4、锥形承力塞5及凯夫拉纤维14、环氧树脂7、密封头B2等组成，如图3所示。

锥形承力头3的顶端设置法兰20，该法兰20内侧设置光滑圆柱孔B24，用于锁紧密封压盖4，同时，通过该法兰20，便于将拖头固定在其他结构体上。

锥形承力头3的锥形内腔13的锥度为8°±2°，最优锥度为8°，要求表面光滑，无划痕，用于挤压凯夫拉拉纤维。该锥形内腔13的锥形小端面处设置光滑圆柱孔A23，用于间隔设置金属填料密封垫8和橡胶填料密封垫9，如图4、图5所示。

锥形承力头3未设置法兰20一端外周面设置4道凹槽A21，密封头A1通过该凹槽A21固定在锥形承力头3上，防止密封头A1脱落。锁紧密封压盖4内部设置4道凹槽B22，便于密封头B2的固定，防止密封头B2脱落。密封头A1和密封头B2采用硫化橡胶。

图6是锥形承力塞5立体结构示意图，该锥形承力塞5大头端具有6个棘爪形的编织柱19，锥形承力塞5相对设置编织柱19端的另一端具有大锥度段17，该大锥度段17的锥度要大于15°，通常这个锥度在15°-60°，优选的锥度为30°，主要是为了对凯夫拉纤维14的保护，防止因角度变化过大而使得凯夫拉纤维14受到应力径向切削力大而损坏，在该棘爪形编织柱19和该大锥度段17之间具有锥形承力段25，该锥形承力段25的锥度为8°±2°，要求表面光滑，无划痕，便于挤压凯夫拉纤维，锥形承力段25上设有3道弧形凹槽18，用于环氧树脂7的固定，便于粘接凯夫拉纤维14，同时增加表面摩擦力, 大锥度段17锥形面上下分别设计成弧形过渡段，为了防止受载时径向分力对凯夫拉纤维保护层的损伤。凯夫拉纤维14设置在该锥形承力段25的锥形圆周面上，形成锥形面凯夫拉，凯夫拉纤维14的尾端超出锥形承力段25锥形圆周面部分均匀编织在编织柱19上，形成编织凯夫拉，通常采用麻花式编织，要确保每一股的凯夫拉纤维14受力均匀一致。该锥形面凯夫拉和编织凯夫拉通过设置在该锥形承力塞5和导线15之间的环氧树脂7固定。环氧树脂7也可以采用其他与环氧树脂性能相近的防水胶水如聚碳酸酯等替换，只要不会对凯夫拉纤维造成损害即可，这是本领域技术人员可以想到并实施的。

为使拖曳缆承力凯夫拉纤维受力均匀，且在工作过程中凯夫拉纤维14不出现滑脱现象，采用的制造工艺和装配方法是将承力凯夫拉纤维14均匀布置于锥形承力塞5的锥形外圆周上，并涂敷环氧树脂7固定，待环氧树脂7接近半干后，将凯夫拉纤维14均匀分成12股，每2股一组编织在锥形承力塞5的编织柱19上，将被保护的导线15穿过锥形承力塞5和锁紧密封压盖4的中心孔，将锥形承力塞5压人并施以一定的预紧力，后将锁紧密封压盖4锁紧。为增大接触面, 在锥形承力塞5外锥面上设计加工3道圆弧凹槽18，环氧树脂7胶合后可以增大附着力，同时要保证圆弧凹槽18均匀过渡，不得有锐变锐角，以免对拖曳缆凯夫拉纤维产生应力集中，发生破坏。

此时，由于锥形承力头3内的锥形内腔13与锥形承力塞5的外锥面相配,在装配过程中锥形承力塞5相对锥形承力头3运动时,对凯夫拉纤维14挤压产生正压力,从而依靠锥形面与凯夫拉纤维间的摩擦力使绳凯夫拉纤维14均匀受力，并且编织在锥形承力塞5的凯夫拉拉力作用在锥形承力塞5上，使得锥形面上的压力增大，增加了锥形面与凯夫拉纤维间的摩擦力，也防止拖曳缆16在工作时因受外界作用力的影响而使锥形承力塞5脱落,另外采取的方法是将锁紧密封压盖4与锥形承力头3螺纹连接,同时又压到锥形承力塞5端部,使其运动位置受限,达到压紧和固定锥形承力塞5位置之目的。

请参见图7所示，其中F为预紧力，F_N为纤维凯夫拉绳受到的正压力，F_f为纤维凯夫拉受到的摩擦力，F_r为径向力，2α为锥形承力塞5的锥角。

由图7可以看出，在所述承力拖头结构装配完成后，凯夫拉受到的摩擦力为：

F_f=µ×F_N，µ为拖头中凯夫拉纤维与拖头锥形面之间所具有的摩擦系数，在应用设计当中要达到的标准条件是拖曳缆受到的载荷T应满足锥形承力结构的锥形面受力均匀，并且要保证tgα≤µ，F≥T/2，由此可以计算出拖曳缆承力层所产生的的正压力为：F_f ^‘=T×cot(α/2)再考虑到拖曳缆承力拖头材料的需用应力，在综合轴向及径向尺寸、安装预紧力等因素,选取2α=8°。

而在工作时拖曳缆承力层中的凯夫拉纤维主要承受锥形承力塞5和锥形承力头3的压应力和拖曳缆的拉应力,锥形承力塞5主要承受纵向横截面上的应力及垂直于锥形面的压应力。因此在设计锥形承力塞5及锥形承力头3配合锥形结构时,将锥形承力塞5与凯夫拉纤维14接触的前端大锥度段17设计成大锥度弧形过渡段。为了防止受载时径向力对拖曳缆承力层中的凯夫拉纤维保护层的损伤, 锥形承力头3内径尺寸等于拖曳缆的外保护层外径,且向尾部延伸使其与保护层有一段重叠，以便承受径向分力。

如图2所示,将锥形承力塞5施加预紧力后，在灌封环氧树脂7时，需要对锥形承力头3与拖曳缆16进行密封，采用的制造工艺和装配方法是图4所示的填料密封结构，包括：密封头B 1、锥形承力头3、金属填料密封垫8、橡胶填料密封垫9、滑动止推钢珠10、锁紧填料密封塞11、金属填料密封钢珠垫12。

如图4所示的填料密封结构，在灌封环氧树脂7以前将橡胶填料密封垫9、金属填料密封垫8、锁紧填料密封塞11、金属填料密封钢珠垫12分别穿过拖曳缆16，在施加预紧力后分别装入锥形承力头3内孔内，为了防止锁紧填料密封塞11在锁紧时，由于轴向力使得橡胶填料密封垫9与金属填料密封垫8之间的摩擦力过大，将橡胶填料密封垫9破坏，将最后一层的金属填料密封垫8更改成金属填料密封钢珠垫12，添加滑动止推钢珠10后，由于发生的是滚动摩擦，使得橡胶填料密封垫9只受到金属填料密封垫8的压力，防止橡胶填料密封垫9因摩擦力发生的破坏。

上述填料密封结构工作原理，橡胶填料密封垫9、金属填料密封垫8、分别装入锥形承力头3后，将金属填料密封钢珠垫12装入，在钢珠槽内均匀涂抹二硫化钼或是其他的润滑材料，将滑动止推钢珠10按圆周方向依次装满钢珠槽，再将锁紧填料密封塞11缓慢的装入固定。橡胶填料密封垫9受到金属填料密封垫8的挤压发生变形将拖曳缆16与橡胶填料密封垫9以及锥形承力头3与橡胶填料密封垫9之间的间隙填满，达到密封的效果。最后在将拖曳缆16与锥形承力头3之间硫化上密封头B2，由于密封头B2材料柔软，起到密封的作用，同时起到保护拖曳缆16的作用。拖曳缆1在航行器航行时会受到冲击，密封头B2能起到缓冲的作用。

上述填料密封结构装配完成后，在锥形承力头3中将导线15固定在锥形承力塞5的内孔中心位置，然后缓慢的将环氧树脂7倒入锥形承力头3的锥形内腔13内，要确保内部无气体产生，而且要做到环氧树脂7与拖曳缆承力层凯夫拉纤维均匀接触，以达到承力和固定的作用。环氧树脂7导入的量要刚好将锥形承力塞5的编织柱19没过即可，待环氧树脂7半干后，将锁紧密封压盖4的密封凹槽内均匀涂抹润滑硅脂，安装密封O型圈6，将导线15穿过锁紧密封压盖4中心孔，再将锁紧密封压盖4安装在锥形承力头3上，注意安装的预紧力大小。

本实施例提供了一种能够减少因固定占用体积、保证拖头的拆卸方便、可以抵挡一定强度的冲击作用的拖曳缆承力拖头结构。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

Claims (10)

1.一种探测拖曳缆的承力拖头结构，所述拖曳缆（16）内部具有导线（15），该导线（15）外包裹有凯夫拉纤维（14），其特征在于：所述拖头结构具有一个内腔为锥形的锥形承力头（3），所述的拖曳缆（16）的导线（15）穿过该锥形承力头（3）的锥形内腔（13），该导线（15）与该锥形内腔（13）之间形成的锥形间隙中设置锥形承力塞（5），在该锥形承力塞（5）和导线（15）之间灌注环氧树脂（7），以固定凯夫拉纤维（14），将锥形承力塞（5）压入并施以一定的预紧力；所述的锥形内腔（13）的锥形小端面处间隔设置金属填料密封垫（8）和橡胶填料密封垫（9），并将金属填料密封钢珠垫（12）、滑动止推钢珠（10）装入锥形承力头（3）内，将锁紧填料密封塞（11）锁紧在锥形承力头（3）上；所述的锥形承力头（3）靠近锥形承力塞（5）上大头端的一端设置锁紧密封压盖（4），将密封O型圈（6）装入该锁紧密封压盖（4）的密封槽内，该锥形承力头（3）两端分别设置密封头A（1）和密封头B（2）。

2.根据权利要求1所述的探测拖曳缆的承力拖头结构，其特征在于：所述的锥形承力塞（5）大头端具有棘爪形的编织柱（19），该锥形承力塞（5）相对设置编织柱（19）端的另一端具有大锥度段（17），该大锥度段（17）的锥度大于15°，在该编织柱（19）和该大锥度段（17）之间具有锥形承力段（25），该锥形承力段（25）的锥度为8°±2°，锥形承力段（25）上设有弧形凹槽（18），所述的凯夫拉纤维（14）设置在该锥形承力段（25）的锥形圆周面上，形成锥形面凯夫拉，凯夫拉纤维（14）的尾端超出锥形承力段（25）锥形圆周面部分均匀编织在所述的编织柱（19）上，形成编织凯夫拉，锥形面凯夫拉和编织凯夫拉通过设置在该锥形承力塞（5）和导线（15）之间的环氧树脂（7）固定。

3.根据权利要求1所述的探测拖曳缆的承力拖头结构，其特征在于：所述的锁紧密封压盖（4）与所述的锥形承力头（3）螺纹连接, 该锁紧密封压盖（4）压紧在该锥形承力塞（5）的大头端，使锥形承力塞（5）运动位置受限,达到紧固锥形承力塞（5）位置之目的。

4.根据权利要求1所述的探测拖曳缆的承力拖头结构，其特征在于：所述锥形承力头（3）的顶端设置法兰（20），该法兰（20）内侧设置光滑圆柱孔B（24），用于锁紧密封压盖（4）。

5.根据权利要求1所述的探测拖曳缆的承力拖头结构，其特征在于：所述锥形承力头（3）的锥形内腔（13）的锥度为8°±2°。

6.根据权利要求1所述的探测拖曳缆的承力拖头结构，其特征在于：所述锥形内腔（13）的锥形小端面处设置光滑圆柱孔A（23），用于设置金属填料密封垫（8）和橡胶填料密封垫（9）。

7.根据权利要求4所述的探测拖曳缆的承力拖头结构，其特征在于：所述锥形承力头（3）未设置法兰（20）一端外周面设置凹槽A（21），所述密封头A（1）通过该凹槽A（21）固定在该锥形承力头（3）上。

8.根据权利要求1所述的探测拖曳缆的承力拖头结构，其特征在于：所述锁紧密封压盖（4）内部设置凹槽B（22）。

9.根据权利要求1所述的探测拖曳缆的承力拖头结构，其特征在于：所述的密封头A（1）和密封头B（2）采用硫化橡胶。

10.根据权利要求1所述的探测拖曳缆的承力拖头结构，其特征在于：所述的密封O型圈（6）的材料为氟橡胶。