CN107103948A - 一种海洋拖缆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种海洋拖缆，由电缆内芯、浮力层和电缆外护套组成，电缆内芯从里到外分为电源线层、拉力纤维层、通讯线层和护套层；电源线层包含铜导体和挤包在铜导体外部的绝缘层，多芯电源线芯进行绞合，绞合后的电源线外挤包弹性护套；拉力纤维层包括内纤维层、隔离层、外纤维层和保护层，通讯线层包含多对通讯线单元组，每对通讯线之间填充阻水膏；护套层分为芳纶编织层和聚氨酯护套层，芳纶编织层编织在通讯线层上，芳纶编织层外挤包聚氨酯护套层；发泡聚乙烯浮力层挤包在聚氨酯护套层的表面，电缆外护套挤包在发泡聚乙烯表面。本发明的海洋拖缆，抗环境噪音好、浮力均匀、电缆防护性能好，适用于海洋勘测的技术领域。

Description

一种海洋拖缆
技术领域
本发明涉及一种海洋拖缆，适用于海洋勘探的技术领域。
背景技术
随着全球经济的增长，人类对石油天然气的需求急速增加，海洋石油资源日益成为各国争夺的战略重点。在此背景下，海洋勘探技术已成为我国急需发展的重要领域。海洋资源勘探系统为技术密集度高、学科跨度大的复杂系统，其中，海洋拖缆是关键的勘探设备之一，其是海洋地震勘探中专门使用的带有地震检波器的电缆。海洋拖缆是实现舰船与水面或水下工作部件之间传输动力电能的重要功能元件，它关系到舰船本身及水面或水中用电设备的功能实现和安全保障。
目前，用于勘探的海洋拖缆大多采用充油电缆，充油电缆存在以下缺陷：1)整根电缆浮力靠充油量控制，而充油需要专用的设备，浮力不易调整控制；2)电缆防护性能不好，一旦外护套破损，海洋拖缆油就会流出，电缆不易维修，且污染海水；3)由于充油电缆结构所限，充油电缆抗环境噪音不好。目前用于勘探的海洋拖缆大多有三千到八千米长。在实际海上勘探作业过程中，勘探信号采集的稳定和有效性对拖缆生产制造提出了更高的要求。
因此，现有技术中需要一种抗环境噪音好，浮力均匀，电缆防护性能好的海洋拖缆。
发明内容
本发明针对现有充油电缆存在的不足，提供一种抗环境噪音好、浮力均匀、电缆防护性能好的海洋拖缆，提高了电缆使用的可靠性和稳定性。
本发明涉及一种海洋拖缆，由电缆内芯、浮力层和电缆外护套组成，电缆内芯从里到外分为电源线层、拉力纤维层、通讯线层和护套层；
所述电源线层包含铜导体和挤包在铜导体外部的绝缘层，多芯电源线芯进行绞合，绞合后的电源线外挤包弹性护套；拉力纤维层包括内纤维层、隔离层、外纤维层和保护层，所述通讯线层包含多对通讯线单元组，每对通讯线之间填充阻水膏；所述护套层分为芳纶编织层和聚氨酯护套层，芳纶编织层编织在通讯线层上，芳纶编织层外挤包聚氨酯护套层；
发泡聚乙烯浮力层挤包在聚氨酯护套层的表面，电缆外护套挤包在发泡聚乙烯表面。
优选地，发泡聚乙烯浮力层采用闭孔发泡工艺，将气体高压注入熔融状态的聚乙烯中充分混合，使其具有大量分布均匀且相互隔离的泡层；发泡聚乙烯由高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和成核剂组成，高密度聚乙烯对泡孔结构起支撑作用，低密度聚乙烯形成泡孔，成核剂通过改变树脂的结晶行为加快结晶速率；其中，高密度聚乙烯的质量比例为60-70％，低密度聚乙烯的质量比例为30-40％，成核剂的质量比例为0.5％-1.5％。
优选地，所述内纤维层和所述外纤维层采用芳纶材料，内纤维层先将单股芳纶束合在一起，然后以同心的方式右向绞合在电源线层上；隔离层采用芳纶编织，编织密度100％，编织芳纶隔离层完全包裹在内纤维层上；外纤维层以内纤维层同样的方式左向绞合在编织隔离层上；内纤维层和外纤维层破裂拉力≥150kN，从4kN拉伸至22kN状态下，延伸率≤0.3％，外纤维层外挤包聚乙烯护套作为保护层。
优选地，所述内纤维层和外纤维层采用54盘笼绞机，第1段12盘、第2段18盘、第3段24盘，三段笼绞依次分开排列；编织隔离层采用24锭卧式编织机，置于第2段和第3段笼绞机中间，首先通过第2段18盘将内纤维层右向绕包在电源线层上，然后通过编织机将芳纶编织在内纤维层上，编织好的隔离层，通过第3段的24盘将外纤维层左向绕包在编织隔离层上。
优选地，所述电缆外护套采用聚氨酯外护套，所述聚氨酯外护套与内置于电缆的检波器紧密粘连，采用挤出前后加热的方法，先将内置检波器的浮力层预热至180℃-200℃，然后通过挤出机在190℃挤出聚氨酯护套，挤出后的聚氨酯护套再加热至180-200℃。
优选地，所述绝缘层是热塑性聚酯弹性体绝缘层，所述弹性护套是聚乙烯护套。通讯线采用镀锡铜导体或镀银铜导体，导体外挤包热塑性聚酯弹性体绝缘层；2根或4根通讯线构成一个单元组，单元组之间相互绞合，16对通讯线以成缆的方式绕包在拉力纤维层上。
优选地，所述铜导体是无氧铜导体，先将39根铜导体以1+6+12+20的方式同心绞合在一起或者将19根铜导体以1+6+12的方式同心绞合在一起，然后铜导体外分别挤包不同颜色的热塑性聚酯弹性体绝缘层。
根据本发明的海洋拖缆与传统的充油电缆相比，提高了电缆的强度和可靠性，具体表现在：
1)创新结构设计，整条拖缆比重均匀，浮力更易控制。
2)信号传输、噪音水平明显好于普通的充油电缆。
3)双层拉力纤维层及分布载荷的外皮结构设计，电缆故障率及损坏率低，提高了电缆安全防护性能。
附图说明
图1显示了根据本发明的海洋拖缆的截面示意图。
图2显示了海洋拖缆的内部构造详图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
如图1-2所示，其中显示了根据本发明的海洋拖缆的示意图。根据本发明的海洋拖缆由电缆内芯、浮力层和电缆外护套组成。
电缆内芯从里到外分为电源线层、拉力纤维层、通讯线层和护套层。电源线层包含铜导体1和挤包在铜导体1外部的绝缘层2，多芯电源线芯进行绞合，绞合后的电源线外挤包弹性护套。例如，绝缘层2可以是热塑性聚酯弹性体(TPEE)绝缘层，利用4芯电源线芯进行绞合，绞合好的电源线外挤包聚乙烯护套3。
拉力纤维层包括内纤维层4、隔离层5、外纤维层6、保护层7，内纤维层和外纤维层可以采用芳纶材料。内纤维层4是先将若干单股芳纶束合在一起，然后将若干股束合在一起的芳纶以同心的方式右向或左向绞合在电源线层上。隔离层采用芳纶编织，编织密度100％，编织芳纶隔离层完全包裹在内纤维层上。外纤维层以内纤维层同样的方式左向或右向绞合在编织隔离层上，内纤维层和外纤维层的破裂拉力≥150kN，从4kN拉伸至22kN状态下，延伸率≤0.3％，外纤维层外挤包聚乙烯护套作为保护层(PE护套)，可以很好地对拉力纤维层进行保护。为了实现设计拉力纤维层的拉力性能要求，避免多工序生产，多次收放线造成的各纤维层拉力不均衡，本发明创新采用内纤维层、隔离层、外纤维层串连生产的制造工艺。
具体地，内纤维层和外纤维层采用先进的54盘笼绞机(第1段12盘、第2段18盘、第3段24盘)，三段笼绞依次分开排列。编织隔离层采用24锭卧式编织机，置于第2段和第3段笼绞机中间，首先通过第2段18盘将内纤维层右向绕包在电源线层上，然后通过编织机将芳纶编织在内纤维层上，编织好的隔离层，通过第3段的24盘将外纤维层左向绕包在编织隔离层上。整体的拉力纤维层设计及制造工艺，保证了拉力纤维层破断力和延伸率的设计要求。
通讯线层包含例如16对通讯线单元组，通讯线采用镀锡铜导体或镀银铜导体8，导体外挤包TPEE(热塑性聚酯弹性体)绝缘层9；2根或4根通讯线构成一个单元组，单元组之间相互绞合，16对通讯线以成缆的方式绕包在拉力纤维层上，每对通讯线之间填充阻水膏10，成缆线芯外绕包聚氨酯弹性体包带11。先将7根或19根镀锡铜导体和镀银铜导体以1+6或1+6+12的方式同心绞合在一起，通讯线导体外挤包不同颜色的TPEE绝缘层，本发明设计通讯线的绝缘厚度为0.20-0.30mm，保证通讯线TPEE绝缘层具有很好的电气绝缘和耐热性能。2芯或4芯通讯线构成一个单元组，每一个单元组设计合适的节距进行绞合，以减小单元组线芯之间的串音和衰减，保证通讯线传输的信号稳定，16对通讯线以成缆的方式同心绕包在拉力纤维层上，每对通讯线之间填充阻水膏，成缆线芯外绕包聚氨酯弹性体包带，保证通讯线对不松散，同时防止填充阻水膏溢出。
护套层分为芳纶编织层12和透明聚氨酯护套层13，芳纶编织层12编织在16对成缆的通讯线上，芳纶编织层12外挤包透明聚氨酯护套层13。芳纶编织层12和透明聚氨酯护套层13构成了加强抗拉护套层，具有很好的抗拉机械性能，同时具有很好的防水性能，透明聚氨酯护套层电缆外径为20-30mm，优选为25.2mm。
浮力层为发泡聚乙烯材料14，挤包在透明聚氨酯护套层13表面，发泡聚乙烯层电缆外径为50-55mm，优选为52.5mm。发泡浮力层采用物理发泡工艺，具有很好的弯曲性能，可以经受1.2m弯曲直径的状态下，弯曲5000次以上弯曲疲劳检测后保持完好。具体地，发泡工艺采用闭孔发泡，将气体高压注入熔融状态的聚乙烯中，充分混合，使它具有大量分布均匀且相互隔离的泡层，具有很好的防潮密封性能。发泡聚乙烯由高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和成核剂组成。高密度聚乙烯对泡孔结构起支撑作用，保证了绝缘层的机械强度，但其电气性能较差。低密度聚乙烯形成泡孔，容易发泡，一致性好，但较柔软。成核剂通过改变树脂的结晶行为，加快结晶速率，可以达到缩短成型周期、提高制品透明性、表面光泽、抗拉强度、刚性、热变形温度、抗冲击性、抗蠕变性等物力机械性能。本发明为了达到浮力层良好的柔软性，设计高密度聚乙烯的质量比例为60-70％，低密度聚乙烯的质量比例为30-40％，成核剂的质量比例为0.5％-1.5％，使浮力层具有更加微细化的晶粒尺寸，保证电缆具有良好的机械性能。
电缆外护套采用聚氨酯外护套15，挤包在发泡聚乙烯表面，聚氨酯外护套电缆外径为55-65mm，优选为59.5mm，具有很好的机械物理性能和耐腐蚀性能。由于海洋拖缆需要传递检测到波动信息，因此拖缆内部需要安装检波器。这就要求海洋拖缆聚氨酯外护套必须与内置于电缆的检波器紧密粘连。本发明采用挤出前后加热的方法，先将浮力层(包含内置的检波器)预热至180℃-200℃，然后通过挤出机在190℃挤出聚氨酯护套，挤出后的聚氨酯护套再加热至180-200℃。由于检波器外皮材料也为聚氨酯材料，检波器挤出前后表面温度与挤出温度一致，检波器的聚氨酯外皮材料和挤出的聚氨酯材料很容易粘连在一起，同时通过调整挤出压力，进一步保证了聚氨酯外护套和检波器的紧密粘连。
如图1和2所示，优选地，本发明的铜导体1可以是无氧铜导体，先将39根铜导体以1+6+12+20的方式同心绞合在一起，然后铜导体外分别挤包不同颜色的热塑性聚酯弹性体TPEE绝缘层。也可以根据需要，将19根铜导体以1+6+12的方式同心绞合在一起。本发明设计电源线的绝缘层厚度为0.30-0.40mm，保证了电气绝缘的使用安全，同时减小了电缆外径，4芯铜导体TPEE绝缘层电源线设计合适的节距进行绞合，保证电缆内芯电源线具有很好的弯曲性能，绞合后的电源线外挤包聚乙烯护套，可以很好地保护绝缘线芯。
根据本发明的海洋拖缆，能够显著提高电缆的强度和可靠性，整条拖缆比重更加均匀，浮力更易控制；采用双层拉力纤维层及分布载荷的外皮结构设计，电缆故障率及损坏率低，提高了电缆安全防护性能。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种海洋拖缆，由电缆内芯、浮力层和电缆外护套组成，其特征在于，电缆内芯从里到外分为电源线层、拉力纤维层、通讯线层和护套层；
所述电源线层包含铜导体和挤包在铜导体外部的绝缘层，多芯电源线芯进行绞合，绞合后的电源线外挤包弹性护套；拉力纤维层包括内纤维层、隔离层、外纤维层和保护层，所述通讯线层包含多对通讯线单元组，每对通讯线之间填充阻水膏；所述护套层分为芳纶编织层和聚氨酯护套层，芳纶编织层编织在通讯线层上，芳纶编织层外挤包聚氨酯护套层；
发泡聚乙烯浮力层挤包在聚氨酯护套层的表面，电缆外护套挤包在发泡聚乙烯表面。
2.根据权利要求1所述的海洋拖缆，其特征在于，发泡聚乙烯浮力层采用闭孔发泡工艺，将气体高压注入熔融状态的聚乙烯中充分混合，使其具有大量分布均匀且相互隔离的泡层；发泡聚乙烯由高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和成核剂组成，高密度聚乙烯对泡孔结构起支撑作用，低密度聚乙烯形成泡孔，成核剂通过改变树脂的结晶行为加快结晶速率；其中，高密度聚乙烯的质量比例为60-70％，低密度聚乙烯的质量比例为30-40％，成核剂的质量比例为0.5％-1.5％。
3.根据权利要求1或2所述的海洋拖缆，其特征在于，所述内纤维层和所述外纤维层采用芳纶材料，内纤维层先将单股芳纶束合在一起，然后以同心的方式右向或左向绞合在电源线层上；隔离层采用芳纶编织，编织密度100％，编织芳纶隔离层完全包裹在内纤维层上；外纤维层以内纤维层同样的方式左向或右向绞合在编织隔离层上；内纤维层和外纤维层破裂拉力≥150kN，从4kN拉伸至22kN状态下，延伸率≤0.3％，外纤维层外挤包聚乙烯护套作为保护层。
4.根据权利要求3所述的海洋拖缆，其特征在于，所述内纤维层和外纤维层采用54盘笼绞机，第1段12盘、第2段18盘、第3段24盘，三段笼绞依次分开排列；编织隔离层采用24锭卧式编织机，置于第2段和第3段笼绞机中间，首先通过第2段18盘将内纤维层右向绕包在电源线层上，然后通过编织机将芳纶编织在内纤维层上，编织好的隔离层，通过第3段的24盘将外纤维层左向绕包在编织隔离层上。
5.根据权利要求1或2所述的海洋拖缆，其特征在于，所述电缆外护套采用聚氨酯外护套，所述聚氨酯外护套与内置于电缆的检波器紧密粘连，采用挤出前后加热的方法，先将内置检波器的浮力层预热至180℃-200℃，然后通过挤出机在190℃挤出聚氨酯护套，挤出后的聚氨酯护套再加热至180-200℃。
6.根据权利要求1或2所述的海洋拖缆，其特征在于，所述绝缘层是热塑性聚酯弹性体绝缘层，所述弹性护套是聚乙烯护套。
7.根据权利要求1或2所述的海洋拖缆，其特征在于，所述通讯线采用镀锡铜导体或镀银铜导体，导体外挤包热塑性聚酯弹性体绝缘层；2根或4根通讯线构成一个单元组，单元组之间相互绞合，16对通讯线以成缆的方式绕包在拉力纤维层上。
8.根据权利要求1或7所述的海洋拖缆，其特征在于，所述铜导体是无氧铜导体，先将39根铜导体以1+6+12+20的方式同心绞合在一起或者将19根铜导体以1+6+12的方式同心绞合在一起，然后铜导体外分别挤包不同颜色的热塑性聚酯弹性体绝缘层。
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