CN110768186B - 一种深海电缆穿舱组合式自密封结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深海电缆穿舱组合式自密封结构，包含填料腔、密封锁紧结构及锁紧防滑结构，密封锁紧结构及锁紧防滑结构均嵌设在填料腔内中，且填料腔嵌设有密封锁紧结构的一端为组合式自密封结构的湿端。本发明是将高效自密封和电缆锁紧防滑结合在一起的特殊技术，巧妙利用斜面相互作用受力原理，在锁紧螺母作用力下通过约束副与分瓣式锁紧防滑副的相互作用使分瓣式锁紧防滑副产生径向力作用力，从而实现锁紧电缆的目的，其具有良好的密封性能及抗电缆滑动能力，并具有较长的使用寿命和安全可靠性；可用于6000米以上深海环境的电缆穿舱密封。

Description

一种深海电缆穿舱组合式自密封结构

技术领域

本发明涉及一种电缆穿舱密封结构，具体的说是涉及一种深海电缆穿舱组合式自密封结构，适用于Ф10以上所有规格的电缆和管道的穿舱密封需要。

背景技术

在舰船、海洋等工业领域中，通常需要大量使用电缆穿舱密封装置。而电缆穿舱密封是舰船、海洋工程特别是深海工程设计中一个长久以来难以解决的技术难题。当圆柱形电缆穿过船舱或甲板时，由于电缆存在直径不规则、本体非刚性、蠕变等特点，普通的密封方式无法保证密封的可靠性，长时间使用后容易发生漏水问题，而漏水引发的电路短路造成的后果难以估量，轻者工作系统瘫痪，重则破坏系统、设备，甚至产生严重的事故。

在舰船、海洋工程中电缆穿舱密封通常有耐压要求，一些特殊的场合这个耐压要求需要达到4.0MPa以上，并且伴随有结构振动甚至冲击，其密封难度更大，不仅要防止海水的泄漏，还要防止电缆在海水压力作用下发生轴向移动，因此普通密封装置在使用一段时间之后极易出现泄漏，故此，解决高压密封问题成为了目前舰船、海洋工程设计中迫在眉睫的问题。

MCT电缆和管道穿隔系统是20世纪50年代瑞典人Nil Brattberg发明的产品，主要由框架、模块、压紧系统和垫板四部分构成，压紧系统压紧垫板，受框架制约模块彼此之间受力，从而夹紧电缆达到密封效果；Roxtex公司于20世纪90年代发明了Multidiameter多径专利技术，其发明的电缆穿隔密封件与MCT电缆和管道穿隔系统在原理上基本一致，是目前世界上使用最广泛的产品。但这两种产品存在相同的局限，即：不能够承受较高压力的密封，无法满足舰船、海洋工程的特殊使用要求。

目前，国内采用的船舶电缆密封技术多式多样，主要有填料灌注型、模块型(主要研仿MCT、Roxtex的技术)及填料缠绕挤压型等，这些技术在耐压要求不高的使用环境下具有较好的密封效果，目前使用也比较普遍。但其存在的典型问题是：普遍不能耐高压，无法保证舰船、海洋工程要求的长期使用时的安全可靠性。其中，填料灌注型密封技术的密封性能虽然相对较好，但不利于电缆的维修更换；模块型和填料缠绕挤压型密封技术均是靠压紧系统压紧密封件，由于电缆并非真正的刚性体，密封材料也是弹性体，无法实现电缆的锁紧，高压环境条件下电缆会发生轴向滑动，从而影响系统的密封性能。

此外，在深海工程等特殊环境中，一般需要使用适用于6000米以上深度的电缆穿舱密封装置，经反复调研论证，国内目前还没有满足该使用要求的相关产品，需要从发达国家进口，在技术上受发达国家制约。

发明内容

针对背景技术中所存在的问题，本发明的目的在于提供一种全新结构的深海电缆穿舱组合式自密封结构，通过采用与传统密封装置完全不同的设计理念，使产品在舰船、海洋等工业领域中高压使用环境条件下具有良好的密封性能及抗电缆滑动能力，并具有较长的使用寿命和安全可靠性。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种深海电缆穿舱组合式自密封结构，包含填料腔、密封锁紧结构及锁紧防滑结构，所述密封锁紧结构嵌设在所述填料腔内设的密封锁紧腔中，所述锁紧防滑结构嵌设在所述填料腔内设的锁紧防滑腔中，所述密封锁紧腔与所述锁紧防滑腔相连通，其中，填料腔嵌设有密封锁紧结构的一端为组合式自密封结构的湿端。

上述技术方案中，在所述填料腔、密封锁紧结构及锁紧防滑结构中均还分别开设有一条相互连通且用于穿设深海电缆的电缆通道。

上述技术方案中，所述密封锁紧结构包含密封支撑环、组合式V形密封圈、密封压紧环及密封锁紧螺母；所述密封支撑环、组合式V形密封圈、密封压紧环及密封锁紧螺母由下至上依次设置层叠在所述填料腔的密封锁紧腔中；且所述密封支撑环、组合式V形密封圈及密封压紧环均与所述密封锁紧腔内壁相密封贴合，所述密封锁紧螺母与所述密封锁紧腔内壁相螺纹配合连接。

使用时，深海电缆从组合式V形密封圈的中心穿过，在密封锁紧螺母作用力下，密封支撑环和密封压紧环使组合式V形密封圈的唇口张开压紧深海电缆及填料腔；当有流体经密封支撑环中的通孔进入到组合式V形密封圈内，所施加的压力会使组合式V形密封圈和深海电缆及填料腔之间产生压应力，这个压应力大小会随流体压力升高而升高，从而实现自密封。

上述技术方案中，所述组合式V形密封圈包含若干个第一V形密封圈及若干个第二V形密封圈,若干个所述的第一V形密封圈与若干个所述的第二V形密封圈呈间隔交替设置在所述密封支撑环与密封压紧环之间，且每个所述第一V形密封圈及第二V形密封圈的唇口朝向组合式自密封结构的湿端设置。

上述技术方案中，在所述密封支撑环、密封压紧环、密封锁紧螺母以及所述组合式V形密封圈的每个第一V形密封圈及第二V形密封圈的中心部位均开设有一个第一通孔；

使用时，所述密封支撑环、密封压紧环、密封锁紧螺母、每个第一V形密封圈及每个第二V形密封圈的中心部位开设的第一通孔彼此连通，并共同构成所述密封锁紧结构用于穿设深海电缆的电缆通道。

上述技术方案中，所述锁紧防滑结构包含分瓣式锁紧防滑副、约束副及锁紧螺母，所述分瓣式锁紧防滑副、约束副及锁紧螺母均设置在所述填料腔的锁紧防滑腔中，且所述分瓣式锁紧防滑副一端与所述锁紧防滑腔与密封锁紧腔相连通的一端相抵接，另一端由下至上依次套设着所述约束副及锁紧螺母，所述锁紧螺母位于所述锁紧防滑腔远离所述密封锁紧腔的一端的端口处，、并与所述锁紧防滑腔远离所述密封锁紧腔一端的端口相螺纹配合连接，所述约束副位于所述锁紧螺母下方、并与所述分瓣式锁紧防滑副外壁上设有的光滑斜面呈斜面配合。

上述技术方案中，在所述分瓣式锁紧防滑副的中心部位有一个第二通孔，所述第二通孔的内壁采用喷砂处理；使用时，所述第二通孔构成所述锁紧防滑结构用于穿设深海电缆的电缆通道。

上述技术方案中，在所述约束副内开设有与所述分瓣式锁紧防滑副外壁上设有的光滑斜面呈斜面配合的楔形孔。

上述技术方案中，所述第一V形密封圈采用添加了占总含量8％～12％的芳纶浆粕和占总含量3％～5％的石墨烯的氟橡胶模压硫化而成，且其成型产品邵氏硬度为70～75度；

所述第二V形密封圈采用涂氟橡胶的芳纶帘布模压硫化而成，且其成型产品邵氏硬度为75～85度。

上述技术方案中，所述第一V形密封圈的V形夹角α为65°～90°，所述第二V形密封圈的V形夹角β为60°～85°；

所述第一V形密封圈内外唇倾斜角度γ₁为其V形夹角α的5％～15％；所述第二V形密封圈内外唇倾斜角度γ₂为其V形夹角β的5％～15％。

与现有技术相比，本发明的优点有：(1)将电缆锁紧防滑功能与密封分开设计，巧妙利用斜面相互作用受力原理，在锁紧螺母作用力下通过约束副与分瓣式锁紧防滑副的相互作用使分瓣式锁紧防滑副产生径向力作用力，而分瓣式锁紧防滑副内壁设计为喷砂处理粗糙面，受力时会与电缆产生较大摩擦力，从而实现锁紧电缆的目的；(2)本发明不仅保证了高压可靠自密封及抗受压滑动能力的要求，还因结构具有可重复拆卸、安装的特点，可实现系统的维修及电缆更换，在舰船、海洋工程中适用性很强。

附图说明

图1为本发明深海电缆穿舱组合式自密封结构的截面示意图；

图2为本发明深海电缆穿舱组合式自密封结构与深海电缆连接的截面示意图；

图3为图1或图2中填料腔的截面示意图；

图4为第一V形密封圈的截面示意图；

图5为第二V形密封圈的截面示意图；

图6为约束副的截面示意图；

附图标记说明：100、填料腔；101、密封锁紧腔；102、锁紧防滑腔；200、密封锁紧结构；201、密封支撑环；202、组合式V形密封圈；202a、第一V形密封圈；202b、第二V形密封圈；203、密封压紧环；204、密封锁紧螺母；300、锁紧防滑结构；301、分瓣式锁紧防滑副；301a、光滑斜面；302、约束副；302a、楔形孔；303、锁紧螺母；400、深海电缆；500、电缆通道。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图和具体实施方式，进一步阐述本发明是如何实施的。

参阅图1至图3所示，本发明提供的一种深海电缆穿舱组合式自密封结构，包含填料腔100、密封锁紧结构200及锁紧防滑结构300，其中，密封锁紧结构200嵌设在填料腔100内设的密封锁紧腔101中，锁紧防滑结构300嵌设在填料腔100内设的锁紧防滑腔102中，密封锁紧腔101与锁紧防滑腔102相连通，其中，填料腔100嵌设有密封锁紧结构200的一端为组合式自密封结构的湿端；在填料腔100、密封锁紧结构200及锁紧防滑结构300中均还分别开设有一条相互连通且用于穿设深海电缆400的电缆通道500。

在本发明中，参阅图1和图2所示，密封锁紧结构200包含密封支撑环201、组合式V形密封圈202、密封压紧环203及密封锁紧螺母204；密封支撑环201、组合式V形密封圈202、密封压紧环203及密封锁紧螺母204由下至上依次设置层叠在填料腔100的密封锁紧腔101中；且密封支撑环201、组合式V形密封圈202及密封压紧环203均与密封锁紧腔101内壁相密封贴合，密封锁紧螺母204与密封锁紧腔101内壁相螺纹配合连接。

使用时，深海电缆400从组合式V形密封圈202的中心穿过，在密封锁紧螺母204作用力下，密封支撑环201和密封压紧环203使组合式V形密封圈202的唇口张开压紧深海电缆400及填料腔100；

当有流体(如深海海水)经密封支撑环201中的通孔进入到组合式V形密封圈202内，所施加的压力会使组合式V形密封圈202和深海电缆400及填料腔100之间产生压应力，这个压应力大小会随流体压力升高而升高，从而实现自密封的作用。

在本发明中，组合式V形密封圈202是起密封作用的关键部件，参阅图1和图2所示，其具体是由若干个第一V形密封圈202a及若干个第二V形密封圈202b呈间隔交替组合而成，且每个第一V形密封圈202a及第二V形密封圈202b的唇口朝向组合式自密封结构的湿端设置，并位于密封支撑环202与密封压紧环203之间；第一V形密封圈202a与第二V形密封圈202b的数量可视实际使用需求而定，通常各两只以上。为保证产品具有良好的耐海水、抗老化、耐高温、阻燃性能，密封圈基体材料采用特制氟橡胶，具体的说，其中的第一V形密封圈202a是采用添加了占总含量8％～12％的芳纶浆粕和占总含量3％～5％的石墨烯的氟橡胶模压硫化而成的高弹性密封圈，且其成型后的产品邵氏硬度为70～75度，可使产品在使用十年以上仍具有较好的弹性及稳定性，从而保证十年使用期内一直具有较好的自密封性能；第二V形密封圈202b是采用涂氟橡胶的芳纶帘布模压硫化而成的加强型密封圈，且其成型后的产品邵氏硬度为75～85度，可确保具有高强度及抗永久变形能力，因此使用上述两组结构形式的V形密封圈的组合，能同时实现高效密封及高压密封的功能。

在本发明中，为进一步提高密封性能，第一V形密封圈202a与第二V形密封圈202b可以采用唇口角度不同组合的设计；

具体的说，其中，参阅图4所示，第一V形密封圈202a的V形夹角α可视实际使用要求设计为65°～90°；参阅图5所示，第二V形密封圈202b的V形夹角β相对于第一V形密封圈202a的V形夹角α可视实际使用要求减小5°，即设计为60°～85°；参阅图4所示，第一V形密封圈202a内、外唇倾斜角度γ₁可视实际使用要求可设计在其V形夹角α5％～15％的范围；参阅图5所示，第二V形密封圈202b内、外唇倾斜角度γ₂可视实际使用要求可设计在其V形夹角β5％～15％的范围，以保证与深海电缆400及填料腔100实现上唇过盈配合，下唇间隙配合。

更具体的说，在本发明中，如图1所示，在密封支撑环201、密封压紧环203、密封锁紧螺母204以及组合式V形密封圈202的每个第一V形密封圈202a及第二V形密封圈202b的中心部位均开设有一个第一通孔；使用时，开设在密封支撑环201、密封压紧环203、密封锁紧螺母204、每个第一V形密封圈202a及每个第二V形密封圈202b的中心部位的第一通孔彼此连通，并共同构成密封锁紧结构200用于穿设深海电缆400的电缆通道500。

在本发明中，如图1和图2所示，锁紧防滑结构300包含分瓣式锁紧防滑副301、约束副302及锁紧螺母303，分瓣式锁紧防滑副301、约束副302及锁紧螺母303均设置在填料腔100的锁紧防滑腔102中，且锁紧防滑副201一端与锁紧防滑腔102与密封锁紧腔101相连通的一端相抵接，另一端由下至上依次套设着所述约束副302及锁紧螺母303，锁紧螺母303位于锁紧防滑腔102远离密封锁紧腔101的一端的端口处、并与锁紧防滑腔102远离密封锁紧腔101一端的端口相螺纹配合连接，约束副302位于锁紧螺母303下方、并与锁紧防滑副301外壁上设有的光滑斜面301a呈斜面配合。

更具体的说，在本发明中，在分瓣式锁紧防滑副301的中心部位有一个第二通孔；使用时，该第二通孔构成锁紧防滑结构300用于穿设深海电缆400的电缆通道500。

更具体的说，在本发明中，参阅图6所示，在约束副302内开设有与分瓣式锁紧防滑副301外壁上设有的光滑斜面301a呈斜面配合的楔形孔302a。

在实际应用中，为了增加分瓣式锁紧防滑副301与深海电缆400防滑作用，可对分瓣式锁紧防滑副301与深海电缆400的接触面(即第二通孔的内壁)作喷砂处理。

使用时，在锁紧螺母303作用下，约束副302通过其楔形孔302a与分瓣式锁紧防滑副301外壁的光滑斜面301a呈斜向压缩分瓣式锁紧防滑副301的瓣块向轴心收缩，从而实现锁紧其中心穿过的深海电缆400。

本发明将电缆锁紧防滑功能与密封分开设计，巧妙利用了斜面相互作用受力原理，在锁紧螺母303作用力下通过约束副302与分瓣式锁紧防滑副301的相互作用使分瓣式锁紧防滑副301产生径向力作用力，从而实现锁紧深海电缆400的目的。

本发明提供的深海电缆穿舱组合式自密封结构，不仅保证了高压可靠自密封及抗受压滑动能力的要求，还因结构具有可重复拆卸、安装的特点可实现系统的维修及电缆更换，在舰船、海洋工程中适用性很强。

本发明经试验检测：在4.0Mpa×30天的试验条件下无泄露及电缆滑动等任何迹象；在6.0Mpa×30min的试验条件下无泄露及电缆滑动现象；在12.0Mpa压力作用下无泄露；0～4.0Mpa反复充压1000次，无泄露及电缆滑动现象；按GB/T 20028-2005(阿累尼乌斯图)对V形密封圈进行试验，推算其寿命可达十年以上；V形密封圈所用的氟橡胶抗拉强度可达15.0Mpa以上，扯断伸长率可达350％以上。

另外，根据实际需要，在特定的安装环境中，当V形密封圈(202a、202b)无法从轴向安装时，允许将V形密封圈(202a、202b)切口安装，即相邻两V形密封圈(202a、202b)切口可以错开120°以上，不影响密封效果。

最后说明，以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种深海电缆穿舱组合式自密封结构，其特征在于：包含填料腔(100)、密封锁紧结构(200)及锁紧防滑结构(300)，所述密封锁紧结构(200)嵌设在所述填料腔(100)内设的密封锁紧腔(101)中，所述锁紧防滑结构(300)嵌设在所述填料腔(100)内设的锁紧防滑腔(102)中，所述密封锁紧腔(101)与所述锁紧防滑腔(102)相连通，其中，填料腔(100)嵌设有密封锁紧结构(200)的一端为组合式自密封结构的湿端；

其中，所述密封锁紧结构(200)包含密封支撑环(201)、组合式V形密封圈(202)、密封压紧环(203)及密封锁紧螺母(204)；所述密封支撑环(201)、组合式V形密封圈(202)、密封压紧环(203)及密封锁紧螺母(204)由下至上依次设置层叠在所述填料腔(100)的密封锁紧腔(101)中，且所述密封支撑环(201)、组合式V形密封圈(202)及密封压紧环(203)均与所述密封锁紧腔(101)内壁相密封贴合，所述密封锁紧螺母(204)与所述密封锁紧腔(101)内壁相螺纹配合连接；

所述组合式V形密封圈(202)包含若干个第一V形密封圈(202a)及若干个第二V形密封圈(202b)，若干个所述的第一V形密封圈(202a)与若干个所述的第二V形密封圈(202b)呈间隔交替设置在所述密封支撑环(202)与密封压紧环(203)之间，且每个所述第一V形密封圈(202a)及第二V形密封圈(202b)的唇口朝向组合式自密封结构的湿端设置；

所述第一V形密封圈(202a)的V形夹角α为65°～90°，所述第二V形密封圈(202b)的V形夹角β为60°～85°；

所述第一V形密封圈(202a)内外唇倾斜角度γ₁为其V形夹角α的5％～15％；所述第二V形密封圈(202b)内外唇倾斜角度γ₂为其V形夹角β的5％～15％；

所述锁紧防滑结构(300)包含分瓣式锁紧防滑副(301)、约束副(302)及锁紧螺母(303)，所述分瓣式锁紧防滑副(301)、约束副(302)及锁紧螺母(303)均设置在所述填料腔(100)的锁紧防滑腔(102)中，且所述分瓣式锁紧防滑副(301)一端与所述锁紧防滑腔(102)与密封锁紧腔(101)相连通的一端相抵接，另一端由下至上依次套设着所述约束副(302)及锁紧螺母(303)，所述锁紧螺母(303)位于所述锁紧防滑腔(102)远离所述密封锁紧腔(101)的一端的端口处、并与所述锁紧防滑腔(102)远离所述密封锁紧腔(101)一端的端口相螺纹配合连接，所述约束副(302)位于所述锁紧螺母(303)下方、并与所述分瓣式锁紧防滑副(301)外壁上设有的光滑斜面(301a)呈斜面配合。

2.根据权利要求1所述的深海电缆穿舱组合式自密封结构，其特征在于：在所述填料腔(100)、密封锁紧结构(200)及锁紧防滑结构(300)中均还分别开设有一条相互连通且用于穿设深海电缆(400)的电缆通道(500)。

3.根据权利要求2所述的深海电缆穿舱组合式自密封结构，其特征在于：在所述密封支撑环(201)、密封压紧环(203)、密封锁紧螺母(204)以及所述组合式V形密封圈(202)的每个第一V形密封圈(202a)及第二V形密封圈(202b)的中心部位均开设有一个第一通孔；

使用时，所述密封支撑环(201)、密封压紧环(203)、密封锁紧螺母(204)、每个第一V形密封圈(202a)及每个第二V形密封圈(202b)的中心部位开设的第一通孔彼此连通，并共同构成所述密封锁紧结构(200)用于穿设深海电缆(400)的电缆通道(500)。

4.根据权利要求2所述的深海电缆穿舱组合式自密封结构，其特征在于：在所述分瓣式锁紧防滑副(301)的中心部位有一个第二通孔，所述第二通孔的内壁采用喷砂处理；使用时，所述第二通孔构成所述锁紧防滑结构(300)用于穿设深海电缆(400)的电缆通道(500)。

5.根据权利要求1所述的深海电缆穿舱组合式自密封结构，其特征在于：在所述约束副(302)内开设有与所述分瓣式锁紧防滑副(301)外壁上设有的光滑斜面(301a)呈斜面配合的楔形孔(302a)。

6.根据权利要求1所述的深海电缆穿舱组合式自密封结构，其特征在于：所述第一V形密封圈(202a)采用添加了占总含量8％～12％的芳纶浆粕和占总含量3％～5％的石墨烯的氟橡胶模压硫化而成，且其成型产品邵氏硬度为70～75度；

所述第二V形密封圈(202b)采用涂氟橡胶的芳纶帘布模压硫化而成，且其成型产品邵氏硬度为75～85度。

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