CN111599526A - 铠装拖缆及制造方法 - Google Patents

Abstract

一种铠装拖缆，用于连接水下设备，包括由内向外包覆设置的缆芯、若干电力单元、护套层、铠装层及分别包覆于所述缆芯和每一所述电力单元外侧的金属屏蔽层，每一所述电力单元包括若干动力单元，所述动力单元环绕所述缆芯的外周设置，所述护套层中设有非金属编织网。上述铠装拖缆通过设置若干电力单元，不仅能够满足设备需求的电力，还能提供较多的备用电力，通过在护套层中设有非金属编织网，提升铠装拖缆的机械性能，有效抵御铠装层的侧向压力，上述制造方法有效解决高硬度热塑性弹性体的挤出工艺难度大的问题。

Description

铠装拖缆及制造方法

技术领域

本申请涉及海洋用光电缆领域，尤其涉及一种铠装拖缆及制造方法。

背景技术

随着对海洋资源的不断深入开发，各种海洋探索的设备的使用也不断增多，海洋探索范围的不断拓展。

探测的维度越来越广、精度越来越精确，各种探索用设备不断地被开发和使用，导致水下拖曳设备越来越复杂，重量也越来越大这就对为其水下作业供电、收放、传输信号的电缆提出了更多的要求。水下设备用铠装拖缆一般尺寸小，缆芯内光、电单元较少，外层铠装钢丝一般为多层小尺寸钢丝，该类结构远远达不到现在所需的高强度、多种单元、多芯数的拖缆需求。为了满足现在的拖缆需求，需要在常规结构上增加缆芯尺寸和钢丝直径，从而满足多芯数、高强度的技术要求。但相应的改变会造成下列几个问题：拖缆使用电压高，且缆芯内拥有大量动力单元，势必造成高电压薄壁绝缘的运用方式，对于动力单元的设计要求和绝缘材料的性能要求极高；多芯数大尺寸成缆困难，成缆层数多、绝缘芯数多，缆芯尺寸和重量大，极不利于成缆的生产；拖缆用于拖曳重型水下设备，弯曲半径相对较小，反复收放次数达到上万次，护套层的撕裂风险极大；超高强度粗钢丝铠装困难。钢丝强度极高，尺寸较大，铠装过程中，钢丝预成型难度极大，钢丝不易贴附在护套外，很容易产生松股现象。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种铠装拖缆及制造方法，其既满足高强度、高抗扭、大尺寸的机械性能要求，又满足水下设备所需的光单元、通信单元和大量动力单元的配置要求。

本申请的实施例提供一种铠装拖缆，用于连接水下设备，包括由内向外包覆设置的缆芯、若干电力单元、护套层、铠装层及分别包覆于所述缆芯和每一所述电力单元外侧的金属屏蔽层，每一所述电力单元包括若干动力单元，所述动力单元环绕所述缆芯的外周设置，所述护套层中设有非金属编织网。

进一步的，在本申请的一些实施例中，所述缆芯包括第一缆芯和第二缆芯，所述第一缆芯包括通信单元和接地线单元，所述第二缆芯包括光纤单元，所述通信单元绞合于所述接地线单元后，再绞合于所述光纤单元。

进一步的，在本申请的一些实施例中，所述通信单元包括绝缘线对、第一接地线单元及金属复合带，所述金属复合带包覆于所述绝缘线对和第一接地线单元外侧。

进一步的，在本申请的一些实施例中，每一所述电力单元还包括若干第二接地单元，若干所述第二接地单元均匀分布于每一所述动力单元的两侧。

进一步的，在本申请的一些实施例中，所述光纤单元包括若干光纤、不锈钢管和护套，若干所述光纤装设于所述不锈钢管内，若干所述光纤与所述不锈钢管之间填充有吸氢纤膏。

进一步的，在本申请的一些实施例中，所述第二缆芯还包括填充单元，所述填充单元绞合于所述第一缆芯，所述填充单元的直径与所述光纤单元的直径相同。

进一步的，在本申请的一些实施例中，所述动力单元包括导体、包覆在所述导体外的薄半导电层和包覆在所述薄半导电层外的绝缘层，所述导体包覆于所述缆芯外周的所述金属屏蔽层上。

进一步的，在本申请的一些实施例中，所述铠装层包括第一铠装层和第二铠装层，所述第二铠装层包覆于所述第一铠装层，所述第一铠装层包覆于所述护套层，所述第一铠装层和第二铠装层反向铠装。

进一步的，在本申请的一些实施例中，所述铠装拖缆还包括水密填充单元，所述水密填充单元填充在所述缆芯和所述电力单元的间隙内。

进一步的，在本申请的一些实施例中，所述动力单元设有激光印字以进行区分，每层所述动力单元设置标记，作为每层所述动力单元的起始点，用于与水下设备连接。

本申请的实施例还提供一种所述的铠装拖缆的制造方法，包括以下步骤：

制作缆芯，在缆芯外绕包金属屏蔽层；

在金属屏蔽层外包覆若干电力单元，每层电力单元外侧均绕包金属屏蔽层；

在挤塑前预先进行烘料，烘料完成后，在电力单元的金属屏蔽层外进行第一层挤塑，形成第一层挤塑层；

在第一层挤塑层上设置非金属编织网，然后进行第二层挤塑，形成护套层，将护套层置于加长水槽中进行冷却定型；

在冷却定型后的护套层上设置铠装层，形成铠装拖缆。

上述铠装拖缆通过设置若干电力单元，不仅能够满足设备需求的电力，还能提供较多的备用电力，通过在护套层中设有非金属编织网，提升铠装拖缆的机械性能，有效抵御铠装层的侧向压力。

附图说明

图1为本申请一实施方式中的铠装拖缆的截面示意图。

图2为本申请一实施方式中的动力单元的截面示意图。

主要元件符号说明

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本申请。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“装设于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本申请的实施例提供一种铠装拖缆，用于连接水下设备，包括由内向外包覆设置的缆芯、若干电力单元、护套层、铠装层及分别包覆于所述缆芯和每一所述电力单元外侧的金属屏蔽层，每一所述电力单元包括若干动力单元，所述动力单元环绕所述缆芯的外周设置，所述护套层中设有非金属编织网。

本申请的实施例还提供一种所述的铠装拖缆的制造方法，包括以下步骤：

制作缆芯，在缆芯外绕包金属屏蔽层；

在金属屏蔽层外包覆若干电力单元，每层电力单元外侧均绕包金属屏蔽层；

在挤塑前预先进行烘料，烘料完成后，在电力单元的金属屏蔽层外进行第一层挤塑，形成第一层挤塑层；

在第一层挤塑层上设置非金属编织网，然后进行第二层挤塑，形成护套层，将护套层置于加长水槽中进行冷却定型；

在冷却定型后的护套层上设置铠装层，形成铠装拖缆。

上述铠装拖缆通过设置若干电力单元，不仅能够满足设备需求的电力，还能提供较多的备用电力，通过在护套层中设有非金属编织网，提升铠装拖缆的机械性能，有效抵御铠装层的侧向压力。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。

请参阅图1，图1所示铠装拖缆100用于为水下设备提供电能以及通信，所述铠装拖缆100包括由内向外包覆设置的缆芯10、电力单元20、护套层30及铠装层40。所述铠装拖缆100还包括金属屏蔽层50，所述金属屏蔽层50分别包覆于所述缆芯10和电力单元20外侧。

所述缆芯10包括第一缆芯和第二缆芯，所述第一缆芯绞合于所述第二缆芯。所述第一缆芯包括通信单元11和接地线单元12，所述通信单元11绞合于所述接地线单元12。所述通信单元11包括绝缘线对、第一接地线单元及金属复合带，所述金属复合带包覆于所述绝缘线对和第一接地线单元外侧，所述第一接地线单元不仅起到填充结构的作用，还能使所述通信单元11的金属复合带有效接地，屏蔽外界干扰，提升数据传输效果。在一实施方式中，所述接地线单元12和第一接地线单元采用铜导体与半导电聚乙烯材料制成。

所述第二缆芯包括光纤单元13，所述通信单元11绞合于所述接地线单元12后，再与所述光纤单元13进行绞合。在一实施方式中，所述光纤单元13位不锈钢光纤单元，所述光纤单元13包括若干光纤、不锈钢管和护套，所述光纤装设于所述不锈钢管内，所述不锈钢管内填充有吸氢纤膏，所述吸氢纤膏拥有高性能阻水能力，保障所述铠装拖缆100在水下运用时水不会从所述不锈钢管渗入。可以理解的是，所述光纤的芯数根据实际的传输需求进行调整。在一实施方式中，所述护套为聚乙烯材料制成。在一实施方式中，所述光纤单元13填充在所述第一缆芯绞合的外侧空隙内，增加所述缆芯10的圆整性。

在一实施方式中，所述第二缆芯还包括填充单元14，所述通信单元11绞合于所述接地线单元12后，再与所述光纤单元13和填充单元14进行绞合。所述填充单元14的直径与所述光纤单元13的直径相同，用于保证所述缆芯10的圆整性。在一实施方式中，所述填充单元14为聚乙烯填充条。可以理解的是，当对所述光纤单元13的需求较大时，可以将所述填充单元14替换为所述光纤单元13，以满足使用需求。

所述电力单元20包括若干动力单元21和若干第二接地单元22，所述动力单元21环绕所述缆芯10的外周设置，所述第二接地单元22填充在所述动力单元21的间隙内。在一实施方式中，所述电力单元20的数量为四个，每一所述电力单元20分别包覆于所述缆芯10外周，以构成多层缆芯结构。可以理解的是，每一所述电力单元20外均包覆有所述金属屏蔽层50。

所述动力单元21包括导体211、包覆在所述导体211外的薄半导电层212和包覆在所述薄半导电层212外的绝缘层213。在一实施方式中，所述薄半导电层212由电阻率低的粘稠态半导电胶体均匀连续涂敷在所述导体211表面快速固化后形成，固化后的所述薄半导电层212在承受绝缘挤塑最高200℃高温下不软化滴流。所述薄半导电层212可以均匀所述导体211表面的电场，相对于常规小截面线芯，可以避免因所述导体211表面不光滑及所述导体211和绝缘层213间的气隙造成局部放电击穿，提升了所述绝缘层213的绝缘效果。在一实施方式中，绝缘层213采用高性能耐高温聚烯烃绝缘材料制成。所述高性能耐高温聚烯烃绝缘材料绝缘效果优异，可以承受住所述护套层30硫化密封时最高150℃高温。在一实施方式中，所述导体211为无氧导体211。在一实施方式中，所述动力单元21采用激光印字区分，每层所述动力单元21设置颜色标记，作为每层所述动力单元21的起始点，便于设备连接时接线处理。

所述第二接地单元22均匀分布于所述动力单元21的两侧。在一实施方式中，每一所述动力单元21的两侧均填充有所述第二接地单元22，用于承载短路电流，保持相位平衡。在一实施方式中，采用铜导体与半导电聚乙烯材料制成。

所述护套层30中间设有非金属编织网31，用于提高护套层整体的抗拉强度、抗扭转和抗撕裂性能。在一实施方式中，所述护套层30包括第一挤塑层和第二挤塑层，所述非金属编织网31设置于所述第一挤塑层和第二挤塑层之间。在一实施方式中，所述护套层30为高硬度热塑性弹性体，所述高硬度热塑性弹性体的邵氏硬度为95A，抗拉强度＞50MPa，断裂伸长率＞500％，所述高硬度热塑性弹性体具有优异的耐磨损、抗撕裂和易硫化性能，有效抵御所述铠装层40的侧向压力。在一实施方式中，所述非金属编织网31采用高强度非金属编织绳编织而成，对非金属编织绳编织的根数和角度进行设计以使所述非金属编织网31的抗拉强度高于所述高硬度热塑性弹性体，在所述护套层30弯曲过程中所述非金属编织网31承担部分力，单侧非金属编织网的承力，大于护套层30单侧的屈服力。在一实施方式中，组成非金属编织网31的所有非金属编织绳的张力一致，用于使受力点的非金属编织网的丝能均匀分摊力值，保障所述高硬度热塑性弹性体不会达到屈服强度，进而保证缆在使用过程中过最小弯曲点时，护套层30不会撕裂、褶皱等。

所述铠装层40包括第一铠装层41和第二铠装层42，所述第二铠装层42包覆于所述第一铠装层41。在一实施方式中，所述第一铠装层41和第二铠装层42由钢丝组成。所述钢丝外涂覆有防腐润滑性能极好的油脂，能够有效的提高拖缆的使用寿命。在一实施方式中，所述钢丝为高尔凡钢丝，具有高强度、高抗腐蚀性、高延展性及可焊性。所述第一铠装层41和第二铠装层42反向铠装，用于平衡扭矩，保证两层钢丝的在两种方向的扭转刚度相一致，提升缆整体抗扭转性能。在一实施方式中，所述第一铠装层41和第二铠装层42采用非金属增强材料，用于轻量化所述铠装拖缆100，便于提升以及下放所述铠装拖缆100。可以理解的是，所述铠装层40的铠装数量不限于上述的两层限定，可以根据实际需求增加或减少铠装层数。

在一实施方式中，所述金属屏蔽层50为金属复合带，所述金属屏蔽层50绕包在所述缆芯10以及每一所述电力单元20的外周，用于防止出现漏包的情况以及加强和限制电场在绝缘内的作用，降低绝缘击穿风险。

在一实施方式中，所述铠装拖缆100还包括水密填充单元60，所述水密填充单元60填充在所述缆芯10和所述电力单元20的间隙内，用于起到紧密空间占位和良好的阻水效果，使所述铠装拖缆100具备纵向密封的能力，同时保持所述铠装拖缆100的紧凑度和圆整度，提高所述铠装拖缆100抗侧压能力。

一种铠装拖缆的制造方法，具体包括以下步骤：

制作缆芯，在缆芯外包覆金属屏蔽层；在一实施方式中，具体为，将所述通信单元11绞合于所述接地线单元12后，再与所述光纤单元13进行绞合，形成缆芯，在缆芯外绕包金属屏蔽层。在另一实施方式中，将所述通信单元11绞合于所述接地线单元12后，再与所述光纤单元13和填充单元14进行绞合，形成缆芯，在缆芯外绕包金属屏蔽层。

在金属屏蔽层外包覆若干电力单元，每层电力单元外侧均绕包金属屏蔽层；在一实施方式中，具体为，在缆芯的金属屏蔽层50外包覆电力单元20，在电力单元20外侧绕包金属屏蔽层50，在电力单元20的金属屏蔽层50外包覆电力单元20，以此依次进行直至达到设定的电力单元的数量。

在电力单元的金属屏蔽层外进行第一层挤塑，形成第一层挤塑层；

在第一层挤塑层上设置非金属编织网，进行第二层挤塑，形成护套层；具体为，通过挤出机在电力单元的金属屏蔽层50外进行挤塑，形成第一层挤塑层，在第一层挤塑层上设置非金属编织网31，然后通过挤出机进行第二层挤塑，形成护套层30，

在一实施方式中，由于高硬度热塑性弹性体对于挤出温度敏感，选取温度精确且具有多温区的挤出机，多温区设定有助于监控和调节熔体温度，各温区内的螺杆直径增大，对应的温度略微下降。由于高硬度热塑性弹性体对于剪切作用敏感，挤出机的螺杆的压缩段占螺杆长度的35～45％，螺杆长径比为25:1～28:1，压缩比为：2.5:1～3:1。挤出机的模头与连接头采用平滑式几何设计，用于防止高硬度热塑性弹性体在死角处堆积，导致高硬度热塑性弹性体降解和烧结，进而影响挤塑质量。

在一实施方式中，为降低剪切作用，挤出机的模具的模芯模套间角度设计为5～15°，螺杆与料筒间距控制在0.2～0.4mm。

在一实施方式中，螺杆转速在20～40RPM，控制螺杆线速度＜0.20m/s，用于保持低剪切以及减少料在料筒内停留时间。

在一实施方式中，护套层30挤出后，通过加长水槽进行冷却定型。

在一实施方式中，挤出机进料阶段到均化阶段的温度从低到高设置，计量阶段到模具模口的温度略微下降设置。

在护套层上设置铠装层，形成铠装拖缆。具体为将铠装层40反向铠装于护套层30外周。护套层30采用邵氏硬度为95A(邵氏硬度在50D左右)的高硬度热塑性弹性体，相较于邵氏硬度为75A的高硬度热塑性弹性体，硬度高且壁厚，能够有效抵御铠装层的侧向压力。

可以理解的是，由于高硬度热塑性弹性体对于水分极其敏感，在挤塑前需要进行烘料，烘料温度及时间由具体的材料数量以及需求设定，其中烘料包含色母料。

上述铠装拖缆100通过设置多层电力单元，不仅能够满足设备需求的电力，还能提供较多的备用电力，通过在导体和绝缘间增加一层薄半导电层，相比于常规小线芯导体外直接包覆绝缘的设计方式，有效防止电压频繁急速升降引起的绝缘击穿，在护套层中间增加了抗拉强度较高的非金属编织网，极大的增加了护套层的抗撕裂性能，上述制造方法有效解决邵氏硬度为95A的高硬度热塑性弹性体的挤出工艺难度大的问题。

本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本申请，而并非用作为对本申请的限定，只要在本申请的实质精神范围内，对以上实施方式所作的适当改变和变化都落在本申请要求公开的范围内。

Claims (11)

1.一种铠装拖缆，用于连接水下设备，包括由内向外包覆设置的缆芯、若干电力单元、护套层、铠装层及分别包覆于所述缆芯和每一所述电力单元外侧的金属屏蔽层，其特征在于：每一所述电力单元包括若干动力单元，所述动力单元环绕所述缆芯的外周设置，所述护套层中设有非金属编织网。

2.如权利要求1所述的铠装拖缆，其特征在于：所述缆芯包括第一缆芯和第二缆芯，所述第一缆芯包括通信单元和接地线单元，所述第二缆芯包括光纤单元，所述通信单元绞合于所述接地线单元后，再绞合于所述光纤单元。

3.如权利要求2所述的铠装拖缆，其特征在于：所述通信单元包括绝缘线对、第一接地线单元及金属复合带，所述金属复合带包覆于所述绝缘线对和第一接地线单元外侧。

4.如权利要求1所述的铠装拖缆，其特征在于：每一所述电力单元还包括若干第二接地单元，若干所述第二接地单元均匀分布于每一所述动力单元的两侧。

5.如权利要求2所述的铠装拖缆，其特征在于：所述光纤单元包括若干光纤、不锈钢管和护套，若干所述光纤装设于所述不锈钢管内，若干所述光纤与所述不锈钢管之间填充有吸氢纤膏。

6.如权利要求3所述的铠装拖缆，其特征在于：所述第二缆芯还包括填充单元，所述填充单元绞合于所述第一缆芯，所述填充单元的直径与所述光纤单元的直径相同。

7.如权利要求1所述的铠装拖缆，其特征在于：所述动力单元包括导体、包覆在所述导体外的薄半导电层和包覆在所述薄半导电层外的绝缘层，所述导体包覆于所述缆芯外周的所述金属屏蔽层上。

8.如权利要求1所述的铠装拖缆，其特征在于：所述铠装层包括第一铠装层和第二铠装层，所述第二铠装层包覆于所述第一铠装层，所述第一铠装层包覆于所述护套层，所述第一铠装层和第二铠装层反向铠装。

9.如权利要求1所述的铠装拖缆，其特征在于：所述铠装拖缆还包括水密填充单元，所述水密填充单元填充在所述缆芯和所述电力单元的间隙内。

10.如权利要求1所述的铠装拖缆，其特征在于：所述动力单元设有激光印字以进行区分，每层所述动力单元设置标记，作为每层所述动力单元的起始点，用于与水下设备连接。

11.一种如权利要求1-10任意一项所述的铠装拖缆的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

制作缆芯，在缆芯外绕包金属屏蔽层；

在金属屏蔽层外包覆若干电力单元，每层电力单元外侧均绕包金属屏蔽层；

在挤塑前预先进行烘料，烘料完成后，在电力单元的金属屏蔽层外进行第一层挤塑，形成第一层挤塑层；

在第一层挤塑层上设置非金属编织网，然后进行第二层挤塑，形成护套层，将护套层置于加长水槽中进行冷却定型；

在冷却定型后的护套层上设置铠装层，形成铠装拖缆。

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