CN113386903B - 弹性系泊缆及海洋观测系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种弹性系泊缆及海洋观测系统。本申请提供的弹性系泊缆包括缆芯、多层依次套设的弹性层和多层增强层，弹性层与增强层同轴设置，缆芯螺旋缠绕并嵌设于任一层弹性层内，增强层套设于两层相邻的弹性层之间，且增强层的刚度大于弹性层的刚度。本申请的弹性系泊缆的使用寿命较长。

Description

弹性系泊缆及海洋观测系统

技术领域

本申请涉及海洋观测技术领域，尤其涉及一种弹性系泊缆及海洋观测系统。

背景技术

海洋观测浮标大都采用系泊缆连接海面浮标与水下接驳盒，系泊缆是浮标与海下观测节点的重要连接纽带，具有系泊、锚定、电力传输、通信信号传输的功能。

现有的系泊缆一般为刚性缆，大多包括缆芯和依次包覆在缆芯外侧的加强层和保护套，缆芯由光纤、通信线、电源线等组成，加强层为金属铠装层或非金属铠装层，系泊缆在使用过程中依靠加强层抵抗恶劣的海洋环境。

然而，上述的系泊缆在受力较大的情况下，其长度和外径均不会发生改变，系泊缆容易发生断裂，使用寿命较短。

发明内容

本申请提供一种弹性系泊缆及海洋观测系统，其中，弹性系泊缆具有较长的使用寿命。

一方面，本申请提供一种弹性系泊缆，包括缆芯、多层依次套设的弹性层和多层增强层，弹性层与增强层均同轴设置，缆芯螺旋缠绕并嵌设于任一层弹性层内，增强层套设于两层相邻的弹性层之间，且增强层的刚度大于弹性层的刚度。

另一方面，本申请提供一种海洋观测系统，包括浮标、上述的弹性系泊缆、接驳盒和两个金属连接件，两个金属连接件分别设置于弹性系泊缆的两端，且金属连接件与弹性系泊缆的弹性层连接；两个金属连接件中的一者用于连接弹性系泊缆与浮标，另一者用于连接弹性系泊缆与接驳盒。

本申请提供的弹性系泊缆及海洋观测系统中，弹性系泊缆包括缆芯、多层依次套设的弹性层和多层增强层，弹性层与增强层同轴设置，缆芯螺旋缠绕并嵌设于任一层弹性层内，增强层套设于两层相邻的弹性层之间，且增强层的刚度大于弹性层的刚度。本申请的弹性系泊缆的使用寿命较长。

本申请的构造以及它的其他申请目的及有益效果将会通过结合附图而对优选实施例的描述而更加明显易懂。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的弹性系泊缆的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的弹性系泊缆的立体结构示意图；

图3为图1沿A-A方向的剖视图。

附图标记说明：

10-弹性系泊缆；

1-缆芯；

2-弹性层；

2a、2a1、2a2-第一弹性层；

2b-内层弹性层；

2c-外层弹性层；

2c1-第二弹性层；

2c2-第三弹性层；

2c3-第四弹性层；

21-弹性层本体；

22-金属丝；

3-增强层；

31-第一增强层；

32-第二增强层；

33-第三增强层；

34-第四增强层；

35-第五增强层；

4-金属套；

41-限位凸起；

5-防冻液。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两层元件内部的连通或两层元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于方便描述不同的部件，而不能理解为指示或暗示顺序关系、相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一层该特征。

现有的系泊缆一般为刚性缆，大多包括缆芯和依次包覆在缆芯外侧的加强层和保护套，缆芯由光纤、通信线、电源线等组成，加强层为非金属铠装层或金属铠装层，非金属铠装缆重量轻适合深海应用，金属铠装缆机械性能好适合浅海应用，系泊缆工作时，通过缆芯的导线和光纤传输电力和通信信号，依靠加强层抵抗恶劣的海洋环境，因此，现有的系泊缆收到拉伸载荷时其长度和外径依然保持不变，在实际工程应用中受风、波浪、洋流等环境因素影响，浮标会随着波浪上下、左右晃动，并随着洋流出现自转、打圈的现象，当海况恶劣时，浮标会出现剧烈的偏移、旋转，加上浮标的本身重量和惯性，系泊缆受到巨大冲击力和扭转力，并在浮标底部出现过度弯曲，长此以往，系泊缆的使用寿命会大大的缩短，此外，传统的金属铠装系泊缆机械性能好，但重量大、收纳半径大、布放困难；非金属铠装缆较为柔软，抗弯、抗扭能力差，轴向承载刚度不足，容易在根部发生弯折、断裂。

由此，本申请提供一种弹性系泊缆及海洋观测系统，通过改变传统的缆芯、加强层和保护套结合的结构，采用弹性层和增强层结合的结构，防止系泊缆发生断裂，延长系泊缆的使用寿命；且使得系泊缆布放容易。

以下结合附图和具体实施方式对本申请进行详细介绍。

图1为本申请实施例提供的弹性系泊缆的结构示意图。图2为本申请实施例提供的弹性系泊缆的立体结构示意图。图3为图1沿A-A方向的剖视图。

如图1至图3所示，本实施例提供一种弹性系泊缆10，包括缆芯1、多层依次套设的弹性层2和多层增强层3，弹性层2与增强层3同轴设置，缆芯1螺旋缠绕并嵌设于任一层弹性层2内，增强层3套设于两层相邻的弹性层2之间，且增强层3的刚度大于弹性层2的刚度，当本实施例的弹性系泊缆10收到较大的冲击力时，在弹性层2的弹性作用下，弹性系泊缆10的长度和外径能够发生变化，能够防止弹性系泊缆10发生过度弯曲，而当弹性系泊缆10所受到的冲击力消失时，本实施例的弹性系泊缆10在弹性层2的弹性作用下又会回缩，恢复到初始状态；此外，本实施例提供的弹性系泊缆10的重量较现有的刚性缆的重量轻，便于对弹性系泊缆10进行布放；同时，由于弹性层2间设置有增强层3，因此，能够确保弹性系泊缆10具有一定的轴向承载刚度，使得本实施例提供的弹性系泊缆10不易在根部发生弯折或断裂。

在一些可选的实施方式中，相邻的两层弹性层2之间套设有一层或多层增强层3。

进一步地，通过理论分析，本实施例提供的弹性系泊缆10的最大张力为刚性系泊缆的三分之一，由此能够极大的减少冲击载荷，以使得本实施例提供的弹性系泊缆10具有较长的使用寿命。

需要说明的是，上述的缆芯1为电力和信号传输线缆，缆芯1通过密绕的方式缠绕在弹性层2上，起到传输电力和通信信号的作用，同时由于缆芯1的密绕节距较低，在弹性系泊缆10拉伸时缆芯1不会承力而拉断，在一些具体的实施方式中，缆芯1由数根导线及包覆在数根导线外的护套组成，具体的，导线采用机械性能好、化学性能稳定的硅烷交联聚乙烯制成，护套通过挤塑橡胶或聚氨酯形成于数根导线外。

进一步地，上述的电力和信号传输线缆可以由裸铜(铝)丝、挤包绝缘铜(铝)丝、紧包光纤、松套光纤等多种形式中的一种或多种绞合而成，在此，对电力和信号传输线缆不作过多限制。

而为了对缆芯1起到保护作用，在本实施例的具体的实施方式中，首先，采用硫化工艺形成弹性层2的内层，然后对缆芯1进行多次缠绕，使其缠绕于弹性层内层上，之后采用硫化工艺形成弹性层2的外层，使弹性层2的外层覆盖缆芯1，以对缆芯1起到保护作用；在此，对弹性层2与缆芯1之间的成型工艺不作具体限制。

更进一步地，上述的弹性层2可以由等效弹性材料制成，例如是，热塑性弹性材料、树脂材料、聚酯材料等；上述的增强层3可以由芳纶、高分子模量聚乙烯、玻璃纤维、聚酯纤维或金属增强材料等制成，在此，对弹性层2和增强层3的原材料不作具体限制。

需要说明的是，芳纶或其他等效增强材料和橡胶的粘合性差，因此芳纶等材料需要与橡胶进行粘合、浸胶、硫化等工艺的处理,保证纤维材料与胶料的结合性能，使得本实施例提供的弹性系泊缆10具有良好的整体性能。

为了提升弹性系泊缆10的抗扭转性能，在一些具体的实施方式中，相邻的增强层3的增强纤维的缠绕方向相反，由此能够进一步提升弹性系泊缆10的使用寿命。

由于在海洋观测领域，系泊缆的两端需要分别连接浮标和接驳盒，因此，系泊缆的端部强度应该高于中部强度，为了实现端部强度高于中部强度，可以在弹性层2的端部嵌设对应的刚性件，以提升弹性系泊缆10的端部强度。

如图3所示，在本实施例的具体的实施方式中，多层弹性层2包括第一弹性层2a，第一弹性层2a包括弹性层本体21和金属丝22，金属丝22嵌设并缠绕在弹性层本体21内，金属丝22位于弹性系泊缆10的端部区域；这样，通过在第一弹性层2a的端部设置金属丝22，使得本实施例提供的弹性系泊缆10的端部具有较大的强度，以防止弹性系泊缆10的端部发生过度变形而损坏。

而为了确保弹性系泊缆10的两端的强度都较高，在一些具体的实施方式中，弹性系泊缆10的两端均设有金属丝22；这样，则能够保证弹性系泊缆10的两端的刚度都较大，确保其在海洋观测系统中正常使用。

在本实施例的具体的实施方式中，多层弹性层2包括两层第一弹性层2a，且两层第一弹性层2a包括第一弹性层2a1和第一弹性层2a2，第一弹性层2a1与第一弹性层2a2之间设有第一增强层31，且第一增强层31和第一弹性层2a2依次套设在第一弹性层2a1外侧。

需要说明的是，在本实施例的具体的实施方式中，上述的第一弹性层2a1和第一弹性层2a2均由高分子化合物橡胶制成；上述的第一增强层31为纤维夹芯增强橡胶复合材料层，增强纤维可以是芳纶或其它等效增强材料，第一增强层31缠绕在第一弹性层2a2内，使得本实施例的弹性系泊缆10具有较强的承载能力；在此，对第一弹性层2a1、第一弹性层2a2和第一增强层31的材料类型不作具体限制。

而为了进一步提升弹性系泊缆10的端部刚度，本实施例提供的弹性系泊缆10还包括金属套4，多层弹性层2包括内层弹性层2b和外层弹性层2c，内层弹性层2b的内壁形成弹性系泊缆10的内壁，外层弹性层2c套设在内层弹性层2b的外侧，外层弹性层2c包括第一弹性层2a1和第一弹性层2a2，且第一弹性层2a1与内层弹性层2b之间设有两层第二增强层32，金属套4连接于内层弹性层2b的内侧壁上，金属套4与内层弹性层2b同轴设置，金属套4靠近弹性系泊缆10的端部；这样，通过在弹性系泊缆10的端部设置金属套4，则能够增强弹性系泊缆10的端部刚度，以提升弹性系泊缆10的使用寿命。

需要说明的是，上述的金属套4可以是钢套，在此，对金属套4的具体材质不作限制。

为了使弹性系泊缆10的两端均具有较强的刚度，在本实施例的具体的实施方式中，弹性系泊缆10的两端均设有金属套4；这样，则能够保证弹性系泊缆10与浮标、接驳盒的有效连接。

需要说明的是，上述的内层弹性层2b由高分子化合物橡胶挤塑成型为管状件，然后采用硫化工艺，使塑性胶料变成具有高弹性的硫化橡胶管；管状结构降低内层弹性层2b的重量，进而降低弹性系泊缆10的重量，以提升弹性系泊缆10的漂浮能力；上述的第二增强层32为纤维夹芯增强橡胶复合材料层，增强纤维可以是芳纶或其它等效增强材料；在此，对内层弹性层2b和第二增强层32的材料类型不作具体限制。

进一步地，在成型第二增强层32、第一弹性层2a1、第一增强层31和第一弹性层2a2时，分别在第二增强层32和第一增强层31上利用挤出工艺挤压一层橡胶，通过硫化工艺，使胶料中的生胶与硫化剂发生化学反应，使其由线型结构的大分子交联成为立体网状结构的大分子，从而使第一弹性层2a1和第一弹性层2a2具备高强度、高弹性、高耐磨和抗腐蚀等性能。

而为了实现金属套4与内层弹性层2b的可靠连接，在一些可选的实施方式中，金属套4的外侧壁上具有限位凸起41，限位凸起41的凸出方向与弹性系泊缆10的径向一致，且限位凸起41的端部位于内层弹性层2b内；这样，通过限位凸起41与内层弹性层2b的匹配连接，以提升金属套4与内层弹性层2b之间的可靠连接。

在一些可选的实施方式中，限位凸起41可以是一个或多个，当限位凸起41为一个时，限位凸起41整体则为环状；当限位凸起41为多个时，多个限位凸起41则在弹性系泊缆10的周向上间隔分布。

在一些可选的实施方式中，外层弹性层2c为一层或多层。

在本实施例的具体的实施方式中，外层弹性层2c为五层，且外层弹性层2c还包括第二弹性层2c1、第三弹性层2c2和第四弹性层2c3，增强层3还包括第三增强层33、第四增强层34和第五增强层35，第三增强层33、第二弹性层2c1、第四增强层34、第三弹性层2c2、第五增强层35和第四弹性层2c3依次套设在第一弹性层2a2外侧，且缆芯1螺旋缠绕并嵌设于第二弹性层2c1内。

需要说明的是，上述的第三增强层33为纤维夹芯增强橡胶复合材料层，增强纤维可以是芳纶或其它等效增强材料；第四增强层34和第五增强层35采用芳纶或其他等效纤维增强材料，以提升弹性系泊缆10的承载能力；上述的第三弹性层2c2通过缠绕、硫化工艺，作为第四增强层34和第五增强层35之间的垫层，避免在弹性系泊缆10长期工作期间，第四增强层34和第五增强层35之间发生摩擦，第三弹性层2c2内外两侧加入一定的橡胶粘合剂提高纤维材料与胶料的结合性能；上述的第四弹性层2c3与第三弹性层2c2通过相同的制造工艺制成，以使塑性的胶料变成具有高弹性的硫化橡胶，而橡胶使得弹性系泊缆10具有高强度、高弹性、高耐磨、抗腐蚀、防水和减震功能等优势。

为了进一步提升本实施例的弹性系泊缆10的缓冲减震功能，在本实施例中，内层弹性层2b围绕的空间内填充有防冻液5，通过设置防冻液5，使得弹性系泊缆10在较低的温度下也可以进行正常的工作，确保其在较低的温度下具有较高的强度和弹性，使得本实施例提供的弹性系泊缆10具有较长的使用寿命。

本实施例提供的弹性系泊缆包括缆芯、多层依次套设的弹性层和多层增强层，弹性层与增强层同轴设置，缆芯螺旋缠绕并嵌设于任一层弹性层内，增强层套设于两层相邻的弹性层之间，且增强层的刚度大于弹性层的刚度。本实施例提供的弹性系泊缆的使用寿命较长。

本实施例还提供一种海洋观测系统，包括浮标、上述实施方式中的弹性系泊缆10、接驳盒和两个金属连接件，两个金属连接件分别设置于弹性系泊缆的两端，且金属连接件与弹性系泊缆的弹性层连接；两个金属连接件中的一者用于连接弹性系泊缆与浮标，另一者用于连接弹性系泊缆与接驳盒；其中，金属连接件可以是连接法兰，在此，对金属件的其他类型不作具体限制。

需要说明的是，弹性系泊缆10的具体结构已在上述实施方式中作过详细介绍，在此不进行赘述；另外，海洋观测系统还应该包括其他使海洋观测系统正常工作的模块或组件，在此，对其他的模块或组件不作详细介绍。

本实施例提供的海洋观测系统，包括浮标、弹性系泊缆、接驳盒和两个金属连接件，两个金属连接件分别设置于弹性系泊缆的两端，且金属连接件与弹性系泊缆的弹性层连接；两个金属连接件中的一者用于连接弹性系泊缆与浮标，另一者用于连接弹性系泊缆与接驳盒；其中，弹性系泊缆包括缆芯、多层依次套设的弹性层和多层增强层，弹性层与增强层同轴设置，缆芯螺旋缠绕并嵌设于任一层弹性层内，增强层套设于两层相邻的弹性层之间，且增强层的刚度大于弹性层的刚度。本实施例中的弹性系泊缆的使用寿命较长，因此，本实施例的海洋观测系统也具有较长的使用寿命。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种弹性系泊缆，其特征在于，包括缆芯、多层依次套设的弹性层和多层增强层，所述弹性层与所述增强层同轴设置，所述缆芯螺旋缠绕并嵌设于任一层所述弹性层内，所述增强层套设于两层相邻的弹性层之间，且所述增强层的刚度大于所述弹性层的刚度；

相邻的两层所述弹性层之间套设有一层或多层所述增强层；

还包括金属套，多层所述弹性层包括内层弹性层和外层弹性层，所述内层弹性层的内壁形成所述弹性系泊缆的内壁，所述外层弹性层套设在所述内层弹性层的外侧，所述金属套连接于所述内层弹性层的内侧壁上，所述金属套与所述内层弹性层同轴设置，所述金属套靠近所述弹性系泊缆的端部。

2.根据权利要求1所述的弹性系泊缆，其特征在于，多层所述弹性层包括第一弹性层，所述第一弹性层包括弹性层本体和金属丝，所述金属丝嵌设并缠绕在所述弹性层本体内，所述金属丝位于所述弹性系泊缆的端部区域。

3.根据权利要求2所述的弹性系泊缆，其特征在于，所述弹性系泊缆的两端均设有所述金属丝。

4.根据权利要求1所述的弹性系泊缆，其特征在于，所述弹性系泊缆的两端均设有所述金属套。

5.根据权利要求1或4所述的弹性系泊缆，其特征在于，所述金属套的外侧壁上具有限位凸起，所述限位凸起的凸出方向与所述弹性系泊缆的径向一致，且所述限位凸起的端部位于所述内层弹性层内。

6.根据权利要求5所述的弹性系泊缆，其特征在于，所述外层弹性层为一层或多层。

7.根据权利要求6所述的弹性系泊缆，其特征在于，所述内层弹性层围绕的空间内填充有防冻液。

8.一种海洋观测系统，其特征在于，包括浮标、权利要求1-7任一项所述的弹性系泊缆、接驳盒和两个金属连接件，两个金属连接件分别设置于所述弹性系泊缆的两端，且所述金属连接件与所述弹性系泊缆的弹性层连接；

两个所述金属连接件中的一者用于连接所述弹性系泊缆与所述浮标，另一者用于连接所述弹性系泊缆与所述接驳盒。

Images