CN113393959B - 海缆及其制造方法、涂覆设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种海缆及其制造方法、涂覆设备，涉及海缆技术领域，用于解决海缆金属屏蔽层的圆整度较低和不耐疲劳的技术问题。该海缆包括缆芯，缆芯包括多根相绞合的电单元，每根电单元沿径向由内至外依次包括导体、绝缘层以及非金属屏蔽层；非金属屏蔽层的材质包括碳纤维、油墨和树脂胶体。本发明提供的海缆用于在海上平台与陆地之间以及不同的海上平台之间进行通讯与电力传输。

Description

海缆及其制造方法、涂覆设备

技术领域

本发明涉及海缆技术领域，尤其涉及一种海缆及其制造方法、涂覆设备。

背景技术

海缆通常用于在海上平台与陆地之间以及不同的海上平台之间进行通讯与电力传输，随着海洋资源的开发与利用，诸如海洋油气平台、海上风机、波浪能发电机、潮汐能发电机等海上平台逐渐增多，对于海缆的需求也逐渐增大。

海缆的缆芯包括导体与包覆在导体外的绝缘层，在导体传输电磁信号时，为了减少导体对外界产生的电磁干扰，以及限制外界电磁场对导体内电磁信号产生的影响，通常在绝缘层外设置屏蔽层。常见的屏蔽层为金属屏蔽层，金属屏蔽层可分为铜丝类结构、铜带类结构以及铜管类结构。铜丝类结构的金属屏蔽层由铜丝绕包在绝缘层外形成，铜带类结构的金属屏蔽层由铜带绕包在绝缘层外形成，铜管类结构的金属屏蔽层由铜制波纹管套设在绝缘层外形成。上述金属屏蔽层均可起到减少电磁干扰的效果减少导体对外界产生的电磁干扰，以及限制外界电磁场对导体内部电磁信号产生的影响。

然而，上述金属屏蔽层的圆整度较低。

发明内容

鉴于上述问题，本发明实施例提供一种海缆及其制造方法、涂覆设备，用于提高海缆屏蔽层的圆整度。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

本发明实施例提供了一种海缆，其中，所述海缆包括缆芯，所述缆芯包括多根相绞合的电单元，每根所述电单元沿径向由内至外依次包括导体、绝缘层以及非金属屏蔽层；所述非金属屏蔽层的材质包括碳纤维、油墨和树脂胶体。

本发明实施例提供的海缆具有如下优点：

本发明实施例提供的海缆的缆芯包括多根相绞合的电单元，每根点单元的导体外包覆有绝缘层，绝缘层外包覆有非金属屏蔽层，且非金属屏蔽层的材质包括碳纤维、油墨和树脂胶体。如此设置，使得本发明实施例提供的海缆的屏蔽层为非金属材料，可以通过向绝缘层外表面喷涂、刷涂或浸涂上述材质，以形成非金属屏蔽层。无需采用绕包的方式，非金属屏蔽层不会产生缝隙，也不会出现搭盖处与间隙处厚度不同的问题，且非金属屏蔽层可弯曲性较强，无需制成波纹管状，从而提高了非金属屏蔽层的圆整度，即提高了海缆屏蔽层的圆整度。

如上所述的海缆，其中，所述碳纤维均匀混合在所述油墨和所述树脂胶体中。

如上所述的海缆，其中，所述非金属屏蔽层中，所述碳纤维的质量分数为51.5％，所述油墨的质量分数为28.6％，所述树脂胶体的质量分数为19.9％。

如上所述的海缆，其中，所述缆芯还包括多根耦合单元，多根所述耦合单元与多根所述电单元绞合；

每根所述耦合单元包括耦合单元芯，所述耦合单元芯包括光单元与多根地线，多根所述地线绕所述光单元周向绞合。

如上所述的海缆，其中，以垂直于所述缆芯的中心线的平面为截面，多根所述耦合单元位于多根相绞合的电单元的外侧，且每相邻的两个所述电单元之间设有一根所述耦合单元。

如上所述的海缆，其中，所述缆芯还包括填充在所述电单元与耦合单元、电单元与电单元之间的间隙中的填充件。

如上所述的海缆，其中，所述海缆还包括沿所述缆芯径向由内至外依次包覆在所述缆芯外的内护套、第一铠装层、铠装垫层、第二铠装层、包带层以及外护套。

本发明实施例还提供了一种海缆的制造方法，其中，所述海缆的制造方法包括：

提供导体；

在所述导体的外表面挤包绝缘层；

在所述绝缘层外周面涂覆混合材料，形成非金属屏蔽层；其中，所述混合材料包括碳纤维、油墨以及树脂胶体；

在所述非金属屏蔽层外周面挤包第一护套层，所述第一护套层、所述非金属屏蔽层、所述绝缘层和所述导体形成电单元。

本发明实施例提供的海缆的制造方法具有如下优点：

本发明实施例提供的海缆的制造方法首先提供导体；其次在导体的外表面挤包绝缘层；然后在绝缘层外周面涂覆混合材料，形成非金属屏蔽层；其中，混合材料包括碳纤维、油墨以及树脂胶体；最后在非金属屏蔽层外周面挤包第一护套层，形成电单元。这样设计，可通过涂覆的方式非金属屏蔽层时，无需采用绕包的方式，非金属屏蔽层不会产生缝隙，也不会出现搭盖处与间隙处厚度不同的问题，且非金属屏蔽层可弯曲性较强，无需制成波纹管状，从而提高了非金属屏蔽层的圆整度，即提高了海缆屏蔽层的圆整度。

如上所述的海缆的制造方法，其中，所述海缆的制造方法还包括：

提供填充件、光单元和多根地线；

将多根所述地线绕所述光单元周向绞合，形成耦合单元芯；

在耦合单元芯外挤出第二护套层，形成耦合单元；

将多根所述耦合单元、多根所述电单元以及所述填充件一起绞合，形成缆芯。

如上所述的海缆的制造方法，其中，在将多根所述耦合单元、多根所述电单元以及所述填充件一起绞合，形成缆芯的步骤之后，还包括：

在所述缆芯外挤包内护套层；

在所述内护套层外绞合形成第一铠装层；

在所述第一铠装层外绕包铠装垫层；

在所述铠装垫层外绞合形成第二铠装层；

在所述第二铠装层外绕包包带层；

在所述包带层外挤包外护套层。

本发明实施例还提供了一种涂覆设备，其中，所述涂覆设备包括机体，所述机体内设置有芯线通道、进料通道以及出料通道；所述进料通道与所述芯线通道连通，所述出料通道与所述芯线通道连通，工作时，所述芯线通道内放置有电单元，所述电单元包括导体和包覆在所述导体外的绝缘层；

所述进料通道用于向所述芯线通道内输入形成非金属屏蔽层的混合材料，一部分所述混合材料涂覆在所述绝缘层上，形成所述非金属屏蔽层；另一部分所述混合材料自所述出料通道排出所述芯线通道；所述混合材料包括碳纤维、油墨和树脂胶体。

本发明实施例提供的涂覆设备具有如下优点：

本发明实施例提供的涂覆设备的机体内设置有芯线通道、进料通道以及出料通道，进料通道与出料通道均与芯线通道连通，工作时，芯线通道内放置包括导体和包覆在导体外的绝缘层，形成非金属屏蔽层的混合材料中的一部分可以从进料通道流入芯线通道，在绝缘层上形成非金属屏蔽层，另一部分混合材料自出料通道排出芯线通道。其中，混合材料包括碳纤维、油墨和树脂胶体。这样设计，可以通过涂覆的方式绝缘层外形成非金属屏蔽层，无需采用绕包的方式形成屏蔽层，非金属屏蔽层不会产生缝隙，也不会出现搭盖处与间隙处厚度不同的问题，且非金属屏蔽层可弯曲性较强，无需制成波纹管状，从而提高了非金属屏蔽层的圆整度，即提高了海缆屏蔽层的圆整度。

如上所述的涂覆设备，其中，所述进料通道包括设置在所述芯线通道的内壁面上的环形槽道、多个第一半环形槽道和多个第二半环形槽道，所述环形槽道与所述芯线通道同轴心，且位于所述芯线通道的一端；

多个第一半环形槽道沿所述芯线通道的轴向排布，且通过第一输料支道依次连通，其中最靠近所述环形槽道的所述第一半环形槽道与所述环形槽道连通；

多个第二半环形槽道沿所述芯线通道的轴向排布，且通过第二输料支道依次连通；其中最靠近所述环形槽道的所述第二半环形槽道与所述环形槽道连通；且所述第二半环形槽道与所述第一半环形槽道沿所述芯线通道的轴向错位分布；

每个所述第一半环形槽道位于所述芯线通道的第一侧，每个所述第二半环形槽道位于所述芯线通道的第二侧，所述第一侧与所述第二侧沿所述芯线通道的径向相对。

如上所述的涂覆设备，其中，所述机体内设置有两个所述进料通道，且两个所述进料通道沿所述芯线通道轴向间隔排布；

所述进料通道的进料口位于所述芯线通道上侧，所述出料通道位于所述芯线通道下侧，且所述出料通道位于两个所述进料通道之间。

如上所述的涂覆设备，其中，所述出料通道包括的第三半环形槽道，所述第三半环形槽道设置在所述芯线通道的内壁面；

所述第三半环形槽道的槽底设置有第四半环形槽道，所述第四半环形槽道与所述出料口连通。

如上所述的涂覆设备，其中，所述涂覆设备还包括进料管和出料管，所述进料管包括主进料管路和两条进料支路，每条所述进料支路的一端与所述主进料管路连通，另一端对应连通一个所述进料口；

所述主进料管路上设置有注入量控制阀，每条进料支路上设置有温度控制阀；

所述出料管上设置有流出量控制阀。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中海缆的结构示意图；

图2为本发明实施例中缆芯的结构示意图；

图3为本发明实施例中电单元的结构示意图；

图4为本发明实施例中耦合单元的结构示意图；

图5为本发明实施例中涂覆设备结构示意图；

图6为本发明实施例中进料通道与出料通道的结构示意图；

图7为本发明实施例中芯线通道的结构示意图。

附图标记说明：

100：缆芯； 110：电单元；

111：导体； 112：绝缘层；

113：非金属屏蔽层； 114：第一护套层；

120：耦合单元； 121：光单元；

122：地线； 123：第二护套层；

130：填充件； 200：内护套；

300：第一铠装层； 400：铠装垫层；

500：第二铠装层； 600：包带层；

700：外护套； 800：机体；

811：进料口； 812：环形槽道；

813：第一半环形槽道； 814：第二半环形槽道；

815：第一输料支道； 816：第三半环形槽道；

817：第四半环形槽道； 818：出料口；

819：螺旋挤出机构； 820：芯线通道；

821：待涂覆芯线； 822：定位板；

823：外模具； 824：内模具；

825：第二输料支道； 910：主进料管路；

911：注入量控制阀； 920：进料支路；

921：温度控制阀； 930：出料管；

931：流出量控制阀。

具体实施方式

海缆中常见的屏蔽层为金属屏蔽层，金属屏蔽层可分为铜丝类结构、铜带类结构以及铜管类结构。铜丝类结构的金属屏蔽层由铜丝绕包在绝缘层外形成，铜带类结构的金属屏蔽层由铜带绕包在绝缘层外形成，铜管类结构的金属屏蔽层由铜制波纹管套设在绝缘层外形成。然而，铜丝绕包在绝缘层外时，无论是梳绕还是密绕，相邻的铜丝圈之间都会出现缝隙，导致金属屏蔽层的圆整度较低；铜带绕包在绝缘层外时，搭盖处(重叠部分)与间隙处(非重叠部分)的厚度不同，导致金属屏蔽层的圆整度较低；而采用铜管类结构形成金属屏蔽层时，为了保证海缆的可弯曲性，通常采用铜制波纹管，由于铜制波纹管自身的表面为波纹的形式，导致金属屏蔽层的圆整度较低。其中，圆整度可以理解为屏蔽层外周面的平整程度。

针对上述问题，本发明实施例提供的海缆的屏蔽层为非金属屏蔽层，非金属屏蔽层的材质包括碳纤维、油墨和树脂胶体。在生产过程中，可以通过向绝缘层外表面喷涂、刷涂或浸涂上述材质，以形成该非金属屏蔽层。上述生产过程无需采用绕包的方式，非金属屏蔽层不会产生缝隙，也不会出现搭盖处与间隙处厚度不同的问题，且非金属屏蔽层可弯曲性较强，无需制成波纹管状，从而提高了非金属屏蔽层的圆整度，即提高了海缆屏蔽层的圆整度。

为了使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。

如图1-图4所示，本发明实施例提供了一种海缆，包括缆芯100，缆芯100包括多根相绞合的电单元110，每根电单元110沿径向由内至外依次包括导体111、绝缘层112以及非金属屏蔽层113；非金属屏蔽层113的材质包括碳纤维、油墨和树脂胶体。

由于非金属屏蔽层113的材质包括碳纤维，而碳纤维具备屏蔽电磁信号的功能，从而使得该非金属屏蔽层113能够屏蔽电磁信号。并且碳纤维可混合在油墨与树脂胶体之中形成混合材料，从而均匀的黏着在绝缘层112表面，使得非金属屏蔽层113的屏蔽性能均一性较好。

并且在非金属屏蔽层113的生产过程中，可以通过向绝缘层112外周面喷涂、刷涂或浸涂上述混合材料，以形成该非金属屏蔽层113。上述生产过程无需采用绕包的方式，非金属屏蔽层113不会产生缝隙，也不会出现搭盖处与间隙处厚度不同的问题，且非金属屏蔽层113可弯曲性较强，无需制成波纹管状，从而提高了非金属屏蔽层113的圆整度，进而降低了海缆后续的生产加工难度，利于海缆在水下的密封。

此外，在海缆工作时，金属屏蔽层会产生感应电流，感应电流会产生热量，破坏海缆的电气性能；而相比金属屏蔽层，非金属屏蔽层113产生的感应电流可以忽略，由感应电流产生的热量可以忽略不计，从而提高了电缆的电气性能；且非金属屏蔽层相比金属屏蔽层的耐疲劳能力更强。

参照图2和图3，本发明实施例提供的海缆包括缆芯100，缆芯100包括多根相绞合的电单元110，电单元110可用于导电和通讯，每根电单元110沿径向由内至外依次包括导体111、绝缘层112以及非金属屏蔽层113。根据实际使用时的电压等级和短路要求，导体111的材料可以为铜、铝或其他金属材料。示例性的，导体111由铜丝或铝丝绞合而成。

绝缘层112包覆导体111的外周面，绝缘层112的材料可以为聚氯乙烯、交联聚乙烯等，通过设置绝缘层112，可以使导体111与外界环境或相邻的导体111绝缘，保障海缆的电气性能。

非金属屏蔽层113包覆绝缘层112的外周面，当导体111传输电磁信号时，非金属屏蔽层113可以减少导体111对外界产生的电磁干扰，且限制外界电磁场对导体111内电磁信号产生的影响。

非金属屏蔽层113的材质包括碳纤维、油墨以及树脂胶体，在形成非金属屏蔽层113时，可以先使碳纤维、油墨以及树脂胶体共同形成混合材料，该混合材料在常温下为固体混合物，受热时呈熔融状态，可以流动；再通过涂覆设备将该混合材料加热至熔融状态，并将其涂覆在绝缘层112的外周面上，形成非金属屏蔽层113。

进一步的，碳纤维均匀的混合在油墨和树脂胶体中。在一些具体的实施例中，非金属屏蔽层中碳纤维的质量分数为51.5％，油墨的质量分数为28.6％，树脂胶体的质量分数为19.9％。

碳纤维具有屏蔽功能，在油墨和树脂胶体的辅助作用下，碳纤维可以均匀黏着在绝缘层112表面，从而使非金属屏蔽层113有效起到屏蔽电磁信号的作用，且使非金属屏蔽层113的屏蔽效果较为均一。

此外，相比金属屏蔽层，由上述混合材料形成的非金属屏蔽层113还具有优良的耐疲劳、耐海水以及抗摩擦损伤性能，可以起到防水阻水的作用。且在电磁屏蔽效果相同时，非金属屏蔽层113的厚度比金属屏蔽层薄，可以减小海缆的截面积，增大空间利用率。

进一步的，在一些实施例中，每根电单元110还包括包覆在非金属屏蔽层113外周面的第一护套层114，第一护套层114为分相护套。示例性的，可通过在非金属屏蔽层113外挤包PE材料形成第一护套层114。

通过设置第一护套层114，可以防止多根电单元110的非金属屏蔽层113直接接触，从而避免多根电单元110的非金属屏蔽层113之间的磨损，并进一步起到防水阻水的作用。

参照图2和图4，缆芯100还包括多根耦合单元120，多根耦合单元120与多根电单元110绞合，每根耦合单元120包括耦合单元芯，耦合单元芯包括光单元121与多根地线122，多根地线122绕光单元121周向绞合。

其中，光单元121可以为中心管式结构，包括外套管与数根设置在外套管内部的光纤，外套管可以为金属管或非金属管。地线122可以为铜导体或铝导体构成，在本实施例中，地线122为铜导体。

光单元121可用于传输信号，地线122可作为短路电流的回路，用于承载短路电流，从而与非金属屏蔽层113一起对海缆进行有效的电磁防护。通过设置多根地线122绕光单元121周向绞合，可以使光单元121与多根地线122合为一根缆线结构，从而有效利用缆芯100的截面空间，降低成缆工艺难度。

可以理解的是，如果实际使用时电单元中的电压等级较低和/或短路电流较小，耦合单元120中的地线122可以省去，从而降低成本。

进一步的，在一些实施例中，耦合单元120还包括第二护套层123，第二护套层123包覆在耦合单元芯外。示例性的，可通过在耦合单元芯外挤出一层PE材料，形成第二护套层123。这样设置，可以保护地线122与光单元121。

由于本发明实施例提供海缆的缆芯100包括电单元110与耦合单元120，且耦合单元120包括地线122与光单元121，因此，本发明实施例提供的海缆可同时解决设备用电、信号传输等问题。

电单元110与耦合单元120的数量可以相同，也可以不同，参照图1，在一种具体的实施例中，电单元110与耦合单元120的数量相同，均为三根，三根电单元110可用于输送三相电流。

在一些实施例中，参照图1，以垂直于缆芯100的中心线的平面为截面，多根耦合单元120位于多根相绞合的电单元110的外侧，且每相邻的两个电单元110之间设有一根耦合单元120。这样设置，使得耦合单元120布置在电单元110之间的空隙中，提高了缆芯100的圆整度，可有效利用海缆的内部空间，便于后续成缆加工，且优化海缆的电气性能。

根据实际使用工况，可以调整缆芯100中耦合单元120的数量，例如，当信号传输量较小时，可以相应的减少耦合单元120的数量；当信号传输量较大时，可以相应的增加耦合单元120的数量。此外，也可根据实际使用工况调整每根光单元121中的光纤数量，例如，当信号传输量较小时，可以相应的减少每根光单元121中的光纤数量；当信号传输量较大时，可以相应的增加每根光单元121中的光纤数量。

参照图1和图2，本发明实施例提供的缆芯100还包括填充在电单元110与耦合单元120、电单元110与电单元110之间的间隙中的填充件130，填充件130可以为棉布带、绳子等。通过设置填充件130，可以提高缆芯100的圆整度，降低后续在缆芯100外形成内护套200、铠装层等结构层时的加工难度。填充件130可以与电单元110以及耦合单元120共同绞合，从而填充于电单元110与耦合单元120、电单元110与电单元110之间的间隙中。

继续参照图1，本发明实施例提供的海缆还包括沿缆芯100径向由内至外依次包覆在缆芯100外的内护套200、第一铠装层300、铠装垫层400、第二铠装层500、包带层600以及外护套700。

内护套200包覆在缆芯100的外周面，用于将缆芯100与第一铠装层300隔开，保护缆芯100的结构，且内护套200还可以起到防水阻水的功能。内护套200的材料可以为聚乙烯、聚氯乙烯、氯丁橡胶等。示例性的，可通过挤包的方式在缆芯100的外周面形成内护套200。

第一铠装层300包覆在内护套200的外周面，可以增大海缆的机械强度。第一铠装层300可以采用圆钢丝、扁钢丝、圆铜丝或扁铜丝绞合而成。

铠装垫层400包覆在第一铠装层300的外周面，用于将第一铠装层300与第二铠装层500隔开，防止第一铠装层300与第二铠装层500相互磨损。铠装垫层400的材料可以为聚乙烯、聚氨酯、橡胶等。

第二铠装层500包覆在铠装垫层400的外周面，可以进一步增大海缆的机械强度。第二铠装层500可以采用圆钢丝、扁钢丝、圆铜丝或扁铜丝绞合而成，且第二铠装层500的绞合方向与第一铠装层300的绞合方向相反，这样设置，可以使海缆结构整体呈扭矩平衡状态，提高海缆的弯曲性能与抗拉伸性能。

包带层600包覆在第二铠装层500的外周面，通过设置包带层600，利于形成外护套700，包带层600可以采用铜塑复合带或铝塑复合带搭盖绕包形成。

外护套700包覆在包带层600的外周面，用于将包带层600、第二铠装层500与外界隔开，起到防水阻水的作用，从而防止外界海水腐蚀第二铠装层500。外护套700的材料可以为聚乙烯、聚氨酯、橡胶等，示例性的，可通过挤包的方式在第二铠装层500外形成外护套700。

由上述实施例可知，本发明实施例提供的海缆的电单元110中的导体111与外界海水之间有四层防水结构，分别为非金属屏蔽层113、第一护套层114、内护套200、外护套700，通过上述四层防水结构，可以提高海缆在深海环境条件下的适应性，在部分防水结构发生损坏时，另一部分防水结构仍能正常工作，提高了海缆的安全裕度。

可以理解的是，根据海缆的实际使用工况，可以相应去除第一护套层114、内护套200、铠装层和外护套700等结构。

本发明实施例还提供了一种海缆的制造方法，包括：

提供导体；其中，导体可以由铜丝或铝丝绞合而成；

在导体的外表面挤包绝缘层；即在导体的外表面挤塑包覆绝缘层材料，形成绝缘层，绝缘层材料可参考上述装置实施例，此处不作赘述；

在绝缘层的外周面涂覆混合材料，形成非金属屏蔽层；其中，混合材料包括碳纤维、油墨以及树脂胶体；在一种具体的实施方式中，采用涂覆设备在绝缘层的外周面涂覆混合材料，形成非金属屏蔽层，涂覆设备将在下文进行介绍，此处不作赘述；

在一些具体的实施例中，混合材料中碳纤维的质量分数为51.5％，油墨的质量分数为28.6％，树脂胶体的的质量分数为19.9％。

在非金属屏蔽层外周面挤包第一护套层，第一护套层、非金属屏蔽层、绝缘层和导体形成电单元。即在非金属屏蔽层的外周面挤塑包覆第一护套层材料，形成第一护套层，进而形成电单元，第一护套层材料可以为PE材料。

在上述海缆的制造方法中，无需采用绕包的方式形成非金属屏蔽层，非金属屏蔽层不会产生缝隙，也不会出现搭盖处与间隙处厚度不同的问题，且非金属屏蔽层可弯曲性较强，无需制成波纹管状，从而提高了非金属屏蔽层的圆整度，进而降低了海缆后续的生产加工难度，利于海缆在水下的密封。

此外，在海缆工作时，金属屏蔽层会产生感应电流，感应电流会产生热量，破坏海缆的电气性能；而相比金属屏蔽层，采用上述方法形成的非金属屏蔽层产生的感应电流可以忽略，由感应电流产生的热量可以忽略不计，从而提高了电缆的电气性能。

在一些实施例中，海缆的制造方法还包括：

提供填充件、光单元和多根地线；

将多根地线绕光单元周向绞合，形成耦合单元芯；

在耦合单元芯外挤出第二护套层，形成耦合单元；具体的，在耦合单元芯外部挤出一层PE材料，以形成第二护套层。

将多根耦合单元、电单元以及填充件一起绞合，形成缆芯。

可以理解的是，电单元与耦合单元可以同时生产制造；也可以先制造耦合单元，再制造电单元；或者先制造电单元，在制造耦合单元，此处不做限制。

示例性地，本实施例可以参见上述装置实施例，其原理和技术效果类似，不再赘述。

在一些实施方式中，以垂直于缆芯100的中心线的平面为截面，多根耦合单元120位于多根相绞合的电单元110的外侧，且每相邻的两个电单元110之间设有一根耦合单元120。这样设置，耦合单元120布置在电单元110之间的空隙中，提高了缆芯100的圆整度，可有效利用海缆的内部空间，便于后续成缆加工，且优化海缆的电气性能。

进一步的，在将多根耦合单元、多根电单元以及填充件一起绞合，形成缆芯的步骤之后，还包括：

在缆芯外挤包内护套层；

在内护套层外绞合形成第一铠装层；

在第一铠装层外绕包铠装垫层；

在铠装垫层外绞合形成第二铠装层；

在第二铠装层外绕包包带层；

在包带层外挤包外护套层。

示例性地，上述各方法实施例中各层的材料与结构均可以参见上述装置实施例，其原理和技术效果类似，不再赘述。

本发明实施例还提供了一种涂覆设备，可用于形成上述实施例中海缆的非金属屏蔽层。

参照图5-图7，本发明实施例提供的涂覆设备包括机体800、进料管以及出料管930，机体800内设置有芯线通道820、进料通道以及出料通道，进料通道与芯线通道820连通，出料通道与芯线通道820连通，工作时，芯线通道820内放置有电单元，电单元包括导体和包覆在导体外的绝缘层。进料通道用于向芯线通道820内输入形成非金属屏蔽层的混合材料，一部分混合材料涂覆在绝缘层上，形成非金属屏蔽层；另一部分混合材料自出料通道排出芯线通道820；混合材料包括碳纤维、油墨和树脂胶体。其中，混合材料在进入进料通道前加热为熔融状态。

在一些具体的实施例中，混合材料中碳纤维的质量分数为51.5％，油墨的质量分数为28.6％，树脂胶体的的质量分数为19.9％。

由于电单元的长度往往大于芯线通道820的长度，因此，当上述涂覆设备工作时，同一时间只有一部分电单元位于芯线通道820内，为了在其余部分的电单元的绝缘层表面也形成非金属屏蔽层，可以控制电单元沿芯线通道820的轴向运动，使电单元中的不同部分依次经过芯线通道820。为了描述方便，下文将仅包括导体和绝缘层，还未形成非金属屏蔽层的电单元定义为待涂覆芯线821。

如图5所示，本发明实施例提供的涂覆设备包括机体800，机体800可以为柱形，机体800内设置有芯线通道820。

芯线通道820沿机体800的中心轴贯穿机体800，用于放置待涂覆芯线821。参照图6和图7，在一些实施方式中，芯线通道820的入口与出口处均开着有环形凹槽，环形凹槽的槽底设置有定位板822，定位板822上设置有内模具824与外模具823。其中，内模具824靠近芯线通道820的中部，外模具823远离芯线通道820的中部，定位板822可用于进行内模具824与外模具823的固定和更换。通过内模具824与外模具823可以控制涂覆层的形状与厚度，并且使涂覆层光滑平整。

机体800内还设置有进料通道，在一些实施例中，进料通道包括环形槽道812、多个第一半环形槽道813以及多个第二半环形槽道814，环形槽道812、多个第一半环形槽道813以及多个第二半环形槽道814均设置在芯线通道820的内壁面；环形槽道812与芯线通道820同轴心，且位于芯线通道的一端，环形槽道812与进料通道的进料口811连通。

多个第一半环形槽道813沿芯线通道820的轴向排布，且通过第一输料支道815依次连通；其中最靠近环形槽道812的第一半环形槽道813与环形槽道812连通；多个第二半环形槽道814沿芯线通道820的轴向排布，且通过第二输料支道825依次连通；其中最靠近环形槽道812的第二半环形槽814与环形槽道812连通。每个第一半环形槽道813位于芯线通道820的第一侧，每个第二半环形槽道814位于芯线通道820的第二侧，第一侧与第二侧沿芯线通道的径向相对，且第二半环形槽道814与第一半环形槽道813沿芯线通道820的轴向错位分布。

这样设置，混合材料从进料通道的进料口811进入进料通道后，可沿环形槽道812-第一输料支道815-第一半环形槽道813-芯线通道820-待涂覆芯线表面的路径、以及环形槽道812-第二输料支道825-第二半环形槽道814-芯线通道820-待涂覆芯线表面的路径喷涂挤压涂覆在待涂覆芯线821表面，即分别从待涂覆芯线821两侧进行涂覆，相比从待涂覆芯线821一侧进行涂覆，可以形成厚度更为均匀的涂覆层，即厚度更为均匀的非金属屏蔽层，提高非金属屏蔽层的圆整度。

且通过设置多个第一半环形槽道813与多个第二半环形槽道814，可以从待涂覆芯线821表面的多个不同位置同时进行涂覆，提高涂覆速度。

进料通道的数量可以为多个，也可以为一个，在本实施例中，机体800内设置有两个进料通道，且两个进料通道沿芯线通道820轴向间隔排布；进料通道的进料口位于芯线通道上侧，出料通道位于芯线通道下侧，且出料通道位于两个进料通道之间。这样设置，可以使非金属屏蔽层的厚度更为均匀。且可以提高混合材料流动方向与重力方向的一致性，从而降低能耗。

进一步的，进料通道的进料口811连通有进料管，进料管位于机体800的上方。进料管包括主进料管路910和两条进料支路920，主进料管路910上设置有混合材料入口，混合材料入口的结构可以根据实际使用要求进行改变。每条进料支路920的一端与主进料管路910连通，另一端对应连通一个进料口811。

在一些实施例中，主进料管路910上设置有注入量控制阀911，每条进料支路920上设置有温度控制阀921。通过注入量控制阀911可以控制混合材料的注入量，从而控制涂覆层的厚度，即控制上述海缆中非金属屏蔽层的厚度。通过温度控制阀921可以控制混合材料的温度，从而控制混合材料的冷却时间。

参照图5-图7，进料管与两个进料口811的两个连通处还分别设置有一个螺旋挤出机构819，通过该螺旋挤出机构819，可以将混合材料挤入机体800内的通道中。

机体800内还设置有出料通道，出料通道包括第三半环形槽道816，第三半环形槽道816设置在芯线通道820的内壁面，第三半环形槽道816位于芯线通道820的下侧，且第三半环形槽道816位于两个进料通道之间。第三半环形槽道816的槽底设置有第四半环形槽道817，第四半环形槽道817与出料通道的出料口818连通。这样设置，可以使涂覆层的厚度更为均匀，即非金属屏蔽层的厚度更为均匀。且通过设置第四半环形槽道817，可以减小出料口818与第三半环形槽道816槽底连通处的压降，保护机体结构。

在一些实施例中，第三半环形槽道816与两个进料口811之间的距离相等。

出料口818连通有出料管930，出料管上设置有混合材料出口，混合材料出口的结构可以根据实际使用要求进行改变。出料管930上还设置有流出量控制阀931。

通过出料管930上的流出量控制阀931可以控制流出的混合材料量，从而控制涂覆层的厚度，且避免浪费材料。

可以理解的是，除了通过控制混合材料的注入量与流出量以外，还可以通过控制待涂覆芯线821通过芯线通道820的速度以及通过控制模具口的大小来控制形成在待涂覆芯线821上涂覆层的厚度。

本说明书中各实施例或实施方式采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分相互参见即可。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

在本说明书的描述中，参考术“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的范围。

Claims (12)

1.一种涂覆设备，其特征在于，用于形成海缆的非金属屏蔽层；所述涂覆设备包括机体，所述机体内设置有芯线通道、进料通道以及出料通道；

所述进料通道与所述芯线通道连通，所述出料通道与所述芯线通道连通，工作时，所述芯线通道内放置有电单元，所述电单元包括导体和包覆在所述导体外的绝缘层；

所述进料通道用于向所述芯线通道内输入形成非金属屏蔽层的混合材料，一部分所述混合材料涂覆在所述绝缘层上，形成所述非金属屏蔽层；另一部分所述混合材料自所述出料通道排出所述芯线通道；所述混合材料包括碳纤维、油墨和树脂胶体；

所述进料通道包括设置在所述芯线通道的内壁面上的环形槽道、多个第一半环形槽道和多个第二半环形槽道，所述环形槽道与所述芯线通道同轴心，且位于所述芯线通道的一端；

多个第一半环形槽道沿所述芯线通道的轴向排布，且通过第一输料支道依次连通，其中最靠近所述环形槽道的所述第一半环形槽道与所述环形槽道连通；

多个第二半环形槽道沿所述芯线通道的轴向排布，且通过第二输料支道依次连通；其中最靠近所述环形槽道的所述第二半环形槽道与所述环形槽道连通；且所述第二半环形槽道与所述第一半环形槽道沿所述芯线通道的轴向错位分布；

每个所述第一半环形槽道位于所述芯线通道的第一侧，每个所述第二半环形槽道位于所述芯线通道的第二侧，所述第一侧与所述第二侧沿所述芯线通道的径向相对。

2.根据权利要求1所述的涂覆设备，其特征在于，所述机体内设置有两个所述进料通道，且两个所述进料通道沿所述芯线通道轴向间隔排布；

所述进料通道的进料口位于所述芯线通道上侧，所述出料通道位于所述芯线通道下侧，且所述出料通道位于两个所述进料通道之间。

3.根据权利要求2所述的涂覆设备，其特征在于，所述出料通道包括第三半环形槽道，所述第三半环形槽道设置在所述芯线通道的内壁面；

所述第三半环形槽道的槽底设置有第四半环形槽道，所述第四半环形槽道与所述出料通道的出料口连通。

4.根据权利要求1-3任一项所述的涂覆设备，其特征在于，所述涂覆设备还包括进料管和出料管，所述进料管包括主进料管路和两条进料支路，每条所述进料支路的一端与所述主进料管路连通，另一端对应连通一个所述进料口；

所述主进料管路上设置有注入量控制阀，每条进料支路上设置有温度控制阀；

所述出料管上设置有流出量控制阀。

5.一种海缆，其特征在于，包括缆芯，所述缆芯包括多根相绞合的电单元，每根所述电单元沿径向由内至外依次包括导体、绝缘层以及如权利要求1-4任一项所述涂覆设备形成的非金属屏蔽层；

所述非金属屏蔽层的材质包括碳纤维、油墨和树脂胶体，将所述碳纤维、所述油墨和所述树脂胶体熔融后，喷涂、刷涂或浸涂在所述绝缘层的外周面，所述碳纤维、所述油墨和所述树脂胶体固化形成所述非金属屏蔽层；

所述碳纤维均匀混合在所述油墨和所述树脂胶体中；

所述非金属屏蔽层中，所述碳纤维的质量分数为51.5％，所述油墨的质量分数为28.6％，所述树脂胶体的质量分数为19.9％。

6.根据权利要求5所述的海缆，其特征在于，所述缆芯还包括多根耦合单元，多根所述耦合单元与多根所述电单元绞合；

每根所述耦合单元包括耦合单元芯，所述耦合单元芯包括光单元与多根地线，多根所述地线绕所述光单元周向绞合。

7.根据权利要求6所述的海缆，其特征在于，以垂直于所述缆芯的中心线的平面为截面，多根所述耦合单元位于多根相绞合的电单元的外侧，且每相邻的两个所述电单元之间设有一根所述耦合单元。

8.根据权利要求7所述的海缆，其特征在于，所述缆芯还包括填充在所述电单元与耦合单元、电单元与电单元之间的间隙中的填充件。

9.根据权利要求8所述的海缆，其特征在于，所述海缆还包括沿所述缆芯径向由内至外依次包覆在所述缆芯外的内护套、第一铠装层、铠装垫层、第二铠装层、包带层以及外护套。

10.一种海缆的制造方法，其特征在于，用于制造如权利要求5-9任一项所述的海缆；包括：

提供导体；

在所述导体的外表面挤包绝缘层；

在所述绝缘层外周面涂覆混合材料，形成非金属屏蔽层；其中，所述混合材料包括碳纤维、油墨以及树脂胶体；所述碳纤维均匀混合在所述油墨和所述树脂胶体中；

所述非金属屏蔽层中，所述碳纤维的质量分数为51.5％，所述油墨的质量分数为28.6％，所述树脂胶体的质量分数为19.9％；

在所述非金属屏蔽层外周面挤包第一护套层，所述第一护套层、所述非金属屏蔽层、所述绝缘层和所述导体形成电单元。

11.根据权利要求10所述的海缆的制造方法，其特征在于，所述海缆的制造方法还包括：

提供填充件、光单元和多根地线；

将多根所述地线绕所述光单元周向绞合，形成耦合单元芯；

在耦合单元芯外挤出第二护套层，形成耦合单元；

将多根所述耦合单元、多根所述电单元以及所述填充件一起绞合，形成缆芯。

12.根据权利要求11所述的海缆的制造方法，其特征在于，在将多根所述耦合单元、多根所述电单元以及所述填充件一起绞合，形成缆芯的步骤之后，还包括：

在所述缆芯外挤包内护套层；

在所述内护套层外绞合形成第一铠装层；

在所述第一铠装层外绕包铠装垫层；

在所述铠装垫层外绞合形成第二铠装层；

在所述第二铠装层外绕包包带层；

在所述包带层外挤包外护套层。

Images