CN114496360A - 海底光电复合缆、海底光电复合缆制备方法及制备系统 - Google Patents

Abstract

一种海底光电复合缆包括中心加强件、位于中心加强件的外围的光单元、电单元及填充条，还包括绕包层、内护层、传感光纤、保护层及铠装层，绕包层、内护层、传感光纤、保护层及铠装层由内向外依次包覆于光单元、电单元及填充条外。本申请还提供了一种海底光电复合缆制备方法及制备系统。

Description

海底光电复合缆、海底光电复合缆制备方法及制备系统

技术领域

本发明涉及光纤领域，特别涉及海底光电复合缆、海底光电复合缆制备方法及制备系统。

背景技术

海底光电复合缆用于海洋区域的信号传输，为了感知适用海底光电复合缆所处的海洋环境，海底复合缆中设置有传感光纤，传感光纤设置于套管内，套管内的空袭通过油膏填充形成纤芯，纤芯与光电传输单元一起作为缆芯被包覆于保护外套内。上述海底光电复合缆由于传感光纤与光电传输单元均设置于缆的中心位置，存在信号干扰，且由于传感光纤位于缆芯中，使得感测缆外的海洋环境不够灵敏。

发明内容

有鉴于此，有必要提供可灵敏感测海洋环境的海底光电复合缆、海底光电复合缆制备方法及制备系统。

一种海底光电复合缆，包括中心加强件、位于中心加强件的外围的光单元、电单元及填充条，还包括绕包层、内护层、传感光纤、保护层及铠装层，绕包层、内护层、传感光纤、保护层及铠装层由内向外依次包覆于光单元、电单元及填充条外。

进一步地，在一些实施方式中，所述海底光电复合缆还包括外护层，所述外护层包覆于所述铠装层外。

进一步地，在一些实施方式中，所述填充条为纤维绳。

进一步地，在一些实施方式中，所述传感光纤包括多根平行排列固化形成的光纤带。

进一步地，在一些实施方式中，所述光单元包括光纤、纤膏、不锈钢管和保护套组成，所述光纤及所述纤膏置于所述不锈钢管内，所述保护套包覆于所述不锈钢管外。

进一步地，在一些实施方式中，所述电单元包括铜导体及包覆于铜导体外的绝缘层，所述铜导体为多根导体圆型导体丝线反向绞合结构。

一种海底光电复合缆制备方法，包括步骤:

将光单元、电单元以中心加强件为中心绞合于中心加强件外围；

采用单面金属塑面复合带搭接绕包于光单元、电单元和填充条外以形成绕包层；

通过挤塑成型形成包覆于绕包层外的内护层；

将传感光纤采用疏缝绕包于内护层外；

通过挤塑成型形成包覆于传感光纤外的保护层；

将钢丝铠装于保护层外以形成铠装层。

进一步地，在一些实施方式中，所述海底光电复合缆制备方法，还包括步骤：在铠装层外包覆外护层。

一种海底光电复合缆制备系统，包括绞体设备、退扭装置及铠装同步装置，所述退扭装置包括中空管及转动固定于中空管的多个第一滚动轴承，多个第一滚动轴承沿中空管的轴向间隔设置，用于穿设出绞体设备输出的缆芯并承载缆芯，以供铠装同步装置对缆芯进行铠装，所述缆芯包括中心加强件、光单元、电单元、填充条、绕包层、内护层、传感光纤、保护层及铠装层，光单元、电单元及填充条位于中心加强件的外围，绕包层、内护层、传感光纤、保护层及铠装层由内向外依次包覆于光单元、电单元及填充条外，所述铠装同步装置包括具有多个通孔的旋转盘及第二滚动轴承，通孔用于穿设钢丝，第二滚动轴承转动地置于旋转盘内，第二滚动轴承的中心孔用于穿设并承载穿设出退扭装置的缆芯，所述铠装同步装置用于将钢丝铠装于缆芯外。

进一步地，所述退扭装置还包括固定于中空管输出缆芯的一端的托持架，托持架包括固定于中空管的中空本体及凸出部，凸出部沿中空本体的周向向外延伸并位于中空管外。

上述海底光电复合缆、海底光电复合缆制备方法及制备系统将光单元及电单元设置于绕包层内侧，传感光纤设置于内护层与保护层之间，减少了光单元及电单元对传感光纤的信号干扰，且传感光纤较设置于绕包层内侧时离海洋中的水更近，从而可更灵敏地感测缆外的海洋环境。

进一步地，上述海底光电复合缆制备系统通过退扭装置及铠装同步装置将缆芯穿设并承载于第一滚动轴承或第二滚动轴承中，在通过绞体设备绞合钢丝实现对缆芯的铠装时，通过缆芯的自重及第一滚动轴承左右摆动的调整，缆芯不会随绞体设备转动，可将绞合产生的扭力向后推排，实现退扭；通过缆芯的自重及第二滚动轴承左右摇摆的方式，进行扭转复位，从而减少缆芯铠装过程中的扭转,增强海底光电复合缆的弯曲应变能力、抗拉强度等性能，提高了海底光电复合缆的适用性。

附图说明

图1为本申请提供的一种海底光电复合缆的示意图。

图2为图1中的光单元的示意图。

图3为图1中的电单元的示意图。

图4为本申请提供的一种海底光电复合缆制备方法的流程图。

图5为本申请提供的一种退扭装置的示意图。

图6为图5中的退扭装置中的第一滚动轴承的示意图。

图7为图5的退扭装置中的托持架的端面示意图。

图8为本申请提供的铠装同步装置的示意图。

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发明。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步详细说明。

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。

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发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明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，不是旨在于限制本发明。

请参阅图1至图3，本申请提供了一种海底光电复合缆100，其包括中心加强件1、光单元2、填充条3、电单元4、绕包层5、内护层6、传感光纤7、保护层8、铠装层9及外护层10。光单元2及电单元4位于中心加强件1的外围，绕包层5、内护层6、传感光纤7、保护层8、铠装层9及外护层10由内向外依次包覆于光单元2、电单元4及填充条3外，填充条4填充于绕包层5内侧与光单元2及电单元4之间。中心加强件1、光单元2、填充条3、电单元4、绕包层5、内护层6、传感光纤7及保护层8组成缆芯。铠装层9及外护层10包覆于缆芯外，用于保护缆芯。外护层10的层数可为一层或多层。

具体地，中心加强件1包括镀锌钢丝及套塑钢丝等，以增强缆的抗弯曲应变能力。在另一实施方式中，中心加强件1可为纤维绳。

光单元2包括光纤2a、纤膏2b、不锈钢管2c和保护套2d组成。光纤2a及纤膏2b置于不锈钢管2c内，保护套2d包覆于不锈钢管2c外。光单元2绞合前光纤设计余长为(1.5～3)％，纤膏2b采用非析氢材料，填充度不小于90％，不锈钢管2c一般选用由抗腐蚀能力较强的316L型不锈钢带焊接而成，保护套2d采用高密度聚乙烯或其他等效热塑性材料，厚度不小于1mm，可采用印字和颜色标识区分各个光单元2。

填充条3可采用高密度聚乙烯材料整根挤出而成，填充条3也使用撕裂绳等抗拉绳作为中心线以增加填充条3的抗拉强度，提高绞合缆芯的圆整度及增加缆芯的表面积。在一实施方式中，填充条3为具有导电功能的地线，地线与金属塑面复合带接触，加强运行状态监测和故障精确定位能力。

电单元4包括铜导体4a及包覆于铜导体4a外的绝缘层4b，铜导体4a可采用单根或多根圆型、异形导体丝线反向绞合结构。在一实施方式中，铜导体4a的截面积(2～4)mm²。绝缘层4b可采用绝缘性能较好的交联聚乙烯材料、低密度聚乙烯材料或者耐高温的高性能聚烯烃绝缘材料，其可以承受住护套层硫化密封时最高150℃高温。

光单元2、电单元4和填充条3围绕中心加强件1绞合形成，绞合节径比设置为8至12，光单元2、电单元4和填充条3可采用印字标识或者挤塑时增加色母改变护套颜色的方法进行区别，绞合间隙填充阻水材料。阻水材料包括但不限于热熔胶、单组分或双组份填充阻水胶。

绕包层5采用单面金属塑面复合带搭接绕包而成，绕包搭接率控制在(10～30)％，绕包方向和光单元2、电单元4和填充条3围绕中心加强件1绞合方向相反，金属面朝内，塑面向外。如此，绕包层5可起到馈电作用，以在海底光电复合缆100运行状态时对其进行监测及故障精确定位。

传感光纤7包括多根平行排列固化形成的光纤带，传感光纤可为对某些参数敏感的特种光纤，传感光纤7绕包于内护层6外，由一条或多条光纤带绕包而成，采用疏缝绕包。

保护层8和内护层6采用同种热塑性材料，具体的为采用高密度聚乙烯或者其他等效热塑性材料，两种材料挤出温度相同，两层材料沿着传感光纤7的缝隙粘连，将传感光纤7紧密嵌入。内护层6的厚度不小于1.5mm。

铠装层9由一层或两层耐腐蚀的镀锌钢丝、锌铝镁合金钢丝或其他等效材料绞合而成，用于为整根缆提供机械防护。在一实施方式中，一层钢丝绞合的方向为左向或者右向，节径比16～22倍。两层钢丝铠装选择同向或反向绞合，内层节径比比外层节径比大2。

外护层10用于保护钢丝镀层以提高缆的使用寿命。外护层10可采用高密度聚乙烯挤塑而成，其厚度不小于2.5mm，或采用两层聚丙烯绳反向缠绕而成，钢丝及聚丙烯绳间隙浇灌热填充粘结剂，以将钢丝或者聚丙烯绳粘结，有效降底海水对钢丝的腐蚀速度，从而保护钢丝镀层以提高缆的使用寿命。外护层10可用钢带绕包结构替代，为防止钢带断裂松散，钢带在纵向上每1～2m通过金属扎带或卡箍扎紧。

请参阅图4，本发明还提供了上述海底光电复合缆100的制备方法，制备方法包括以下所列步骤。

步骤S41：将光单元2、电单元4和填充条3以中心加强件1为中心绞合于中心加强件1外围。在一实施方式中，光单元2、电单元4和填充条3绞合于中心加强件1外围的绞合节径比设置为8至12。

步骤S42：采用单面金属塑面复合带搭接绕包于光单元2、电单元4和填充条3外以形成绕包层5。其中，绕包层5的绕包搭接率控制在(10～30)％，绕包方向和光单元2、电单元4和填充条3围绕中心加强件1绞合方向相反，金属面朝内，塑面向外。

步骤S43：通过挤塑成型形成包覆于绕包层5外的内护层6。内护层6的厚度不小于1.5mm。

步骤S44：将传感光纤7采用疏缝绕包于内护层6外。传感光纤7包括多根平行排列固化形成的光纤带，内护层6外绕包一条或多条传感光纤7。

步骤S45：通过挤塑成型形成包覆于传感光纤7外的保护层8。

步骤S46：将钢丝铠装于保护层8外以形成铠装层9。在一实施方式中，铠装层9由一层或两层耐腐蚀的镀锌钢丝、锌铝镁合金钢丝或其他等效材料绞合而成。一层钢丝绞合的方向为左向或者右向，节径比16～22倍。两层钢丝铠装选择同向或反向绞合，内层节径比比外层节径比大2。

具体地，在铠装钢丝于保护层8外，即缆芯外时，由绞体设备输出缆芯，输出的缆芯穿设一退扭装置200的中空管21(请参阅图5-7)与铠装装置300(请参阅图8)连接，通过铠装同步装置300将钢丝铠装于穿出退扭装置200的缆芯外。

步骤S47：在铠装层9外包覆外护层10。在一实施方式中，通过挤塑成型形成包覆于铠装层9外的外护层10。在另一实施方式中，将钢带绕包于铠装层9外形成外护层10。

请参阅图5至图8，本申请还提供的一种海底光电复合缆制备系统，其用于制备海底光电复合缆100。所述海底光电复合缆制备系统包括绞体设备(图未示)、退扭装置200及铠装同步装置300。绞体设备用于输出缆芯。退扭装置200包括中空管21及转动固定于中空管21的多个第一滚动轴承22，多个第一滚动轴承22沿中空管21的轴向间隔设置，用于穿设出绞体设备输出的缆芯并承载缆芯。铠装同步装置300用于将钢丝铠装于穿出退扭装置200的缆芯外。由于第一滚动轴承22内的滚珠会在第一滚动轴承22内滑动，自绞体设备输出的缆芯承载于第一滚动轴承22时，通过缆芯自重和第一滚动轴承22左右摆动的调整，缆芯不会随绞体设备转动，可将绞合产生的扭力向后推排，实现退扭。

具体地，绞体设备具有中空轴，退扭装置200固定于中空轴内，从绞体设备输出的缆芯输出至退纽装置并从中空管21穿出，以供铠装同步装置300将钢丝铠装于缆芯外。多个第一滚动轴承22中的其中一第一滚动轴承22固定于中空管21的输入端内，以使从绞体设备输出的缆芯从输入端的第一滚动轴承22输入至中空管21内。退扭装置200还包括固定于中空管21输出缆芯的一端的托持架23，托持架23包括固定于中空管21的中空本体24及凸出部25，凸出部25沿中空本体24的周向向外延伸并位于中空管21外。由于中空本体24位于中空管21输入缆芯的一端，缆芯放置于中空本体24与直接放置于中空管21相比，可使缆芯结构更紧凑，从而更利于对缆芯铠装。在一实施方式中，托持架23由两相对的半圆形管26组成，每一半圆形管26与中空本体24通过位于侧面的螺钉27固定连接，螺钉27还用于调整两半圆形管26的距离，使其夹持缆芯，从而使缆芯保持稳定。

在一实施方式中，中空管21采用PVC或其他等效材质制成，使其与其他部件接触时，以通过光滑内壁减少摩擦。在一实施方式中，第一滚动轴承22的内径为60mm，在中空管21内设置的数量不少于3个，以保证缆芯放置于第一滚动轴承22时，尽量和中空管21没有摩擦接触。托持架23采用耐磨材质的合金钢制成，其设置在绞合点前，缆芯从托持架23中穿出，和钢丝进行铠装绞合。

铠装同步装置300包括旋转盘31、第二滚动轴承32、深沟球轴承33、外盖34、调节杆35及底座36。第二滚动轴承32转动地置于旋转盘31内，其中心孔用于穿设并承载穿设出退扭装置200的缆芯。在一实施方式中，第二滚动轴承32采用高碳铬钢或其他耐磨钢材制成，内径为60mm。旋转盘31转动地套设于第二滚动轴承32的外，旋转盘31上形成沿圆周方向均匀分布的多个通孔37，多个通孔37用于供多根钢丝穿过以在旋转盘31转动时将钢丝铠装于缆芯上。在一实施方式中，旋转盘31采用质量轻强度高易加工的尼龙材料或者其他等效材料制成，通孔37的数量不小于20个。通孔37内含耐磨的钨钢圈，表面打磨处理，如此，在铠装过程中，钢丝从中穿过前行时，钢丝不会受到剧烈磨损。由于旋转盘31内设置有第二滚动轴承32，缆芯在前进过程中以进行铠装时可以通过第二滚动轴承32左右摇摆的方式，进行扭转复位，从而进一步地避免缆芯扭转对缆芯的影响。

深沟球轴承33套设于旋转盘31外，以减小旋转盘31转动时的摩擦，提高旋转盘31地转速，从而提高缆芯铠装的效率。外盖34套设于深沟球轴承33外，用于保护设置于其内的深沟球轴承33、旋转盘31及第二滚动轴承32。在一实施方式中，外盖34的直径不小于500mm。

调节杆35连接于外盖34与底座36之间，用于调节旋转盘31的高度。在一实施方式中，调节杆35包括固定于外盖34上的第一杆部38及固定于底座36上的第二杆部39。第一杆部38与第二杆部39相对的两端设置有匹配的螺纹孔及螺纹端，通过调节螺纹端置于螺纹孔的深度调节调节杆35的长度，从而调节旋转盘31的高度。在铠装前进行准备作业时，缆芯和钢丝穿设于铠装同步装置300，通过调节杆35进行上下控制高低，将缆芯的位置调高，左右调整，使第二滚动轴承32孔正对中空轴，使其水平，防止缆芯和绞体设备摩擦旋转产生扭力。在一实施方式中，底座36为边长不小于外盖34直径的长方形或圆形铁板，并使用螺丝与调节杆35固定。

在一实施方式中，海底光电复合缆制备系统包括两绞体设备，置于铠装同步装置300的两侧，用于在一个绞体设备不能完成缆芯的铠装时，如一个绞体设备的铠装钢丝的数量为50，而缆芯要铠装的钢丝数量为80时，需要配备铠装钢丝的数量为30的另一绞体设备。在进行铠装时，铠装钢丝从前绞体设备的绞体到后绞体设备的绞体预设穿线孔之间穿过，会因为绞体旋转和本身自重影响，容易与缆芯、笼绞设备、其他钢丝摩擦干扰，致使防止海水腐蚀的镀层掉落，在绞体之间增设的退扭装置200，可以减少钢丝的摩擦，防止镀层掉落。

上述海底光电复合缆100、海底光电复合缆制备方法及制备系统将光单元2及电单元4设置于绕包层5内侧，传感光纤7设置于绕包层5与保护层8之间，减少了光单元2及电单元4对传感光纤7的信号干扰，且传感光纤7较设置于绕包层5内侧时离海洋中的水更近，从而可更灵敏地感测缆外的海洋环境。另外，海底光电复合缆制备系统通过退扭装置200及铠装同步装置300将缆芯穿设并承载于第一滚动轴承22或第二滚动轴承32中，在通过绞体设备绞合钢丝实现对缆芯的铠装时，通过缆芯的自重及第一滚动轴承22左右摆动的调整，缆芯不会随绞体设备转动，可将绞合产生的扭力向后推排，实现退扭；通过缆芯的自重及第二滚动轴承32左右摇摆的方式，进行扭转复位，从而减少缆芯铠装过程中的扭转,增强海底光电复合缆100的弯曲应变能力、抗拉强度等性能，提高了海底光电复合缆100的适用性。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本申请进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本申请技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种海底光电复合缆，包括中心加强件、位于中心加强件的外围的光单元、电单元及填充条，其特征在于，还包括绕包层、内护层、传感光纤、保护层及铠装层，绕包层、内护层、传感光纤、保护层及铠装层由内向外依次包覆于光单元、电单元及填充条外。

2.如权利要求1所述的海底光电复合缆，其特征在于，所述海底光电复合缆还包括外护层，所述外护层包覆于所述铠装层外。

3.如权利要求1所述的海底光电复合缆，其特征在于，所述填充条为纤维绳。

4.如权利要求1所述的海底光电复合缆，其特征在于，所述传感光纤包括多根平行排列固化形成的光纤带。

5.如权利要求1所述的海底光电复合缆，其特征在于，所述光单元包括光纤、纤膏、不锈钢管和保护套组成，所述光纤及所述纤膏置于所述不锈钢管内，所述保护套包覆于所述不锈钢管外。

6.如权利要求1所述的海底光电复合缆，其特征在于，所述电单元包括铜导体及包覆于铜导体外的绝缘层，所述铜导体为多根导体圆型导体丝线反向绞合结构。

7.一种海底光电复合缆制备方法，其特征在于，包括步骤:

将光单元、电单元以中心加强件为中心绞合于中心加强件外围；

采用单面金属塑面复合带搭接绕包于光单元、电单元和填充条外以形成绕包层；

通过挤塑成型形成包覆于绕包层外的内护层；

将传感光纤采用疏缝绕包于内护层外；

通过挤塑成型形成包覆于传感光纤外的保护层；

将钢丝铠装于保护层外以形成铠装层。

8.如权利要求7所述的海底光电复合缆制备方法，其特征在于，还包括步骤：

在铠装层外包覆外护层。

9.一种海底光电复合缆制备系统，其特征在于，包括绞体设备、退扭装置及铠装同步装置，所述退扭装置包括中空管及转动固定于中空管的多个第一滚动轴承，多个第一滚动轴承沿中空管的轴向间隔设置，用于穿设出绞体设备输出的缆芯并承载缆芯，以供铠装同步装置对缆芯进行铠装，所述缆芯包括中心加强件、光单元、电单元、填充条、绕包层、内护层、传感光纤、保护层及铠装层，光单元、电单元及填充条位于中心加强件的外围，绕包层、内护层、传感光纤、保护层及铠装层由内向外依次包覆于光单元、电单元及填充条外，所述铠装同步装置包括具有多个通孔的旋转盘及第二滚动轴承，通孔用于穿设钢丝，第二滚动轴承转动地置于旋转盘内，第二滚动轴承的中心孔用于穿设并承载穿设出退扭装置的缆芯，所述铠装同步装置用于将钢丝铠装于缆芯外。

10.如权利要求9所述的海底光电复合缆制备系统，其特征在于，所述退扭装置还包括固定于中空管输出缆芯的一端的托持架，托持架包括固定于中空管的中空本体及凸出部，凸出部沿中空本体的周向向外延伸并位于中空管外。

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