CN116959792A - 一种超深水rov用轻型非金属铠装脐带缆 - Google Patents
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Abstract
一种超深水ROV用轻型非金属铠装脐带缆，属于海缆技术领域。其特征是，包括脐带缆缆芯以及脐带缆缆芯外依次包裹的内护套、非金属铠装层和外护套；所述脐带缆缆芯由中心填充棒、若干电单元、若干光缆单元和若干排扰线相互绞合，先通过铜箔带的绕包，然后通过成缆绕包带绕包成缆构成脐带缆缆芯，中心填充棒、电单元、光缆单元和排扰线缝隙间用填充料填充。本发明相比于常规ROV脐带缆重量更轻，柔顺性更高，抗拉强度更高，工作水深更深，使用寿命更长，可很好的解决现阶段ROV用脐带缆所面临的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种超深水ROV用轻型非金属铠装脐带缆，属于海缆技术领域。
背景技术
脐带缆是电缆、光缆、液压管或化学药剂管的组合，为水下生产系统提供电力，传输上部模块的控制信号及水下生产系统传感器数据，广泛应用于海洋资源勘探开发。
随着海洋战略逐步迈向深远海域，ROV用脐带缆应用要求不断提高。ROV在深远海域作业时，所需脐带缆长度不断增大，长度的增大导致ROV所需拖动的脐带缆重量大大增加，对ROV动力系统提出了更高的要求，导致成本增大。为了合理控制所需成本，有必要优化脐带缆结构，降低脐带缆重量。
另外，现有的脐带缆多采用填充棒填充，填充棒一般由聚乙烯或橡胶挤出成型，制作方便，但此类填充棒与脐带缆内部缆芯接触面积小，无法与缆芯充分贴合，承力性能较差，长时间应用于复杂的海洋环境下，脐带缆内部易发生变形和破坏，且随着ROV用脐带缆有超深水作业应用要求，对脐带缆结构稳定性有更高要求。因此，迫切需要针对脐带缆内部结构进行设计优化，提升脐带缆机械性能，以增大脐带缆的应用可靠性。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种超深水ROV用轻型非金属铠装脐带缆，优化脐带缆内部结构，降低脐带缆重量，提升脐带缆机械性能。
本发明的技术方案如下：
一种超深水ROV用轻型非金属铠装脐带缆，其特征是，包括脐带缆缆芯以及脐带缆缆芯外依次包裹的内护套、非金属铠装层和外护套；所述脐带缆缆芯由中心填充棒、若干电单元、若干光缆单元和若干排扰线相互绞合，先通过铜箔带的绕包，然后通过成缆绕包带绕包成缆构成脐带缆缆芯，中心填充棒、电单元、光缆单元和排扰线缝隙间用填充料填充。所述成缆绕包带设置在铜箔带和内护套之间，所述非金属铠装层与外护套之间用包带隔开。
进一步的，所述中心填充棒的材料包括但不限于聚乙烯、聚氨酯中的一种。
进一步的，所述电单元包括铜导体以及铜导体外部包裹的绝缘层，所述绝缘层采用的材料包括但不限于交联聚乙烯、聚氯乙烯中的一种。
进一步的，所述排扰线包括铜导体以及铜导体外部包裹的半导电非金属护套；所述半导电非金属护套采用的材料为可挤塑性的半导电材料，包括但不限于半导电聚乙烯。
进一步的，电单元和光缆单元均为三个，排扰线为六根。所述脐带缆缆芯还可以包括：与光缆单元等外径的液压管道和/或与光缆单元等外径的圆形填充棒；可根据不同需要，将光缆单元用等外径的电单元或液压管道或圆形填充棒替换。
进一步的，所述中心填充棒、电单元、光缆单元和排扰线相互绞合形成缆单元，成缆节径比不超过10。相比与常规海缆，本申请有更小的成缆节径比，使得脐带缆成缆后外形更为圆整，同时增大了缆芯间的接触面积，使得脐带缆在深远海域超深水工况下有更高的结构稳定性。另一方面，更小的成缆节径比使得脐带缆缆芯伸长率增大，在受拉时可使拉力主要集中于非金属铠装层，有效防止脐带缆缆芯受到拉伸破坏。同时，更小的成缆节径比使得脐带缆具有较好的柔顺性，便于ROV水下作业。
进一步的，所述填充料为一种半导电阻水胶，在具有抗水解、耐油性好的同时，通过添加炭黑等半导电材料，具有半导电性。
进一步的，所述填充料填充于中心填充棒、电单元、光缆单元和排扰线缝隙间，与电单元、光缆单元和排扰线紧密贴合，进一步增大了脐带缆缆芯间的接触面积，使得脐带缆在超深水工作时受压均匀，最高可承受50-90MPa水压；同时具有很好的阻水效果，有效防止缆芯间隙间渗水；另一方面，可防止所接ROV液压箱中的液压油渗入缆芯间对脐带缆造成不良影响。
进一步的，所述填充料采用挤压式工艺，操作方法如下：在成缆时，先通过加温机头将半导电阻水胶熔融，接着用注胶机打压使其紧密包覆于缆单元以及缆单元缝隙间，待冷却凝固后再通过绕包机绕包铜箔带。相比于普通滴淋式注胶，挤压式注胶工艺使得缆芯成缆更加圆整，阻水胶填充更均匀，大大减小了缆芯间的缝隙，可有效防止护套破裂缆芯间渗水，同时可在承受水压时保证其良好的阻水、阻油的性能。
进一步的，所述铜箔带宽度不低于20mm，采用单层搭盖单向绕包工艺，绕包搭盖率不低于20%，保证了铜箔带包裹住整个脐带缆缆芯表面；同时将六根排扰线相连通，由于填充料采用半导电阻水胶，铜箔带与六根排扰线由点接触变为面接触，增大了接触面积，均化了电场，使其连通更加稳定，在一根排扰线有破损、断裂的情况下，其他排扰线仍可保证整根脐带缆正常工作，提高了脐带缆的可靠性，延长了脐带缆的使用寿命。
进一步的，所述非金属铠装层采用芳纶代替常规金属钢丝铠装，每股芳纶绳由若干芳纶单丝捻合而成，螺旋缠绕于内护套外。芳纶具有质量轻、柔性好、抗拉强度大、拉伸模量高、耐环境性好等优点，相比于金属钢丝更适合作为ROV用脐带缆的铠装加强材料。采用非金属芳纶铠装，可在保证抗拉强度的同时大大降低脐带缆重量，减少ROV动力系统的负担。
进一步的，所述非金属铠装层的层数为2n层，n≥1；非金属铠装层的螺旋方向相反，避免非金属铠装螺旋绞合产生的扭转应力对内层脐带缆缆芯的影响，消除单层铠装因螺旋绞合产生的内应力。相邻两层非金属铠装层的螺旋方向相反，相邻两层非金属铠装层之间用包带隔开。这种工艺方式避免了芳纶铠装时因为张力不均导致的芳纶分布不均匀问题，不仅降低了芳纶间的空隙率，还提高了芳纶受力的利用率。
进一步的，所述非金属铠装层采用工艺包括以下步骤（以四层非金属铠装层为例）：
A、脐带缆缆芯放线：通过放线装置进行脐带缆缆芯放线，调节放线速度和放线张力；
B、芳纶绳放线：通过芳纶放线装置进行芳纶绳放线，调节放线速度和方向张力，达到后续芳纶放线的恒张力，调节放线装置旋转速度，达到后续芳纶放线自动退扭；
C、第一层芳纶铠装：通过第一芳纶铠装设备，使芳纶收紧后紧密缠绕于内护套表面，形成第一层芳纶铠装层；
D、第一层包带绕包：通过绕包机横向绕包涂有胶的布带，使第一层芳纶铠装层进一步收紧；
E、第二层芳纶铠装：通过第二芳纶铠装设备，使芳纶收紧后紧密缠绕于第一层包带表面，螺旋缠绕方向与第一层芳纶铠装螺旋方向相反，形成第二层芳纶铠装层；
F、第二层包带绕包：通过绕包机横向绕包涂有胶的布带，使第二层芳纶铠装层进一步收紧；
H、第三层芳纶铠装：通过第三芳纶铠装设备，使芳纶收紧后紧密缠绕于第二层包带表面，形成第三层芳纶铠装层；
I、第三层包带绕包：通过绕包机横向绕包涂有胶的布带，使第三层芳纶铠装层进一步收紧；
J、第四层芳纶铠装：通过第四芳纶铠装设备，使芳纶收紧后紧密缠绕于第三层包带表面，螺旋缠绕方向与第三层芳纶铠装螺旋方向相反，形成第四层芳纶铠装层；
K、第四层包带绕包：通过绕包机横向绕包涂有胶的布带，使第四层芳纶铠装层进一步收紧；
L、收线：调节速度和张力，通过收线装置进行收线及盘绞。
进一步的，所述内护套和外护套均采用不透水塑料挤包，所用材料包括但不限于高密度聚乙烯和聚氨酯中的一种。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明成缆节径比更小，具有更好的柔顺性，也使得脐带缆缆芯间接触面积增大，同时填充料使得电单元和电单元、电单元和光缆单元、电单元和排扰线、光缆单元和排扰线间接触面积进一步增大，减少挤压，较小的节径比和填充料配合，使脐带缆外形更加圆整，脐带缆结构不易发生破坏，在深远海域超深水作业时保持较高的结构稳定性。
2、本发明中的铜箔带在起金属屏蔽作用的同时，再配合半导电阻水胶的使用，将六根排扰线相联通，在一根排扰线有破损、断裂的情况下，其他排扰线仍可保证整根脐带缆正常工作，提高了脐带缆的可靠性，延长了脐带缆的使用寿命。
3、本发明中的非金属铠装层相比于常规金属铠装，抗拉强度更高，重量更轻，降低ROV动力系统负担，减少项目成本，同时由于成缆节径比的减小，脐带缆在受拉时将拉力集中于铠装层，有效保护脐带缆内部单元。
本发明相比于常规ROV脐带缆重量更轻，柔顺性更高，抗拉强度更高，工作水深更深，使用寿命更长，可很好的解决现阶段ROV用脐带缆所面临的问题。
附图说明
图1为一种超深水ROV用轻型非金属铠装脐带缆的结构示意图；
附图1中各部件的标记如下：1-1、中心填充棒；1-2、铜导体；1-3、绝缘层；1-4、光缆单元；1-5、排扰线的铜导体；1-6、半导电非金属护套；1-7、填充料；1-8、铜箔带；1-9、成缆绕包带；1-10、内护套；1-11、非金属铠装层；1-12、包带；1-13、外护套；
图2为一种超深水ROV用轻型非金属铠装脐带缆的结构示意图（设有液压管道）；
附图2中各部件的标记如下：2-1、中心填充棒；2-2、液压管道；2-3、铜导体；2-4、绝缘层；2-5、光缆单元；2-6、排扰线的铜导体；2-7、半导电非金属护套；2-8、填充料；2-9、铜箔带；2-10、成缆绕包带；2-11、内护套；2-12、非金属铠装层；2-13、包带；2-14、外护套。
具体实施方式
下面将通过具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，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作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。
参见图1所示，一种超深水ROV用轻型非金属铠装脐带缆，包括中心填充棒1-1、电单元、光缆单元1-4、排扰线、填充料1-7、铜箔带1-8、成缆绕包带1-9、内护套1-10、非金属铠装层1-11、包带1-12和外护套1-13，其中，中心填充棒1-1、电单元、光缆单元1-4和排扰线相互绞合，先通过铜箔带1-8缠绕，然后通过成缆绕包带1-9缠绕成缆构成脐带缆缆芯，脐带缆缆芯的外部依次包裹有内护套1-10、非金属铠装层1-11和外护套1-13，非金属铠装层1-11与外护套1-13之间用包带1-12隔开。
在本发明的一个实施例中，电单元和光缆单元各含有三个。可根据不同需要，将光缆单元用等外径的电单元或液压管道或圆形填充棒替换。在本发明的一个实施例中，如图2所示，和图1相比，两个光缆单元由等外径的液压管道2-2所替换。
在本发明的一个实施例中，中心填充棒1-1的材料采用聚乙烯。
上述电单元包括铜导体1-2和铜导体1-2外包裹的绝缘层1-3。在本发明的一个实施例中，所述绝缘层1-3采用的材料为交联聚乙烯。
上述排扰线包括排扰线铜导体1-5和半导电非金属护套1-6，半导电非金属护套1-6为可挤塑性的半导电材料。在本发明的一个实施例中，半导电非金属护套采用半导电聚乙烯。
上述中心填充棒1-1、电单元、光缆单元1-4和排扰线相互绞合，成缆节距比不超过10，相比于常规海缆有更小的成缆节距，增大了缆芯单元间的接触面积，结构更加稳定，有效防止脐带缆缆芯单元受到拉伸破坏，具有较好的柔顺性。
上述填充料1-7为一种半导电阻水胶，进一步增大了脐带缆缆芯间接触面积，使得脐带缆在超深水工作时受压均匀，最高可承受50-90MPa水压，同时防止所接ROV液压箱中的液压油渗入缆芯间对脐带缆造成不良影响。
上述填充料采用挤压式工艺，在成缆时先通过加温机头将阻水胶熔融，再用注胶机打压使其紧密包覆于缆单元外以及缆单元缝隙间，待冷却凝固后通过绕包机绕包。挤压式注胶工艺使得脐带缆成缆更加圆整，阻水胶填充更均匀，大大减小了缆芯间的缝隙。
上述铜箔带1-8宽度不低于20mm，采用单层搭盖单向绕包工艺，绕包搭盖率不低于20%，保证了铜箔带包裹住整个脐带缆缆芯表面，同时将六根排扰线相连通，在一根排扰线有破损、断裂的情况下，其他排扰线仍可保证整根脐带缆正常工作。
上述非金属铠装层1-11采用芳纶铠装，每股芳纶绳由若干芳纶单丝并线加捻而成，螺旋缠绕于内护套1-10外，非金属铠装层1-11与外护套1-13之间用包带1-12隔开。非金属铠装层1-11包括2n层铠装（n≥1），相邻两层非金属铠装层之间用包带1-12缠绕隔开。
上述在本发明的一个实施例中，如图1、2所示，非金属铠装层包括四层铠装，非金属铠装层与非金属铠装层之间用包带隔开，包带搭盖率不低于20%，使脐带缆结构更加紧实；为了避免非金属铠装螺旋绞合产生的扭转应力对内层脐带缆缆芯的影响，脐带缆采用第一层、第二层铠装反向螺旋绞合，第三层、第四层铠装反向螺旋绞合，消除单层铠装因螺旋绞合产生的内应力。根据不同需要，可相应增加或减少非金属铠装层数。这种工艺方式避免了芳纶铠装时因为张力不均导致的芳纶分布不均匀问题，不仅降低了芳纶间的空隙率，还提高了芳纶受力的利用率。具体的，以四层铠装为例，非金属铠装层1-11采用工艺包括以下步骤：
A、脐带缆缆芯放线：通过放线装置进行脐带缆缆芯放线，调节放线速度和放线张力；
B、芳纶绳放线：通过芳纶放线装置进行芳纶绳放线，调节放线速度和方向张力，达到后续芳纶放线的恒张力，调节放线装置旋转速度，达到后续芳纶放线自动退扭；
C、第一层芳纶铠装：通过第一芳纶铠装设备，使芳纶收紧后紧密缠绕于内护套表面，形成第一层芳纶铠装层；
D、第一层包带绕包：通过绕包机横向绕包涂有胶的布带，使第一层芳纶铠装层进一步收紧；
E、第二层芳纶铠装：通过第二芳纶铠装设备，使芳纶收紧后紧密缠绕于第一层包带表面，螺旋缠绕方向与第一层芳纶铠装螺旋方向相反，形成第二层芳纶铠装层；
F、第二层包带绕包：通过绕包机横向绕包涂有胶的布带，使第二层芳纶铠装层进一步收紧；
H、第三层芳纶铠装：通过第三芳纶铠装设备，使芳纶收紧后紧密缠绕于第二层包带表面，形成第三层芳纶铠装层；
I、第三层包带绕包：通过绕包机横向绕包涂有胶的布带，使第三层芳纶铠装层进一步收紧；
J、第四层芳纶铠装：通过第四芳纶铠装设备，使芳纶收紧后紧密缠绕于第三层包带表面，螺旋缠绕方向与第三层芳纶铠装螺旋方向相反，形成第四层芳纶铠装层；
K、第四层包带绕包：通过绕包机横向绕包涂有胶的布带，使第四层芳纶铠装层进一步收紧；
L、收线：调节速度和张力，通过收线装置进行收线及盘绞。上述内护套1-10和外护套1-13为不透水耐磨材质的塑料挤包。在本发明的一个实施例中，内护套和外护套所用材料为高密度聚乙烯。在本发明的一个实施例中，外护套的挤塑厚度为1.5mm。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种超深水ROV用轻型非金属铠装脐带缆，其特征是，包括：脐带缆缆芯以及脐带缆缆芯外依次包裹的内护套、非金属铠装层和外护套，所述非金属铠装层与外护套之间用包带隔开；
所述脐带缆缆芯包括：中心填充棒、若干电单元、若干光缆单元和若干排扰线相互绞合后依次绕包铜箔带、成缆绕包带制成；中心填充棒、电单元、光缆单元和排扰线缝隙间用填充料填充。
2.根据权利要求1所述的一种超深水ROV用轻型非金属铠装脐带缆，其特征是，所述脐带缆缆芯还包括：与光缆单元等外径的液压管道和/或与光缆单元等外径的圆形填充棒。
3.根据权利要求1所述的一种超深水ROV用轻型非金属铠装脐带缆，其特征是，所述排扰线包括：铜导体以及铜导体外部包裹的半导电非金属护套。
4.根据权利要求1所述的一种超深水ROV用轻型非金属铠装脐带缆，其特征是，所述中心填充棒、电单元、光缆单元和排扰线相互绞合，成缆节距比不超过10。
5.根据权利要求1所述的一种超深水ROV用轻型非金属铠装脐带缆，其特征是，所述填充料为半导电阻水胶。
6.根据权利要求5所述的一种超深水ROV用轻型非金属铠装脐带缆，其特征是，所述填充料采用挤压式工艺，操作方法如下：
在成缆时，先通过加温机头将半导电阻水胶熔融，接着用注胶机打压使其紧密包覆于缆单元以及缆单元缝隙间，待冷却凝固后再通过绕包机绕包铜箔带。
7.根据权利要求6所述的一种超深水ROV用轻型非金属铠装脐带缆，其特征是，所述铜箔带采用单层搭盖、单向绕包工艺，同时将所有排扰线相联通。
8.根据权利要求1所述的一种超深水ROV用轻型非金属铠装脐带缆，其特征是，所述非金属铠装层采用芳纶铠装，每股芳纶绳由若干芳纶单丝捻合而成，螺旋缠绕于内护套外。
9.根据权利要求8所述的一种超深水ROV用轻型非金属铠装脐带缆，其特征是，所述非金属铠装层的层数为2n层，n≥1；相邻两层非金属铠装层的螺旋方向相反。
10.根据权利要求9所述的一种超深水ROV用轻型非金属铠装脐带缆，其特征是，相邻两层非金属铠装层之间用包带隔开。
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