CN203673855U - 一种水下生产系统用脐带缆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种水下生产系统用脐带缆，包括脐带缆主体、用于包覆脐带缆主体的镀锌钢丝铠带层，用于包覆镀锌钢丝铠带层的外护套，所述脐带缆主体包括电缆单元、光纤单元、不锈钢管单元和内护套，所述电缆单元、光纤单元和不锈钢管单元包裹在内护套内，所述不锈钢管单元包括位于脐带缆主体中心的中心不锈钢管和位于中心不锈钢管外侧四周的外侧不锈钢管，其特征在于：所述光纤单元有一组，且位于中心不锈钢管内，所述外侧不锈钢单元有三组，每组外侧不锈钢单元包覆有一组所述电缆单元，相邻两组外侧不锈钢单元之间填充有填充绳。本实用新型抗水压力强、使用寿命长、稳定性好，适用于深水环境中。

Description

一种水下生产系统用脐带缆

技术领域

本实用新型涉及一种用于深海油气资源开发的电缆，尤其涉及一种水下生产系统脐带缆，该电缆主要由电缆、光缆、液压或化学药剂管组成，主要用于深海油气资源的开发。

背景技术

脐带缆是海底油气勘采、海洋工程等领域的关键设备，主要为深海生产系统提供电力、气液压动力、化学注入和数据传输通道。由于“脐带缆”的设计要兼顾电、通信、液压等功能外，还要满足复杂海况的动态响应要求，其材料强度、柔韧性、抗腐蚀和抗渗透要求极高。

水下脐带缆经常使用在海水中，又常常与油接触，不仅要求耐碱性还有耐油性；由于水下脐带缆使用时需要经常移动和收放，还应具有耐磨性；另外，由于深海油气勘探开发中使用的水下脐带缆使用在水下1500米，水下脐带缆垂直使用长度最短长度也为1500米，长度决定了电缆自身的重量较大，另外，水下脐带电缆还需要与其他水下设备连接，因此要求脐带缆自身具有良好的浮力性能。

此种水下生产系统脐带缆主要由电缆（动力缆）、光缆（单模）、液压或化学药剂管（钢管）的组成。其中电缆主要起传输电力作用，光缆主要起通信作用，钢管主要起液压和保护作用，三种单元结合在一起后，各单元结构、位置安排合理，保护有效，使此种水下生产系统脐带缆具有顾电、通信、液压等功能。

目前有关脐带缆的现有技术主要有以下几种：

1、授权公告号CN201749732U，授权公告日为2011年2月16日的中国实用新型公开了一种水下机器人用光电复合脐带缆，涉及的是一种将电能传输和光纤通信功能综合在一起的光电复合脐带缆，适用于无人遥控水下机器人，用于对水下机器人的电动机所需电能的传输，同时实现了将水下机器人获取的图像等各种信息上传至测控船，并将测控船下达的各种指令等信息下传给水下机器人。包括电缆单元、光纤单元、填充阻水材料、绕包层、内护层、芳纶加强层和外护层；电缆单元具有电缆单元导体，在电缆单元导体外挤包有电缆单元绝缘层；在光纤单元外部绞合有若干根电缆单元构成缆芯，在缆芯的光纤单元和电缆单元间隙中填充阻水材料，在缆芯外部有绕包层，绕包层外挤包有内护层，内护层外缠绕有芳纶加强层，在芳纶加强层外挤包有外护层。该实用新型不但能够完成正常的水下机器人的电动机所需的电能传输，而且能够将水下机器人获取的图像等各种信息上传至遥控船，并将测控船下达的各种指令等信息传给水下机器人，确保水下机器人能够保持准确的航行姿态和各种科学研究所需要的操作。但是该实用新型的光电复合脐带缆如果用于海底油气勘采、海洋工程等领域时，由于其特殊的工作环境，很容易造成脐带缆的腐蚀，使用寿命大大缩短，在石油开采时，往往具有很大的液压力，而该实用新型不能够承受如此大的液压力，根本无法用于石油开采领域。

2、授权公告号为CN202167262U，授权公告日为2012年3月14日的中国实用新型公开了一种水下生产系统脐带缆，设置有外护层、镀锌钢丝铠装层和脐带缆主体，如外护层套于镀锌钢丝铠装层外表面，镀锌钢丝铠装层设置于脐带缆主体外侧；外护层为低密度高分子材料层，且厚度大于等于3mm；镀锌钢丝铠装层由连续环状阵列的镀锌钢丝组成；脐带缆主体设置有光纤单元，电缆单元，管路单元，阻水填充条组成，电缆单元设置于脐带缆主体中间，光缆单元、管路单元和阻水填充条设置于电缆单元外围。电缆单元包括四芯电源线单芯导体、阻水填充体和四芯电源线护套，四芯电源线单芯导体外侧包覆于四芯电源线单芯绝缘体，四芯电源线护套包覆于四芯电源线外侧，且四芯电源线护套为低密度高分子材料护套，阻水填充条设置于四芯电源线护套外侧。光纤单元包括光纤单元保护层、芳纶加强层和光纤组，光纤组设置于光纤单元中间，芳纶加强层围绕于光纤组外侧，光纤单元保护层包覆于芳纶加强外侧。采用这种结构的一种水下生产系统脐带缆，功能齐全，抗拉、耐弯折、耐腐蚀和承重能力强，不易老化，能很好地适应不同的水下环境，满足水下作业不同的需求，尤其是深水油气勘探开发。但是由于该实用新型电缆单元位于脐带缆主体中间，其抗压能力弱，用于深还环境容易压坏电缆；该实用新型光纤单元包括光纤组、芳纶加强层、光单元保护层，光纤组设置与光纤单元的中间，芳纶加强层围绕光纤组外侧，光单元保护层包覆在芳纶加强层外侧，使用芳纶加强层的制造成本较高，在实际应用中，技术不够成熟，容易出现各种技术问题。由于该实用新型经常使用在深水中，其周围会产生大量的水汽，在脐带缆发生变形时，水汽可能从变形处渗进光纤单元，污染光纤组，造成光纤单元的损坏；该实用新型采用芳纶作为填充物，使用芳纶作为填充物可以是脐带缆缆心圆整，又可以加强电缆抗拉强度和耐弯折度，但是芳纶的使用成本较高，且应用技术不够成熟，生产工艺不好控制。 

3、申请号为201210246971.5，申请日为2012年7月17日的中国发明专利申请公开了一种中心钢管双铠型水下生产系统用脐带缆，包括脐带缆主体、用于包覆脐带缆主体的镀锌钢丝铠带层，用于包覆镀锌钢丝铠带层的外护套，所述脐带缆主体包括电缆单元、光纤单元、不锈钢管单元和用于包覆电缆单元、光纤单元、不锈钢管单元的脐带缆主体护套，所述不锈钢管单元包括位于脐带缆主体中心的中心不锈钢管和位于中心不锈钢管外侧四周的外侧不锈钢管，所述光纤单元和电缆单元均位于中心不锈钢管外侧四周，所述脐带缆主体还包括用于填充不锈钢管单元、电缆单元和光纤单元之间空隙的填充绳。本实用新型抗水压力强、制造成本低、稳定性好，适用于深水环境中。但是发明的电缆单元的四芯电源线导体没有设置保护绳，在深海铺设电缆时，经常会任意的弯曲和牵引电缆，再加上海水流动带来的冲击力，时间一长，四芯电源线导体容易被折断，缩短了电缆的使用寿命。

实用新型内容

为了克服上述脐带缆抗压能力较弱、稳定性较差、生产成本较高和使用寿命较短的缺陷，本实用新型提供了一种水下生产系统用脐带缆，该脐带缆能够很好的适应深水环境、抗压能力强、稳定性好、生产成本较低，使用寿命长。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种水下生产系统用脐带缆，包括脐带缆主体、用于包覆脐带缆主体的镀锌钢丝铠带层，用于包覆镀锌钢丝铠带层的外护套，所述脐带缆主体包括电缆单元、光纤单元、不锈钢管单元和内护套，所述电缆单元、光纤单元和不锈钢管单元包裹在内护套内，所述不锈钢管单元包括位于脐带缆主体中心的中心不锈钢管和位于中心不锈钢管外侧四周的外侧不锈钢管，其特征在于：所述光纤单元有一组，且位于中心不锈钢管内，所述外侧不锈钢单元有三组，每组外侧不锈钢单元包覆有一组所述电缆单元，相邻两组外侧不锈钢单元之间填充有填充绳。

所述光纤单元与中心不锈钢管之间填充有滑石粉，所述电缆单元与外侧不锈钢之间填充有滑石粉。

所述电缆单元包括填充物、导体、电缆单元单元护套和钢丝绳，所述填充物位于电缆护套中心，所述导体多根，且均匀分布于填充物四周，每根导体都用绝缘材料包覆，每根导体轴向固定有一根钢丝，钢丝用绝缘材料包覆。

所述绝缘材料为交联聚乙烯。

所述不锈钢管单元外侧包覆有衬层，该衬层为聚乙烯衬层。

所述光纤单元包括由光纤、触变型油膏和不锈钢管组成的光纤组、光单元加强钢丝和光单元护套，光纤外层绞合于不锈钢管内，不锈钢管内填充触变型油膏，不锈钢管外侧绞合有光单元加强钢丝，光单元护套包覆在光单元加强钢丝外侧。

所述外护套、内护套、电缆单元护套和光单元护套均为聚乙烯护套。

所述填充绳为聚乙烯填充绳。

本实用新型具有以下优点：

1、本实用新型的不锈钢管单元包括位于脐带缆主体中心的中心不锈钢管和位于中心不锈钢管外侧四周的外侧不锈钢管，在脐带缆主体中心设置的中心不锈钢管直接增大了整根脐带缆的抗水压应力，从而提高整根脐带缆的抗水压应力。当水压力超过15mpa时，脐带缆也不会发生变形，从而提高了脐带缆的稳定性和抗水压力，使得脐带缆能够长期在深水环境中使用而不会发生变形损坏。                    

2、本实用新型的光纤单元有一组，且位于中心不锈钢管内，所述外侧不锈钢单元有三组，每组外侧不锈钢单元包覆有一组所述电缆单元，相邻两组外侧不锈钢单元之间填充有填充绳。无论是光纤单元还是电缆单元都置于不锈钢管内，通过不锈钢管的保护作用，使得光纤单元和电缆单元得到了很好的保护，电缆在任意的弯曲和牵引时，不容易损坏光纤单元和电缆单元，填充绳可以避免不锈钢单元之间相互挤压，造成钢管挤压变形损坏光纤单元和电缆单元。

3、本实用新型光纤单元与中心不锈钢管之间填充有滑石粉，所述电缆单元与外侧不锈钢之间填充有滑石粉。滑石粉能很好降低光纤单元与中心不锈钢管，电缆单元与外侧不锈钢管之间的摩擦力，减少钢管对光纤单元和电缆单元的磨损，同时也便于人工剥离光纤单元和电缆单元。

4、本实用新型电缆单元包括填充物、导体、电缆单元护套和钢丝绳，所述填充物位于电缆单元护套中心，所述导体多根，且均匀分布于填充物四周，每根导体都用绝缘材料包覆，每根导体轴向固定有一根钢丝，钢丝用绝缘材料包覆。由于每根导体都轴向固定有一根钢丝，钢丝对每根导体起到了很好的保护作用，提高了导体的强度，避免导体多次的弯曲折断，延长了导体的使用寿命，导体分布与填充物四周，这样导体能将受到了例全部传到填充物上，减小导体承受的力，延长其使用寿命。

5、本明在不锈钢管单元外侧包覆有衬层，衬层为聚乙烯，采用聚乙烯材料作为不锈钢管的缓冲层，以免在高水压下不锈钢管直接接触从而损坏电缆单元和光单元，对不锈钢单元、电缆单元、光纤单元起到了很好的保护作用，从而提高了脐带缆的稳定性，防止了脐带缆因为不锈钢单元而变形损坏。                                      

6、本实用新型光纤单元包括光纤、触变型油膏、不锈钢管、光单元加强钢丝和光单元护套，光纤外层绞合于不锈钢管内，不锈钢管内填充触变型油膏，不锈钢管外侧绞合有光单元加强钢丝，光单元护套包覆在光单元加强钢丝外侧。在不锈钢管内填充触变性油膏可以有效的阻止从脐带缆外部的水汽渗进不锈钢管内污染光纤。由于不锈钢管抗测压及密封性能优异，采用不锈钢管进行保护光纤不仅效果好且造价便宜。在不锈钢管外侧绞合有光单元加强钢丝进行二次保护，增加光单元的保护能力，提高光单元纵向抗拉强度、光单元横向水密、纵向抗拉等能力。 

7、本实用新型的外护套、内护套、电缆护套和光单元护套均为聚乙烯护套，用聚乙烯制成的护套具有良好的抗拉强度和挤出性能和良好的耐海水性能，能够很好的保护电缆。

附图说明

图1为本实用新型截面结构示意图。

图中标记 1、外护套，2、镀锌钢丝铠带层，3、内护套，4、中心不锈钢管，5、外侧不锈钢管，6、光纤单元，7、电缆单元，8、填充物，9、导体，10、电缆单元护套，11、钢丝绳。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型提供的一种水下生产系统用脐带缆，包括脐带缆主体、用于包覆脐带缆主体的镀锌钢丝铠带层2，用于包覆镀锌钢丝铠带层2的外护套1，所述脐带缆主体包括电缆单元7、光纤单元6、不锈钢管单元和用于包覆电缆单元7、光纤单元6和不锈钢管单元的内护套3，所述不锈钢管单元包括位于脐带缆主体中心的中心不锈钢管4和位于中心不锈钢管4外侧四周的外侧不锈钢管5，光纤单元6位于中心不锈钢管4中，电缆单元7均位于外侧不锈钢管5中，相邻两外侧不锈钢管5之间用填充绳填充，填充绳为聚乙烯填充绳。在脐带缆主体中心设置的中心不锈钢管直接增大了整根脐带缆的抗水压应力，从而提高整根脐带缆的抗水压应力。当水压力超过15mpa时，脐带缆也不会发生变形，从而提高了脐带缆的稳定性和抗水压力，使得脐带缆能够长期在深水环境中使用而不会发生变形损坏。中心不锈钢管4和外侧不锈钢管5 外层均设置有衬层，衬层为聚乙烯衬层；光纤单元6 与中心不锈钢管4之间填充有滑石粉，电缆单元7与外侧不锈钢管5 之间也填充有滑石粉。       

电缆单元：

电缆单元包括填充物8、导体9、电缆单元护套10和钢丝绳11，所述填充物8位于电缆单元护套10中心，所述导体9多根，且均匀分布于填充物8四周，每根导体9都用绝缘材料包覆，每根导体9轴向固定有一根钢丝11，钢丝11用绝缘材料包覆。由于每根导体都轴向固定有一根钢丝，钢丝对每根导体起到了很好的保护作用，提高了导体的强度，避免导体多次的弯曲折断，延长了导体的使用寿命，导体分布与填充物四周，这样导体能将受到了例全部传到填充物上，减小导体承受的力，延长其使用寿命。

不锈钢单元：

不锈钢管单元包括位于脐带缆主体中心的中心不锈钢管和位于中心不锈钢管外侧四周的外侧不锈钢管，在脐带缆主体中心设置的中心不锈钢管直接增大了整根脐带缆的抗水压应力，从而提高整根脐带缆的抗水压应力。当水压力超过15mpa时，脐带缆也不会发生变形，从而提高了脐带缆的稳定性和抗水压力，使得脐带缆能够长期在深水环境中使用而不会发生变形损坏。         

光纤单元：

光纤单元包括光纤、触变型油膏、不锈钢管、光单元加强钢丝和光单元护套，光纤外层绞合于不锈钢管内，不锈钢管内填充触变型油膏，不锈钢管外侧绞合有光单元加强钢丝，光单元护套包覆在光单元加强钢丝外侧。在不锈钢管内填充触变性油膏可以有效的阻止从脐带缆外部的水汽渗进不锈钢管内污染光纤。由于不锈钢管抗测压及密封性能优异，采用不锈钢管进行保护光纤不仅效果好且造价便宜。在不锈钢管外侧绞合有光单元加强钢丝进行二次保护，增加光单元的保护能力，提高光单元纵向抗拉强度、光单元横向水密、纵向抗拉等能力。 

整体成缆：

在立式成缆机上，将一组中心不锈钢管作为中心放线，三组外侧不锈钢管、一组光纤单元、聚乙烯填充绳、三组电缆单元旋转绞合成电缆主体，然后在绞合成的电缆主体外侧包覆内护套。

双钢丝铠装：

在包覆好的电缆主体外侧放内外两层镀锌钢丝铠装层。

外护套：

最后在铠装好的电缆外侧包覆一层外护套，外护套为聚乙烯护套。

Claims (8)

1.一种水下生产系统用脐带缆，包括脐带缆主体、用于包覆脐带缆主体的镀锌钢丝铠带层，用于包覆镀锌钢丝铠带层的外护套，所述脐带缆主体包括电缆单元、光纤单元、不锈钢管单元和内护套，所述电缆单元、光纤单元和不锈钢管单元包裹在内护套内，所述不锈钢管单元包括位于脐带缆主体中心的中心不锈钢管和位于中心不锈钢管外侧四周的外侧不锈钢管，其特征在于：所述光纤单元有一组，且位于中心不锈钢管内，所述外侧不锈钢单元有三组，每组外侧不锈钢单元包覆有一组所述电缆单元，相邻两组外侧不锈钢单元之间填充有填充绳。

2.根据权利要求1所述的一种水下生产系统用脐带缆，其特征在于：所述光纤单元与中心不锈钢管之间填充有滑石粉，所述电缆单元与外侧不锈钢之间填充有滑石粉。

3.根据权利要求1或2所述的一种水下生产系统用脐带缆，其特征在于：所述电缆单元包括填充物、导体、电缆单元护套和钢丝绳，所述填充物位于电缆单元护套中心，所述导体多根，且均匀分布于填充物四周，每根导体都用绝缘材料包覆，每根导体轴向固定有一根钢丝，钢丝用绝缘材料包覆。

4.根据权利要求3所述的一种水下生产系统用脐带缆，其特征在于：所述绝缘材料为交联聚乙烯。

5.根据权利要求1所述的一种水下生产系统用脐带缆，其特征在于：所述不锈钢管单元外侧包覆有衬层，该衬层为聚乙烯衬层。

6.根据权利要求1所述的一种水下生产系统用脐带缆，其特征在于：所述光纤单元包括由光纤、触变型油膏和不锈钢管组成的光纤组、光单元加强钢丝和光单元护套，光纤外层绞合于不锈钢管内，不锈钢管内填充触变型油膏，不锈钢管外侧绞合有光单元加强钢丝，光单元护套包覆在光单元加强钢丝外侧。

7.根据权利要求6所述的一种水下生产系统用脐带缆，其特征在于：所述外护套、内护套、电缆单元护套和光单元护套均为聚乙烯护套。

8.根据权利要求1所述的一种水下生产系统用脐带缆，其特征在于：所述填充绳为聚乙烯填充绳。

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