一种水下设备锚系承力电缆承力制作工艺.pdf

44总第150 期声学与电子工程2023年第2期种水下设备锚系承力电缆承力制作工艺边宇舰李新天王忠康（杭州瑞利海洋装备有限公司，杭州，3 10 0 2 3）摘要锚系承力电缆的承力制作工艺必须保证电缆的承载力以及可靠性。为此，文章提出一种水下设备锚系承力电缆承力制作工艺，并对制作完成的电缆进行了破断力试验。试验结果表明，该工艺大大提升了锚系承力电缆的承载力和破断力。该承力电缆承力制作工艺可为相关水下设备提供参考。关键词水下设备；锚系电缆；承力；破断力试验；工艺研究D0I:10.3969/j.issn.2096-2657.2023.02.11随着对海洋的不断开发和探索，水下设备的形式越来越多种多样，其中类似水下工作站、潜标、浮标等水下设备不再仅仅局限于座底布放，而是通过一根锚系承力电缆使设备工作于水中间层。这根锚系承力电缆连接设备与锚块，同时还承担设备供电或信号传输。因此，该锚系承力电缆的制作工艺对其工作可靠性尤其重要。锚系承力电缆一旦失效甚至断裂，都将造成设备失效甚至设备丢失的风险。目前水下承力电缆的承力方式主要有芳纶编织层承力、铠装承力等，均通过固定电缆受力结构与连接器实现电缆承力。芳纶编织层固定的方式也多种多样，主要有打结固定，压接固定等 1-6 。锚系电缆承力一般需要预留一定的余量，根据不同承力要求进行详细设计，但主要通过电缆芳纶编织层厚度来改变受力大小，承力制作工艺可以通用。本文详细介绍了一种锚系承力电缆的承力制作工艺，并对使用该工艺生产的锚系承力电缆进行破断力试验。1工艺要求及流程1.1工艺要求锚系承力电缆的装配制作必须在温度和湿度可控的室内进行。室内环境温度为2 3 10，相对湿度7 0%；室内通风良好、照明充足。承力电缆在装配过程中所使用的工具及设备，如表1所示。承力电缆在装配过程中所使用的检测设备有1个万用表和1台50 0 V绝缘表。承力电缆装配制作核心在于接插件承力结构与电缆自带芳纶进行固定连接。接插件承力结构主要通过锥套压紧芳纶编织层来达到承力效果。承力结构如图1 2 所示。图1中：1-压紧螺母，2-填料函，3-直套筒，4-锥套，5-垫片，6-螺母，7-半连接环，8-半扣环，9-绝缘体。老工艺也采用类似承力结构来进行芳纶固定，但是效果一直不理想，破断力无法提升，使得承力电缆在实际使用中承载力和破断力预留余量较小，存在一定风险。通过分析发现，破断力无法提升的原因是芳纶在固定连接处有较大概率被压断，因此压紧件对芳纶的压紧程度与破断力需要一个平衡。过于压紧芳纶结果容易将芳纶压断；芳纶压得过松则无法提升破断力。相比于老工艺，本文提升了在芳纶固定连接时的工艺，即芳纶固定前对芳纶编织层进行整理使其分布均匀，同时修改了芳纶连接处斜坡坡度，并增加一个过渡件，减小了芳纶在连接处斜坡被压断的概率。表1装配工具及设备序号名称备注1成阵工作台/2电装工具3钳装工具/4数显热风枪温度范围包含40 18 05直尺量程不小于2 0 cm6卷尺量程不小于15m7游标卡尺0250mm8芳纶固定件安装工装123456789图1插头结构示意图由图2 可知，承力结构主要靠压紧件压紧电缆自带芳纶编织层，从而达到承力效果。经过破断力试验表明，电缆本身芳纶承力能力远远大于项目需求，因此芳纶固定件结构与芳纶的紧固承力强度决定了承力电缆承力上限。芳纶编织层分布得越均匀，45种水下设电缆承力制作工艺边宇舰等：其受力也越均衡，越能使承力结构承力接近芳纶本身承力能力。过渡件采用POM材料制成，并带有一定圆角，避免割伤芳纶编织层。压紧件采用铝合金材料，POM材料相较于铝合金材料更为“柔软”，更适合使用在压紧件前端，在承受更大压紧力下也不易将芳纶编织层压断。金属外壳压紧件过渡件芳纶内部导线图2 芳纶固定件承力结构示意图压紧件、过渡件与金属外壳之间的压紧斜坡坡度对芳纶编织层的压紧程度也有一定影响。过渡件头端的斜坡坡度较后端大，避免出现芳纶编织层在压紧过程中仅仅在头部压紧、而后端并未受力的情况。压紧过程中，需确保芳纶编织层整个受力均匀。压紧件与过渡件采用分体设计，避免在压紧过程中压紧螺母旋转带动压紧件旋转，打乱芳纶编织层排布，影响受力分布。1.2工艺流程承力电缆装配工艺流程图，如图3 所示。-不合格安装承力接头固定电装准备剥电缆检查1合格两端凯夫拉（点中导线强度螺纹胶）不合格结束合格检查2图3 承力电缆装配工艺流程图1.2.1剥电缆要求根据设备布放海深要求，确定电缆初始长度；根据接插件结构，确定经过修剪和剥外护套之后长度。将承力电缆两头的电缆外护套剥开，露出芳纶编织层和内部芯线，注意不要割伤芳纶编织层和电缆芯线。预留一部分芳纶编织层长度，方便后续操作。1.2.2 检查 1检查电缆芯线通断情况，确认芯线连通正常。1.2.3安装承重结构件（水密插头装配）（1）将电缆芳纶编织层和芯线剥出需要长度后，芳纶纤维顶部连同导线用胶纸缠紧，将水密插头直套筒外壳穿到芳纶纤维根部后面的外护套上。（2）将芳纶纤维顶部胶带去掉，再将芯线用胶纸缠紧、芳纶编织层往后即外护套方向整理，将芯线穿入锥套中间通孔至外护套根部，用芳纶编织层往芯线方向整理回位将锥套包住，再将编织层梳理整齐，使芳纶纤维均匀的包裹在锥套周围。（3）将芳纶纤维顶部连同导线用胶纸缠紧，将垫片、螺母穿在芳纶纤维外面，并推至锥套处。（4）固定芳纶编织层包裹的锥套，将水密插头外壳向锥套移动，使得水密插头外壳内部的契形面与锥套将芳纶编织层压紧，尽量使芳纶编织层均匀分布。用力拉电缆，使得锥套与契形面压紧，将垫片和螺母向外壳里顶。螺母向里旋转1 2 圈，使其不会再脱落。螺母螺纹上点一些中强度螺纹胶之后，继续将螺母拧紧，直至将锥套压紧，最终螺母应不高于水密插头外壳。（5）绝缘体部件接线时，将单根导线剥线至合适长度，并在焊接前将外露导线进行裁剪，导线应露出直套筒端面一定高度，如图4所示。最后，剪去多余芳纶编织层。2730图4剥缆示意图1.2.4电缆焊接（1）焊接不允许有虚焊缺陷。焊线后，接触件焊杯采用热缩管或采取其他措施保护焊点。（2）导线焊接后，将两个半扣环与绝缘体扣合，整体装入壳体中，装配时注意将绝缘体上键槽与壳体内单键对正（见图5 6）。壳体内单键图5壳体内单键示意图46种水下设承力制作工艺边宇舰等：键槽图6 键槽示意图（3）绝缘体、壳体、直套筒装配到位后，装上外部半连接环及螺钉。（4）电缆固定件端电装完成后将剩余结构安装完整。1.2.5检查 2首先要检查电缆芯线的通断情况，确认芯线连通正常。测量承力电缆与芯线、芯线与连接器外壳间的绝缘电阻，确认绝缘电阻正常；在水密插头的固定件外立面刻录编码，方便后期识别。1.2.6承力电缆硫化将承力电缆与水密接插件交接处进行硫化以保证电缆的水密特性。水压试验入水前要进行外观检验，要求外护套表面无破裂、无导致进水的较深划痕；检验密封圈无破损；检验两端堵头安装到位；各螺钉、锁紧帽拧紧。2拉力试验为了验证工艺的可靠性，我们对使用该工艺生产的锚系承力电缆样缆进行破断力试验。将样缆竖直固定在拉力试验仪器上，模拟真实工作状态，并对样缆竖直方向上施加拉力并不断增大拉力值，直至某部分承受拉力极限。拉力试验结果如图7 所示，样缆的破断力达到18 3 6 0 N，新工艺较老工艺破断力提高了6 倍，满足项目需求。这已经较为接近电缆自带芳纶破断力（2 2 0 0 0 N左右）。1042一新工艺1.8一老工艺1.61.4N/回溝1.210.80.60.40.20051015202530位移/mm图7 拉力试验结果图3结论本文提出一种水下设备锚系承力电缆承力制作工艺，并对据此生产的锚系承力电缆进行了破断力试验，试验结果表明该工艺大大提升了锚系承力电缆的承载力和破断力，新工艺较老工艺破断力提高了6 倍。该工艺具有复杂性低、稳定性高、成熟性高、对人员和设备的要求低等特点。相关水下设备可根据项目承力需求，调整承力电缆芳纶编织层厚度，即可满足不同承力要求。参考文献：1丁炳湘,李华斌,朱连香，等水下承力探测电缆的研制.电器工业,2 0 14(3):7 4-7 8.2石秀华,孙武斌,李增楠承力芳纶电缆连接器技术研究.机械设计,19 9 7(9):2 2-2 3.3杜娟,胡建忠,朱有明,等.一种芳纶铠装承力综合缆的制作方法：2 0 2 12 2 7 3 8 2 59.4 P.2022-04-05.4赵锐,王芳,徐建学.一种连接器缆绳固定结构及安装方法与流程：2 0 2 12 48 8 3 0 3 7 P.2021-04-30.5】丁炳湘,崔斌,杨蓓等.水下承力探测电缆：2 0 0 8 10 0 3 17 0 8.8 P2010-12-22.6】徐应麟电线电缆手册 M2版.机械工业出版社，2002:319-322.