[发明专利]耐挠曲高柔性漂浮电缆及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种传输电缆，尤其涉及一种可漂浮或者悬浮在水中的电缆。

背景技术

在水下探测、打捞等领域，需要用电缆将电力和指令信号等传输到水下机器和设备，由于常规电缆的总体密度远大于水，这些传输电缆的自重导致其下沉，当设备和装置在水下很深时，电缆很长，其下沉力将导致岸基或船舶上的电缆联结处断裂或甚至导致电缆本身断裂。同时水下设备在移动时，由于下沉电缆与水底地表之间的摩擦，使设备移动困难，且容易导致电缆外护套破裂，引起水下漏电和信号失真等事故。要使普通电缆不下沉，早期主要依靠外部漂浮物使电缆漂浮于水面。

如何降低电缆在水中的下沉力，使电缆无需借助于任何外部漂浮物，即可克服自重而在水面漂浮或在水中自由悬浮，即开发所谓“漂浮电缆”，是水下、水面设备应用中必须解决的关键问题。

漂浮电缆即在电缆中置入比重较小的“漂浮芯组”或“发泡体”，从而使电缆的整体比重小于或接近于水。该类电缆用于水上作业的动力装置或探测装置时，可以直接漂浮在水上，外表清晰可见，便于维护；用于潜艇、扫雷艇的拖曳电缆或海底探测的连接电缆时，则可使其自由悬浮于水中。

漂浮电缆在军事上的应用首推潜艇，潜艇上使用拖曳浮力天线和拖曳浮标天线两种专用天线来接收和发射信号。拖曳浮力天线以及拖曳浮标天线的拖曳电缆就是漂浮电缆，拖曳漂浮电缆的长度达500米。潜艇还有主要由漂浮电缆组成的拖曳线列阵声纳，用于监听、监视其他潜艇和水面舰艇。水面舰艇也必须用到漂浮电缆，其拖曳线列阵声纳即是将水听器镶嵌在漂浮电缆上形成的线列阵，由拖曳漂浮电缆拖在舰艇尾后水中，其总长度达1000至2000米，主要用于远程测听潜艇噪声，以及进行监视、测向和识别，从而提高水面舰艇反潜搜索能力。扫雷艇也需要用到漂浮电缆，其艇后的拖曳漂浮电缆上安装有各种产生声压、磁场以及水压感应的扫雷具，扫雷时远离艇体产生声压、磁场以及水压变化从而引爆水雷。

民用方面，在水面以下1000米至6000米处工作的水下机器人，依靠高强度的漂浮复合电缆，在其与母船之间提供电力以及控制信号和数据信号的双向传输。海洋钻探、石油平台、海洋地震勘探以及海洋发电等领域也需要大量的漂浮电缆。游泳池、自来水厂以及其他水下场所的自动清污/清理设备等需要漂浮电缆提供电力支持以及信号指令。总之，漂浮电缆在军民两方面都有巨大的市场需求，据不完全统计，年需求量约10万公里，价值30至50亿元人民币，并每年以12％左右的速度增长。

漂浮电缆是一种特种电缆，国内天津609电缆有限公司、江苏友诚友谊线缆有限公司以及郑州电缆集团等公司进行了开发和小批量试产，分别用于海底电缆埋设机、水上作业动力装置及探测装置、非接触式电磁扫(水)雷艇等。随着海洋开发、各种水面/水下作业的日渐增多，以及海上风力发电、潮汐发电等技术的发展，漂浮电缆市场容量将迅速扩大，越来越多的电线电缆工厂加入了研制和生产该类电缆的行列。

这些企业生产的产品大多采用在电缆中心或线芯与护套之间植入发泡聚乙烯/聚丙烯的方法进行制造，这样的漂浮电缆柔韧性差，弯曲曲率半径大，操作性差；对于需要频繁收放以及小范围来回移动的场合，其频繁扭曲及其与船体、堤岸或电缆周边硬物之间的刮擦，导致电缆过早破损，从而降低使用寿命。

对于漂浮电缆来说，除应符合普通软电缆承受拉伸和频繁弯曲等性能要求外，关键是电缆必须漂浮在水面上，即电缆的整体密度应小于1.0g/cm³。众所周知，金属导体、绝缘体和护套材料的密度决定了普通软电缆的整体密度，一般电缆的整体密度都大于1.0g/cm³，而且随电缆截面积的增大呈上升趋势。另外，漂浮电缆的工作电压虽不高，但工作电流较大，对绝缘和护套的要求较高，因此不能盲目减小绝缘层和护套层的密度，否则会导致绝缘和护套的物理机械性能下降，影响电缆的总体性能。所以降低电缆的总体密度，主要通过在电缆内部加入密度较小的材料即所谓的“漂浮芯组”来实现。