本发明涉及电缆技术领域，尤其涉及一种海洋工程用抗拉脐带电缆。
背景技术：
目前，用于水下rov系留的海洋工程用脐带电缆一般同时具备水密、抗拉、耐磨以及光、电、油、气复合等性能，电缆一般采用钢丝或高强度芳纶丝作为加强单元，采用阻水膏配合阻水带、阻水粉等作为水密手段，而中间的动力、控制、信号、油气传输根据使用需要考虑结构对称等因素进行结构设计。
电缆无论采用钢丝铠装作为加强层还是芳纶纤维作为加强层均需首先克服自重影响，这在深水使用尤其明显，大长度的脐带电缆很大一部分的加强用于克服自身的重量，尤其是采用钢丝铠装加强的电缆，虽然钢丝本身由于强度、硬度较大兼具有防止浪涌对电缆造成冲击的作用，但钢丝本身的强度/重量比已在256～320mpa/g之间，而芳纶丝可达1900mpa/g，因此目前对于电缆本身较重的场合经常采用芳纶纤维作为加强单元，但芳纶纤维数量也受到结构空间、成本等条件的制约，芳纶纤维有限的承重能力很大一部分用于了克服自重，对于电缆的承重能力产生较大的影响。《光纤与电缆及其应用技术》杂志中“微浮力光电复合拖缆的设计”中采用结构设计及材料的选用实现了密度0.95左右，但这种方式仅在小截面电缆中具有可行性，对于需要大功率输电的水下设备需采用高电压(3000v以上)、大截面(16平方以上)的情况，需要在结构、材料的选择中进行改进。
技术实现要素：
本发明提出的一种海洋工程用抗拉脐带电缆，利用海水的浮力作用，使用轻量化、空隙化等手段电缆的整体密度小于海水密度，解决了现有电缆尤其是大截面、高电压电缆的在使用时首先需要克服自重的问题。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种海洋工程用抗拉脐带电缆，包括：
地线芯导体，所述地线芯导体外绕包一层半导电带，半导电带外设有绝缘层构成绝缘地线芯导体；
主线芯导体，所述主线芯导体绕包一层半导电带，半导电带外设有绝缘层构成绝缘主线芯导体；
信号线芯导体和控制线芯导体，所述信号线芯导体绕包一层半导电带，半导电带外设有绝缘层构成绝缘信号线芯导体，所述控制线芯导体绕包一层半导电带，半导电带外设有绝缘层构成绝缘控制线芯导体，每2根绝缘信号线芯导体、每2根绝缘控制线芯导体相互绞合并在其外包覆有内屏蔽层；
光纤单元，所述光纤单元采用松套管形式，所述松套管外设有编织芳纶丝加强层，所述编织芳纶丝加强层外设有发泡聚乙烯；
半米阻水膏，所述半米阻水膏填充于绝缘地线芯导体、绝缘主线芯导体、绝缘信号线芯导体、绝缘控制线芯导体、光纤单元的发泡聚乙烯外；
外屏蔽层，所述外屏蔽层设于所述半米阻水膏外；
抗拉层、内护套层、铠装层和外护套层，所述抗拉层、内护套层、铠装层和外护套层依次设置于所述外屏蔽层的外侧。
优选的，所述抗拉层22采用6320t芳纶丝编织加强层，具有4根，每根采用36锭编织机编织，4根之间编织角70-75度。
优选的，所述绝缘地线芯导体、绝缘主线芯导体、绝缘信号线芯导体、绝缘控制线芯导体均采用发泡聚乙烯材料。
优选的，所述内护套层、外护套层采用发泡聚乙烯材料。
优选的，所述绝缘地线芯导体、绝缘主线芯导体、绝缘信号线芯导体、绝缘控制线芯导体的发泡聚乙烯材料为三层共挤挤出皮-泡-皮结构。
优选的，所述绝缘地线芯导体、绝缘主线芯导体、绝缘信号线芯导体、绝缘控制线芯导体采用的三层共挤挤出皮-泡-皮结构的内层皮平均厚度达到1mm，中间发泡层平均厚度2.0mm，外层皮厚度0.2-0.3mm。
优选的，所述外护套层的发泡聚乙烯材料为三层共挤挤出皮-泡-皮结构。
优选的，所述外护套层采用的三层共挤挤出皮-泡-皮结构的内层皮厚度0.3-0.5mm，中间发泡层厚度2mm，外层皮厚度2.0mm。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
(1)电缆内部不再全部填充阻水膏，而是采用每10米间隔加入0.5米阻水膏的方式(简称“半米阻水膏”)，这种分段阻水的方式使电缆内部具有水密效果达到阻水性能的同时尽量“空心化”，大大降低了电缆的重量的同时降低了电缆密度；
(2)所有的绝缘、护套均采用三层共同挤出的发泡聚乙烯材料，中间层发泡度达到80％左右，进一步降低了电缆整体密度；
(3)为避免主线采用发泡聚乙烯导致电缆击穿，采取了以下措施：导体上绕包一层半导电带，从而起到均匀电场的作用。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为图1的局部放大图。
图中：1、地线芯导体；2、主线芯导体；3、信号线芯导体；4、控制线芯导体；5、光纤单元；6、半米阻水膏；7、地线芯导体半导电带7；8、绝缘地线芯导体；9、主线芯导体半导电带；10、绝缘主线芯导体；11、信号线芯导体半导电带；12、绝缘信号线芯导体；13、控制线芯导体半导电带13；14、绝缘控制线芯导体；15、内屏蔽层；16、编织芳纶丝加强层；17、发泡聚乙烯；18、内护套层；19、外护套层；20、外屏蔽层；21、铠装层；22、抗拉层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参照图1-2，以3*35 2*10 2*2.5 2*(2*1)p 6芯单模光纤的电缆为例，电缆具体结构如下：
一种海洋工程用抗拉脐带电缆，包括地线芯导体1、主线芯导体2、信号线芯导体3和控制线芯导体4、光纤单元5、半米阻水膏6。
地线芯导体外1绕包一层半导电带，称为地线芯导体半导电带7，地线芯导体半导电带7外设有绝缘层构成绝缘地线芯导体8；主线芯导体2绕包一层半导电带9，称为主线芯导体半导电带9，主线芯导体半导电带9外设有绝缘层构成绝缘主线芯导体10；信号线芯导体3绕包一层半导电带11，称为信号线芯导体半导电带11，信号线芯导体半导电带11外设有绝缘层构成绝缘信号线芯导体12，控制线芯导体4绕包一层半导电带13，称为控制线芯导体半导电带13，控制线芯导体半导电带13外设有绝缘层构成绝缘控制线芯导体14，每2根绝缘信号线芯导体12、每2根绝缘控制线芯导体14相互绞合并在其外包覆有内屏蔽层15；光纤单元5采用松套管形式，松套管外设有编织芳纶丝加强层16加强后，编织芳纶丝加强层16外挤包发泡聚乙烯17，挤包后外径14.7mm。
绝缘地线芯导体8、绝缘主线芯导体10、绝缘信号线芯导体12、绝缘控制线芯导体14均采用发泡聚乙烯材料，发泡聚乙烯材料为三层共挤挤出皮-泡-皮结构，内层“皮”平均厚度达到1mm左右，中间发泡层平均厚度2.0mm，外层“皮”厚度0.2-0.3mm之间，这种结构的电缆绝缘可在3kv下正常运行。
35平方动力线(主线芯导体)：采用三层共挤挤出皮-泡-皮结构，三层厚度共计3.2mm，绝缘计算外径14.9mm；
10平方地线芯导体：绝缘按外径控制，外径控制在14.9mm，绝缘计算厚度5.2mm；
2.5平方控制线芯导体：根据主线与地线的外径反推，其外径应控制在5.8mm，绝缘计算厚度2.1mm；
1.0平方信号线芯导体：根据主线与地线的外径反推，其外径控制在2.8mm，绝缘计算厚度0.8mm；
光纤单元：采用松套管形式，套管外采用编织芳纶丝加强后，挤包发泡聚乙烯，挤包后外径14.7mm。
成缆：按照图1电缆结构图成缆，为保证电缆移动性能，成缆绞合节距倍比为10-12倍，右向绞合。
内护套层18、外护套层19采用发泡聚乙烯材料。
半米阻水膏6填充于绝缘地线芯导体8、绝缘主线芯导体10、绝缘信号线芯导体12、绝缘控制线芯导体14、光纤单元的发泡聚乙烯17外，采用每间隔10m填充。
外屏蔽层20设于半米阻水膏6外。
抗拉层22、内护套层18、铠装层21和外护套层19依次设置于外屏蔽层20的外侧。
抗拉层22为芳纶丝编织层。按设计电缆最大抗拉强度10t为例，为留有一定裕度，实际设计12t，每根采用6320t芳纶丝编织加强，抗拉层22具有4根，采用36锭编织机编织，4根之间编织角70-75度(错位排布)，每根芳纶丝承重能力为1200n，采用编织方式后电缆承力性能将只有约总承重能力的80％左右，按保守70％计算，则总承重能力为：36*4*1200*0.7＝120kn＝12t。采用此种结构的抗拉层22，在外护套层19、内护套层18保持其轻量化的同时，也具有很好的承重能力和抗拉强度，保证了本海洋工程用抗拉脐带电缆的整体强度。
内护套层18主要起到水密、增加体积、隔绝抗拉层等作用，采用挤压式挤出发泡聚乙烯材料，挤出应确保将成缆缝隙填满且密实，以确保电缆具有良好的弯曲性能。外护套层19采用发泡聚乙烯，为确保电缆具有较好的抗水压、耐磨性能，仍采用三层共挤的皮-泡-皮方式，内层“皮”厚度0.3-0.5mm，中间发泡层厚度2mm，外层“皮”厚度2.0mm。
最终本电缆的参数为：
电缆外径：电缆计算外径54.0mm；
电缆整体密度计算(按1km计算)：
铜导体重量估算：(3*35 2*10 2*2.5 2*2*1)*8.89＝1191kg；
阻水膏重量＝长度/10*0.5*空隙面积*密度＝1000/10*0.5*53.2*10-3*0.95＝2.5kg；
光纤单元重量：80kg；
绝缘、护套、屏蔽层及芳纶纤维计算重量：590kg；
电缆计算密度：0.81kg/m3。
本发明提供的一种海洋工程用抗拉脐带电缆，充分利用海水的浮力作用，使用轻量化、空隙化等手段使高电压(3kv)、大截面电缆的整体密度小于海水密度，最终克服了仅在小截面电缆中具有可行性的缺陷，对于需要大功率输电的水下设备需采用高电压(3000v以上)、大截面(16平方以上)的情况，在结构、材料的选择中进行改进，使其具有可信性。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
1.一种海洋工程用抗拉脐带电缆，其特征在于，包括：
地线芯导体，所述地线芯导体外绕包一层半导电带，半导电带外设有绝缘层构成绝缘地线芯导体；
主线芯导体，所述主线芯导体绕包一层半导电带，半导电带外设有绝缘层构成绝缘主线芯导体；
信号线芯导体和控制线芯导体，所述信号线芯导体绕包一层半导电带，半导电带外设有绝缘层构成绝缘信号线芯导体，所述控制线芯导体绕包一层半导电带，半导电带外设有绝缘层构成绝缘控制线芯导体，每2根绝缘信号线芯导体、每2根绝缘控制线芯导体相互绞合并在其外包覆有内屏蔽层；
光纤单元，所述光纤单元采用松套管形式，所述松套管外设有编织芳纶丝加强层，所述编织芳纶丝加强层外设有发泡聚乙烯；
半米阻水膏，所述半米阻水膏填充于绝缘地线芯导体、绝缘主线芯导体、绝缘信号线芯导体、绝缘控制线芯导体、光纤单元的发泡聚乙烯外；
外屏蔽层，所述外屏蔽层设于所述半米阻水膏外；
抗拉层、内护套层、铠装层和外护套层，所述抗拉层、内护套层、铠装层和外护套层依次设置于所述外屏蔽层的外侧。
2.根据权利要求1所述的一种海洋工程用抗拉脐带电缆，其特征在于，所述抗拉层22采用6320t芳纶丝编织加强层，具有4根，每根采用36锭编织机编织，4根之间编织角70-75度。
3.根据权利要求1所述的一种海洋工程用抗拉脐带电缆，其特征在于，所述绝缘地线芯导体、绝缘主线芯导体、绝缘信号线芯导体、绝缘控制线芯导体均采用发泡聚乙烯材料。
4.根据权利要求1所述的一种海洋工程用抗拉脐带电缆，其特征在于，所述内护套层、外护套层采用发泡聚乙烯材料。
5.根据权利要求3所述的一种海洋工程用抗拉脐带电缆，其特征在于，所述绝缘地线芯导体、绝缘主线芯导体、绝缘信号线芯导体、绝缘控制线芯导体的发泡聚乙烯材料为三层共挤挤出皮-泡-皮结构。
6.根据权利要求5所述的一种海洋工程用抗拉脐带电缆，其特征在于，所述绝缘地线芯导体、绝缘主线芯导体、绝缘信号线芯导体、绝缘控制线芯导体采用的三层共挤挤出皮-泡-皮结构的内层皮平均厚度达到1mm，中间发泡层平均厚度2.0mm，外层皮厚度0.2-0.3mm。
7.根据权利要求4所述的一种海洋工程用抗拉脐带电缆，其特征在于，所述外护套层的发泡聚乙烯材料为三层共挤挤出皮-泡-皮结构。
8.根据权利要求7所述的一种海洋工程用抗拉脐带电缆，其特征在于，所述外护套层采用的三层共挤挤出皮-泡-皮结构的内层皮厚度0.3-0.5mm，中间发泡层厚度2mm，外层皮厚度2.0mm。
技术总结