CN115128748B - 一种防声呐海底光缆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种防声呐海底光缆，包括无缝不锈钢光单元缆芯，FRP带S螺旋铠装层，双面涂塑镀铬钢带Z螺旋卡扣式铠装层，双铠装层之间填充有AB双组份阻水胶，护套为HDPE隔水护套层以及涤纶飘带编织仿生防护层；本发明的双层正反向铠装层具备优越的抗拉及抗压性能，特殊的卡扣式钢带铠装层具备导流功能，涤纶飘带编织仿生防护层结构具备抗涡激振动功能以及降噪性能，满足了海底光通讯的稳定要求，更具有优越的防声呐性能，可靠性高。

Description

一种防声呐海底光缆及其制备方法

技术领域

本发明涉及光缆结构技术领域，尤其是涉及一种防声呐海底光缆及其制备方法。

背景技术

我国是海洋大国，海岸线漫长，管辖海域广袤，海洋资源丰富。近几年，我国海洋生态文明建设取得显著成效，初步形成“四大体系”：以海域和无居民海岛开发利用为主体的资源管理体系，以污染防治、生态保护、环境修复为主体的环境管理体系，以监测、预报、调查等为主体的业务体系，以专门法律和督察制度为基础的法治体系。

海洋开发和海防建设，信息先行，现有的海上通讯主要分为无线固定频段电磁波加密通讯及通讯光电缆两种。其中无线方式是较为古老的方式，投资较低，但存在信号传输容量低、距离短、易受干扰及监听等缺点，基本用于常规的民用系统通信。有线系统主要采用海底光缆，传统的海底光缆一般由光纤单元及铜管、绝缘护套、绞合多层钢丝铠装保护结构构成，其外径达到30mm、单位重量达到600kg/km，价格十分昂贵，尺寸较大以及多层金属保护的结构使得在海洋防务及监测系统中易被侧扫声呐系统发现和破坏，无法适应现代化海防建设的要求。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的之一是提供一种具备抗涡激振动功能以及降噪性能，满足了海底光通讯的稳定要求，更具有优越的防声呐性能，可靠性较高的防声呐海底光缆。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种防声呐海底光缆，从内到外依次包括无缝不锈钢光单元缆芯、沿着所述无缝不锈钢光单元缆芯绞合的FRP带S螺旋铠装层、沿着所述FRP带S螺旋铠装层反向绞合的双面涂塑镀铬钢带Z螺旋卡扣式铠装层、阻水层、HDPE隔水护套层以及仿生防护层。

通过采用上述技术方案，FRP带S螺旋铠装层和双面涂塑镀铬钢带Z螺旋卡扣式铠装层能够大幅降低了缆体的重量，并抵消了内外层应力，同时螺旋钢带的拱形结构能够保证抗拉抗压性能和稳定性。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述无缝不锈钢光单元缆芯包括无缝不锈钢管，内含多根通信光纤，多根所述通信光纤在无缝不锈钢管内呈SIN分布，余长为0.5％～0.6％，管内填充有吸氢阻水纤膏。

通过采用上述技术方案，有内部填充有吸氢阻水纤膏的无缝不锈钢管，不仅结构稳定性较高，而且占用空间较小，吸氢阻水纤膏具有阻水性较高。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述FRP带S螺旋铠装层采用厚度为0.12～0.25mm的扁平式FRP玻纤带，扁平式FRP玻纤带左旋绞合于所述无缝不锈钢光单元缆芯周围。

通过采用上述技术方案，相比传统的钢丝或FRP杆铠装，扁平式FRP玻纤带具备高强度重量轻的特性。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述双面涂塑镀铬钢带Z螺旋卡扣式铠装层右向绞合于FRP带S螺旋铠装层外侧，厚度在0.2～0.25mm之间。

通过采用上述技术方案，双面涂塑镀铬钢带Z螺旋卡扣式铠装层特有的拱形结构使得缆体更为稳定，提高了缆的抗拉和抗压性能，卡扣式钢带铠装层具备导流功能，能有效减低声呐信号的反射。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述阻水层位于所述FRP带S螺旋铠装层和双面涂塑镀铬钢带Z螺旋卡扣式铠装层之间，且采用AB双组份胶。

通过采用上述技术方案，AB双组份胶阻水层在缆体绞合完毕24小时内会凝固成胶状，有效堵塞缆芯内部间隙，提升缆的纵向阻水性能。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述HDPE隔水护套层的厚度在2～3mm之间。

通过采用上述技术方案，HDPE隔水护套层保证缆的抗压性能以及横向阻水性能。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述仿生防护层采用涤纶飘带编织。

通过采用上述技术方案，涤纶飘带编织仿生防护层结构具备抗涡激振动功能以及降噪性能，长期与水底生物结合生成仿生防护结构，与水底环境融为一体，使得飘带缆具有优越的防声呐性能，可靠性高。

本发明的另一目的是提供一种防声呐海底光缆的制备方法。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种防声呐海底光缆的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、制备缆芯：无缝不锈钢光单元缆芯采用厚度为0.25～0.30mm的SUS304不锈钢带卷包后激光焊接而成无缝不锈钢管，外径约2.7～5.0mm，内含多根通信光纤，所述多根通信光纤在无缝不锈钢管呈SIN分布，余长为0.5％～0.6％，管内填充有吸氢阻水纤膏，填充率为85～90％。

步骤二、FRP带S螺旋铠装层绞合：采用宽度1.5～2mm厚度为0.12～0.25mm的扁平式FRP玻纤带10～20根，绞合节距60～80mm，使用带退扭功能的螺旋绞笼将FRP玻纤带左旋绞合于所述无缝不锈钢光单元缆芯的周围，形成FRP带S螺旋铠装层；

步骤三、双面涂塑镀铬钢带Z螺旋卡扣式铠装层绞合：使用宽度2.5～3mm，厚度0.2～0.25mm的双面涂塑镀铬钢带6～12条，使用带退扭功能的螺旋绞笼将钢带右向绞合于FRP带外侧，绞合节距70～90mm，形成双面涂塑镀铬钢带Z螺旋卡扣式铠装层；

步骤四、填充阻水层：在FRP带S螺旋铠装层和双面涂塑镀铬钢带Z螺旋卡扣式铠装层之间填充有AB双组份胶阻水层；

步骤五、制作护套层：在双面涂塑镀铬钢带Z螺旋卡扣式铠装层外层挤制2.5～4.0mm厚度HDPE隔水护套层，保证缆的抗压性能以及横向阻水性能；

步骤六、制作仿生防护层：所述HDPE隔水护套层外采用涤纶飘带编织的仿生防护层，涤纶飘带厚度为0.8～1mm，外侧留有部分飘带，最终外径为10～15mm，重量120～180kg/km。

综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

1.本发明相比传统的单向钢丝绞合海底光缆，通过采用高弹性模量FRP带以及镀铬钢带双向螺旋铠装，大幅降低了缆体的重量，并抵消了内外层应力，同时螺旋钢带的拱形结构能够保证抗拉抗压性能和稳定性；

2.本发明相比传统海底光缆使用阻水带或油膏，使用了更为环保的AB双组份阻水胶，在缆体绞合完毕24小时内AB双组份胶阻水层会凝固成胶状，有效堵塞缆芯内部间隙，在高水压深海环境下维持缆体稳定，阻水效果更佳；

3.本发明相比传统海底光缆使用不锈钢光单元，外层包覆铜管，再挤制绝缘，绞合多层钢丝的结构，外径降低50％以上，大幅降低了成本，且方便敷设和后期维护；

4.本发明相比传统海底光缆，使用更少的金属材料，可以有效地降噪和减振，卡扣式铠装层具备导流功能，能有效减低声呐信号的反射；

5.本发明相比传统海底光缆，外层增加了涤纶飘带编织的仿生防护层，涤纶飘带具有较好的耐候和防腐蚀性能，外侧留有部分飘带，具备抗涡激振动功能以及降噪性能，长期与水底生物结合生成仿生防护结构，与水底环境融为一体，使得飘带缆具有优越的防声呐性能，可靠性高。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本实施例的整体结构示意图。

图2是本实施例与常规海底电缆的阴影对比示意图。

附图中的标号为：

1-无缝不锈钢光单元缆芯；11-无缝不锈钢管；12-通信光纤；13-有吸氢阻水纤膏；2-FRP带S螺旋铠装层；3-卡扣式铠装层；4-阻水层；5-HDPE隔水护套层；6-仿生防护层。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

参照图1，为本发明公开的一种防声呐海底光缆，从内到外依次包括无缝不锈钢光单元缆芯1、沿着无缝不锈钢光单元缆芯1绞合的FRP带S螺旋铠装层2、沿着FRP带S螺旋铠装层2反向绞合的双面涂塑镀铬钢带Z螺旋卡扣式铠装层3、阻水层4、HDPE隔水护套层以及仿生防护层6。

无缝不锈钢光单元缆芯1包括无缝不锈钢管11，内含多根通信光纤12，多根通信光纤12在无缝不锈钢管11内呈SIN分布，余长为0.5％～0.6％，管内填充有吸氢阻水纤膏13。

FRP带S螺旋铠装层2采用厚度为0.12～0.25mm的扁平式FRP玻纤带，FRP玻纤带是一种由玻璃纤维增强不饱和聚酯、环氧树脂与酚醛树脂为基体材料组成的带装复合塑料，玻璃纤维增强塑料的相对密度在1.9～2.1之间，只有碳钢的1/4～1/5，但拉伸强度却接近甚至超过碳素钢，强度可以与高级合金钢媲美，扁平式FRP玻纤带左旋绞合于无缝不锈钢光单元缆芯1周围，扁平式FRP玻纤带10～20根，弹性模量≥75Gpa，绞合节距60～80mm，相比传统的钢丝或FRP杆铠装，具备高强度重量轻的特性，使用带退扭功能的螺旋绞笼。

双面涂塑镀铬钢带Z螺旋卡扣式铠装层3右向绞合于FRP带S螺旋铠装层2外侧，厚度在0.2～0.25mm之间绞合节距70～90mm，抵消内外层绞合的应力，保证在对缆的正反两方向的扭转刚度差别在10～15％以内，特有的拱形结构使得缆体更为稳定，提高了缆的抗拉和抗压性能，卡扣式钢带铠装层具备导流功能，能有效减低声呐信号的反射，。

阻水层4位于FRP带S螺旋铠装层2和双面涂塑镀铬钢带Z螺旋卡扣式铠装层3之间，且采用AB双组份胶，在缆体绞合完毕24小时内AB双组份胶阻水层4会凝固成胶状，有效堵塞缆芯内部间隙，提升缆的纵向阻水性能。

HDPE隔水护套层的厚度在2～3mm之间，HDPE采用6062高密度PE塑料，结晶度为80％～90％，软化点为125～135℃，HDPE使用Ziegler-Natta聚合法制造，以乙烯PE为主要原料，丙烯、1-丁烯、己烯为共聚体，在催化剂的作用下，采用淤浆聚合或气相聚合工艺，加入高等级的炭黑颜料保证优良的抗UV性，其特点是分子链上没有支链，因此分子链排布规整，具有较高的密度。使用温度可达120℃；硬度、拉伸强度和蠕变性优于低密度聚乙烯；耐磨性、电绝缘性、韧性及耐寒性较好；化学稳定性好，耐老化性能差，在受力情况下热变形温度较低，保证缆的抗压性能以及横向阻水性能。

仿生防护层6采用涤纶飘带编织，涤纶飘带具有较好的耐候和防腐蚀性能，厚度约0.8～1mm，外侧留有部分飘带，最终外径约10～15mm，重量120～180kg/km，涤纶飘带编织仿生防护层6结构具备抗涡激振动功能以及降噪性能，长期与水底生物结合生成仿生防护结构，与水底环境融为一体，使得飘带缆具有优越的防声呐性能，可靠性高。

一种防声呐海底光缆的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、制备缆芯：无缝不锈钢光单元缆芯生产由激光焊管生产线完成，该设备由钢带主动放线装置、光纤放线装置、不锈钢成型台、激光焊接机、纤膏填充装置、拉拔装置、余长控制装置、监测装置以及收线装置组成。采用厚度为0.25～0.30mm大宽度的304不锈钢带(如常规2.7mm管按照4.0～4.8mm造管再拉拔至小直径管)，为了满足大长度不锈钢管生产的需要，预先将若干盘不锈钢带采用尾首相连的方式焊接成一体，不锈钢带卷包后激光焊接而成无缝不锈钢管11，外径在2.7～5.0mm之间，内含多根通信光纤12，多根通信光纤12由光纤放线装置恒定张力放出，最大可支持96芯光纤，多根通信光纤12在无缝不锈钢管11呈SIN分布，余长为0.5％～0.6％，无缝不锈钢管11内填充有吸氢阻水纤膏13，填充率为85～90％，经过拉拔装置后提升不锈钢管的机械性能，并将光纤余长降低至0.2～0.4％，经过涡流监测装置确认管子完好进入收线。

步骤二、FRP带S螺旋铠装层2绞合：采用宽度1.5～2mm厚度为0.12～0.25mm的扁平式FRP玻纤带10～20根，绞合节距60～80mm，使用带退扭功能的螺旋绞笼，该设备放线盘具为630盘具，为保证成缆后缆芯的均匀性，需合理调节线芯放线张力在30～50N之间，避免因张力过大引起光纤台阶不合格或张力不均匀出现蛇形弯曲等情况发生；同时也需合理调整FRP带张力在5～10N之间，保证整个缆芯绕包均匀、紧密且不发生断带等故障，将FRP玻纤带左旋绞合于无缝不锈钢光单元缆芯1的周围，形成FRP带S螺旋铠装层2；

步骤三、双面涂塑镀铬钢带Z螺旋卡扣式铠装层3绞合：使用宽度2.5～3mm，厚度0.2～0.25mm的双面涂塑镀铬钢带6～12条，使用带退扭功能的螺旋绞笼将钢带右向绞合于FRP带外侧，绞合节距70～90mm，形成双面涂塑镀铬钢带Z螺旋卡扣式铠装层3，该绞笼设备放线盘具为630盘具，为保证成缆后缆芯的均匀性，需合理调节线芯放线张力在30～50N之间，避免因张力过大引起光纤台阶不合格或张力不均匀出现蛇形弯曲等情况发生；同时也需合理调整FRP带张力在4～8N之间，保证整个缆芯绕包均匀、紧密且不发生断带等故障；

步骤四、填充阻水层4：在FRP带S螺旋铠装层2和双面涂塑镀铬钢带Z螺旋卡扣式铠装层3之间填充有AB双组份胶阻水层4，采用双管滴胶的方式，AB胶按比例83:17凝结效果最佳；

步骤五、制作护套层5：主要由120挤塑机完成，在双面涂塑镀铬钢带Z螺旋卡扣式铠装层3外层挤制2.5～4.0mm厚度HDPE隔水护套层5，温度设置按照120～165℃，缆芯依次经过预成型、定径、采用半挤压模芯和模套，提高缆的圆整以及密实性能，保证缆的抗压性能以及横向阻水性能；

步骤六、制作仿生防护层6：主要由36股电缆用屏蔽层编织机完成，使用具备高拉伸强度的涤纶飘带单向平纹编织，编制密度85％以上，在所述HDPE隔水护套层5外编织一层仿生防护层6，涤纶飘带厚度为0.8～1mm，外侧留有部分飘带，长度5～8cm，最终外径为10～15mm，重量120～180kg/km。

1.相比传统的单向钢丝绞合海底光缆，本发明采用高弹性模量FRP带以及镀铬钢带双向螺旋铠装，使用的新型材料厚度约为0.2～0.3mm，大幅降低了缆体的重量，并抵消了内外层应力，同时螺旋钢带的拱形结构能够保证抗拉抗压性能和稳定性；

2.相比传统海底光缆使用阻水带或油膏，使用了更为环保的AB双组份阻水胶，在缆体绞合完毕24小时内AB双组份胶阻水层4会凝固成胶状，有效堵塞缆芯内部间隙，在高水压深海环境下维持缆体稳定，阻水满足2Mpa下7天内47m(远优于传统海底光缆7天200m的渗水要求)；

3.相比传统海底光缆使用不锈钢光单元，外层包覆铜管，再挤制绝缘，绞合多层钢，丝的结构，外径降低50％以上，大幅降低了成本，且方便敷设和后期维护；

4.相比传统海底光缆，使用更少的金属材料，可以有效地降噪和减振，卡扣式铠装层3具备导流功能，能有效减低声呐信号的反射，使用侧扫声呐检测阴影可降低70％左右；

5.相比传统海底光缆，外层增加了涤纶飘带编织的仿生防护层6，涤纶飘带具有较好的耐候和防腐蚀性能，外侧留有部分飘带，具备抗涡激振动功能以及降噪性能，长期与水底生物结合生成仿生防护结构，与水底环境融为一体，使得飘带缆具有优越的防声呐性能，可靠性更高。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种防声呐海底光缆，其特征在于：从内到外依次包括无缝不锈钢光单元缆芯（1）、沿着所述无缝不锈钢光单元缆芯（1）绞合的FRP带S螺旋铠装层（2）、沿着所述FRP带S螺旋铠装层（2）反向绞合的双面涂塑镀铬钢带Z螺旋卡扣式铠装层（3）、阻水层（4）、HDPE隔水护套层（5）以及仿生防护层（6）；所述阻水层（4）位于所述FRP带S螺旋铠装层（2）和双面涂塑镀铬钢带Z螺旋卡扣式铠装层（3）之间，且采用AB双组份胶；所述仿生防护层（6）采用涤纶飘带编织。

2.根据权利要求1所述的一种防声呐海底光缆，其特征在于：所述无缝不锈钢光单元缆芯（1）包括无缝不锈钢管（11），内含多根通信光纤（12），多根所述通信光纤（12）在无缝不锈钢管（11）内呈SIN分布，余长为0.5%~0.6%，管内填充有吸氢阻水纤膏（13）。

3.根据权利要求1所述的一种防声呐海底光缆，其特征在于：所述FRP带S螺旋铠装层（2）采用厚度为0.12~0.25mm的扁平式FRP玻纤带，扁平式FRP玻纤带左旋绞合于所述无缝不锈钢光单元缆芯（1）周围。

4.根据权利要求1所述的一种防声呐海底光缆，其特征在于：所述双面涂塑镀铬钢带Z螺旋卡扣式铠装层（3）右向绞合于FRP带S螺旋铠装层（2）外侧，厚度在0.2~0.25mm之间。

5.根据权利要求1所述的一种防声呐海底光缆，其特征在于：所述HDPE隔水护套层（5）的厚度在2~3mm之间。

6.一种防声呐海底光缆的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、制备缆芯：无缝不锈钢光单元缆芯（1）采用厚度为0.25~0.30mm的SUS304不锈钢带卷包后激光焊接而成无缝不锈钢管（11），外径约2.7~5.0mm，内含多根通信光纤（12），所述多根通信光纤（12）在无缝不锈钢管（11）呈SIN分布，余长为0.5%~0.6%，管内填充有吸氢阻水纤膏（13），填充率为85~90%；

步骤二、FRP带S螺旋铠装层（2）绞合：采用宽度1.5~2mm厚度为0.12~0.25mm的扁平式FRP玻纤带10~20根，绞合节距60~80mm，使用带退扭功能的螺旋绞笼将FRP玻纤带左旋绞合于所述无缝不锈钢光单元缆芯（1）的周围，形成FRP带S螺旋铠装层（2）；

步骤三、双面涂塑镀铬钢带Z螺旋卡扣式铠装层（3）绞合：使用宽度2.5~3mm，厚度0.2~0.25mm的双面涂塑镀铬钢带6~12条，使用带退扭功能的螺旋绞笼将钢带右向绞合于FRP带外侧，绞合节距70~90mm，形成双面涂塑镀铬钢带Z螺旋卡扣式铠装层（3）；

步骤四、填充阻水层（4）：在FRP带S螺旋铠装层（2）和双面涂塑镀铬钢带Z螺旋卡扣式铠装层（3）之间填充有AB双组份胶阻水层（4）；

步骤五、制作护套层（5）：在双面涂塑镀铬钢带Z螺旋卡扣式铠装层（3）外层挤制2.5~4.0mm厚度HDPE隔水护套层（5），保证缆的抗压性能以及横向阻水性能；

步骤六、制作仿生防护层（6）：所述HDPE隔水护套层（5）外采用涤纶飘带编织的仿生防护层（6），涤纶飘带厚度为0.8~1mm，外侧留有部分飘带，最终外径为10~15mm，重量120~180kg/km。