零浮力电缆是水下作业装备常用的传输线缆,其设计目标是在水中呈中性浮力状态,既不持续上浮也不持续下沉,从而减轻线缆自重对设备姿态、布放深度和操控手感的影响。本文介绍的结构为单护套零浮力电缆,在一根电缆中同时集成两路电源芯线与一对数据信号线,可在供电的同时完成信号与数据回传,减少水下设备所需的线缆根数。电缆外护套采用发泡热塑性聚氨酯(TPU),护套颜色为黄色,便于在水下观测与识别。整缆的截面、厚度、外径与浮力控制方式相互配合,具体数值集中列于「主要结构参数」一节,其余小节只作定性说明。具体供货规格以双方确认的规格文件为准。
电源芯导体采用裸铜丝束绞结构,单芯标称截面、绞合形式、绞向与绞合外径等数值见「主要结构参数」一节。多股细丝绞合使导体在保持载流能力的同时具备良好的弯曲性能,反复盘绕与收放时不易因单丝疲劳而断裂,这一点对需要频繁布放和回收的水下设备尤为重要。束绞后的导体外径均匀、表面圆整,便于绝缘层均匀包覆,也有利于端头剥切与压接时控制尺寸。
电源芯绝缘采用聚乙烯(PE),绝缘厚度与绝缘后的线芯外径见「主要结构参数」一节;两路电源芯分别以红色、绿色区分,便于端头加工与接线检查。聚乙烯具有较低的介电常数和稳定的绝缘电阻,适合中低压水下供电回路;同时其吸水率低,在潮湿或长期浸水工况下绝缘性能衰减小,有利于延长电缆的使用周期。绝缘层挤出后与导体结合紧密,可减少水分沿导体与绝缘之间的界面渗透。
数据信号部分为一对数据线芯,导体采用裸铜丝绞合,两根芯线以蓝色、蓝白色区分并成对绞合,外层采用铝箔绕包,截面与导体结构见「主要结构参数」一节。对绞结构可提高抗共模干扰能力,铝箔绕包则为信号对提供静电屏蔽,抑制动力回路对信号传输的耦合干扰,有利于传感器数据、控制指令等信号在水下较长距离传输时保持稳定。信号对与电源芯同缆时,屏蔽层的连续性与接地处理同样影响通信质量,端头加工时应保持铝箔层的完整过渡。
电源芯与数据对以左向成缆,成缆时加入高强度纤维作为承力元件,并配置阻水纱,外层采用无纺布包带固定,纤维根数与规格、阻水纱根数以及成缆。加强纤维承担布放与回收过程中的拉伸载荷,使电缆在悬垂、拖曳工况下主要受力于纤维而非导体,从而保护导体与绝缘层;阻水纱遇水后膨胀,可阻断水分沿缆芯间隙纵向渗透;无纺布包带使缆芯圆整、稳定,为挤包护套提供均匀的基体。
外护套为发泡热塑性聚氨酯(TPU),采用挤压式挤出,护套厚度与成品外径见「主要结构参数」一节。发泡层在护套内部形成均匀气孔,降低材料表观密度,通过调整发泡程度使电缆整体密度接近水的密度,从而获得零浮力即中性浮力的使用效果——在水中既不持续上浮,也不持续下沉。TPU 材质本身具有较好的耐磨、耐油与抗水解性能,适合频繁收放与水下长期使用。护套颜色为黄色,在水中具有较好的可视性,便于观测与回收。
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