鎧裝電纜機械鎖緊接頭的設計

鄧明川　褚偉　霍文軍　張興發　鄧玉聰

摘 要：介紹了一種用于海底設備吊放，并為海底設備提供通訊信號、電力的雙層鎧裝電纜的機械鎖緊接頭的結構設計，理論計算方法。

關鍵詞：鎧裝電纜；機械鎖緊接頭；設計

中圖分類號：TM247 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）17-0096-03

Abstract： This paper introduces the structure design and theoretical calculation method of mechanical locking joint of double-deck sheathed cable used for submarine equipment hoisting and laying， and providing communication signal and electric power for submarine equipment.

Keywords： sheathed cable； mechanical locking joint； design

1 概述

鎧裝電纜是一種在普通電力和通訊電纜外層包裹防護鋼帶或鋼絲的電纜。目的是增加電纜的機械強度，提高防侵蝕能力，為易受機械破壞和極易受侵蝕的應用領域使用而設計的電纜，延長電纜使用壽命。應用范圍有：埋設地底的動力電纜、海底通信電纜等。

本文所指的鎧裝電纜是一種內置傳輸視頻、控制信號和電力的電纜，屏蔽銅絲，電纜間灌注隔水介質，外面包覆一層防水的聚乙烯護套，外置兩層按一定節距排列，螺旋方向相反鋼絲的水下電纜。除了具備傳統鎧裝電纜的優越性及應用領域，鎧裝電纜的兩層鋼絲通過機械鎖緊接頭承載水下設備，利用吊放系統實現水面對海底設備的收放，應用領域為ROV、拖曳聲納、海洋地質調查、海洋石油勘探、水下攝像、海底工作站等。

鎧裝電纜與設備之間的機械鎖緊接頭是水下系統連接中最薄弱的連接環節，也是拖曳或吊放系統最有可能出事故的環節之一，國外在鎧裝電纜和承重頭工程設計及安裝中具有豐富的經驗，具備實現機械受力和信號/電源的連接。目前我國在產業振興規劃中加大了對海洋工程裝備產業的支持力度，推動了海洋工程裝備產業國產化的加速發展，海洋工程裝備產業已經成為我國工業結構調整和產業升級的重點方向。七五O試驗場與中海油田服務股份有限公司合作研制了鉆井平臺水下電視系統項目，項目實現了鎧裝電纜的國產化研制及機械鎖緊接頭的工程設計及應用。

2 機械鎖緊接頭結構

機械鎖緊接頭的鎧裝電纜外層鋼絲排布在夾具體和外錐之間，內層鋼絲排布在外錐和內錐之間，要求鋼絲在錐套上的排列均勻整齊，保證各鋼絲的受力一致，螺栓和壓緊螺母用于將各錐套壓緊鎧裝鋼絲。連接座和鎖緊銷軸用于連接海底設備。機械鎖緊接頭結構及實物見圖1。

3 機械鎖緊接頭的設計

3.1 機械鎖緊接頭的設計分析

鎧裝電纜的兩層鋼絲需要通過機械鎖緊接頭可靠的連接來承受水下設備吊放時的工作載荷，對于所示結構圖，在工作載荷已知的情況下，應保證螺栓聯接預緊后，兩層鋼絲與連接錐面所產生的最大摩擦力必須大于或等于工作載荷。

由于螺栓和被連接件的彈性變形，螺栓所受的總拉力除和預緊力Qp，工作拉力F有關外，還受到螺栓剛度Cb及被連接件剛度Cm等因素的影響，因此，從螺栓連接的受力和變形入手，先找出螺栓總拉力與工作載荷的關系，根據聯接的受載要求，計算出螺栓所受的總拉力。根據螺栓所受的總拉力、工作載荷與預緊力的關系，確定螺栓預緊力Qp，為了確保機械鎖緊接頭的可靠連接，實際應用中還需確定螺栓拉伸伸長量？駐L與預緊力Qp的關系，通過測量變形量？駐L控制預緊力Qp。然后根據螺栓總拉力與螺栓直徑的關系，確定螺栓的直徑。最后通過兩層鋼絲與錐面在承受螺栓預緊力及工作載荷情況下聯接的受力分析，根據實際應用情況推導出機械鎖緊接頭的錐度角度與結合面數、結合面摩擦系數、防滑系數的關系，確定錐面角度。

3.1.1 螺栓總拉力的確定

在預緊力Qp的拉伸作用下，螺栓產生的變形量為λb ，相反，被聯接件夾具體則在預緊力Qp的壓縮作用下，其變形量為λm。當螺栓承受工作載荷后，因所受的拉力由預緊力Qp增至總拉力Q而導致螺栓繼續伸長，其變形量增加Δλ，總變形量為λb+Δλ，與此同時，原來被壓縮的被聯接件，因螺栓伸長而放松，其變形量也隨之減小，根據聯接的變形協調條件，則被聯接件壓縮變形的減小量應等于螺栓拉伸變形的增加量為Δλ，因此，螺栓的總變形量為λm-Δλ。而被聯接件的壓縮力由Qp減至Qp'，Qp'為殘余預緊力。上述的螺栓和被聯接件的受力與變形關系見圖2：

4 結束語

本文對雙層鎧裝電纜的機械鎖緊接頭的結構設計，計算方法進行了分析，從理論上提供了雙層鎧裝電纜的機械鎖緊接頭的設計、分析方法。

根據本文提出的機械鎖緊接頭的設計方法，設計了承載能力為5T，用于鉆井平臺水下電視系統吊放的機械鎖緊接頭。通過實際應用證明，本文提出的設計方法可行，滿足了鉆井平臺水下電視系統鎧裝電纜吊放水下設備的要求。

參考文獻：

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