一体式深海矿物与动力混输轻质复合柔性缆管制造技术

一体式深海矿物与动力混输轻质复合柔性缆管，缆管壁结构从内至外包括耐磨层、支撑层、内护套保护层、抗拉层、防磨层、中护套保护层、动力通讯层和外护套保护层，各层之间紧密接触但非粘结。耐磨层由高耐磨蚀聚合物材料成型，支撑层采用不锈钢材料和大角度螺旋互锁结构形式；抗拉层由多根矩形截面的纤维预制条螺旋缠绕而成，两层抗拉层螺旋缠绕角度相反；动力通讯层内均匀散布多根小直径光电传输单元，光电传输单元以高于抗拉层的角度螺旋缠绕，相邻光电传输单元之间填充轻质材料；本实用新型专利技术缆管体内输矿、缆管壁内输送动力，缆管整体具有较小弯曲半径，从而使得深海采矿过程中缆管的布放回收效率和海域适应性大幅提升。布放回收效率和海域适应性大幅提升。布放回收效率和海域适应性大幅提升。

【技术实现步骤摘要】
一体式深海矿物与动力混输轻质复合柔性缆管


[0001]本技术涉及深海采矿柔性缆管
，尤其是一种一体式深海矿物与动力混输轻质复合柔性缆管。

技术介绍

[0002]深海矿产资源开发具有重要战略意义和国家公共利益属性。在已发现的深海矿产资源中，对人类生产生活有重大应用价值的主要有多金属结核、富钴结壳和多金属硫化物等，它们普遍以不规则几何形状存在于水深300米至6000米的国际海底。这些矿物经过集矿车的收集和粉碎后，需要通过长距离管道提升至水面生产船，同时也需要从生产船上伸出动力缆为集矿车提供能源支持，因此深海矿物传输管道和深海动力缆是保障深海矿产资源安全开发的重要装备。
[0003]在目前传统的开采方案中，管道和动力缆是分开的，但最终都要连接在同一集矿车上。因此在布放回收过程中，管道和动力缆需要分别通过生产船月池和舷侧等不同方式下水，然后在水下进行回接，导致效率严重低下和作业风险提升。动力缆相对于输矿管道直径较小，如果将动力缆直接外部整体缠绕在输矿管体上，又会因为外形不光顺而影响其在海水中的整体动力特性，而且还会造成作业成本增加、管体稳定性变差等后果。
[0004]同时，在当前的超深水输矿管方案中，大部分管体采用大口径钢质管线，这就需要在生产船上将一段一段的钢管进行连接后进行下放，导致管道铺设过程严重的效率低下；当遇到台风等突发状况时，生产船无法及时将钢管进行回收，而拖带长距离钢管进行转移作业又存在安全风险。因此采用全柔性输矿管道是比较好的解决方案，其可以通过生产船上的卷盘进行快速下放与回收，同时又具有较好的海洋环境适应性。
[0005]因此，如何在避免深海矿物输送管道与动力缆分置的同时，又能保证缆管全柔性特征，是急需解决的问题。当前在油气开发领域，已经对典型非粘结柔性管道进行过研究和应用，尽管各加强层能够抵抗管道所受到的载荷同时又具有较好柔性，但是无法同时承载电力传输的功能；当前已经有的非粘接型集束管缆构型概念，通常是在实心电缆中间填充若干钢管，尽管解决了管与电缆同时存在的问题，但是其钢管尺寸过小，无法用于输送深海矿物或油气资源；也有学者提出采用双层管道形式，管壁腔内可以填充动力或信号传输缆线，但是管道主体为钢管且动力/信号缆线直径相对较大，总体不具有柔性特点；当前也有粘结型管道的构型出现，其基本原理是将各层材料通过高温固化粘结在一起，但是粘结型管道在动态复杂环境应用中容易出现脱层和撕裂等问题，不适用于长期悬挂在深海环境中并持续摆动的采矿工况。可以看出，当前已经提出的各类管缆概念无法直接用于解决本技术所涉及的问题，需要创新性地提出一种既能够将深海矿物输送和动力传输功能有机融为一体，而又不影响管道整体全柔性特点的解决方案。

技术实现思路

[0006]本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种一体式深海矿物与动力混输
轻质复合柔性缆管，从而将原来相对独立的矿物输送管道与动力缆融为一整体，同时具有较小的弯曲半径，从而有效提升缆管布放回收效率和海域适应性。
[0007]本技术所采用的技术方案如下：
[0008]一种深海矿物与动力一体化混输轻质复合柔性缆管，包括空心薄壁圆柱体结构的耐磨层，所述耐磨层的外部依次包裹有支撑层、内护套保护层、多层抗拉层，防磨层、中护套保护层、动力通讯层和外护套保护层，各层之间紧密接触成为一体，各层之间允许相对滑动，每层抗拉层的内部设置有防磨层，所述抗拉层呈螺旋缠绕，在最外层的防磨层的外部包裹有中护套保护层，所述动力通讯层位于缆管的外部，动力通讯层内部包含了数根直径相同的小截面光电传输单元，动力通讯层内、相邻的光电传输单元之间填充有轻质填充材料，动力通讯层的外部包裹有外护套保护层。
[0009]作为上述技术方案的进一步改进：
[0010]光电传输单元均匀分散于动力通讯层内。
[0011]光电传输单元沿缆管圆周方向均匀散布，光电传输单元的螺旋缠绕角度高于抗拉层的螺旋缠绕角度。
[0012]轻质填充材料为发泡材料。
[0013]所述耐磨层采用橡胶、超高分子聚乙烯高耐磨蚀聚合物材料所成型，耐磨层的内壁面直接与高速流动的矿物泥浆接触。
[0014]所述支撑层采用不锈钢材料、异型截面大角度螺旋互锁缠绕而成。
[0015]所述内护套保护层采用聚乙烯材料挤出而成。
[0016]所述抗拉层通过多根相同截面的纤维预制条以相同拉力螺旋缠绕而成，纤维条截面为矩形；抗拉层设置有两层，纤维条形式相同但缠绕角度相反。
[0017]所述防磨层采用无纺布耐磨材料制成的超薄带螺旋缠绕而成。
[0018]所述中护套保护层和外护套保护层均采用聚乙烯材料挤出而成。
[0019]本技术的有益效果如下：
[0020]本技术结构紧凑、合理，操作方便，通过采用一体式的管道与输送缆结构，实现了深海矿物与动力的一体化混输，解决了当前输矿管道和动力缆分置所引发的布放回收效率与海洋环境适应性严重低下的问题：本技术在输矿软管基本加强结构层基础之上，在不影响总输电功率的条件下，将动力缆均匀分散为相同小面积的铜绞线及光纤单元，然后螺旋缠绕在管体外侧的中护套保护层上，最后再通过外护套保护层将整个缆管进行包覆和外部绝缘，从而形成缆管体内输矿、缆管壁内输送动力的外在形态为一整体的效果。同时，动力缆均匀分散后，使得缆管壁厚度和缆管外径下降；且动力通讯层内铜绞线及光纤单元之间填充轻质发泡材料，使得动力通讯层在缆管整体运动中保持原有形态，这些都增加了缆管的整体稳定性。
[0021]实现了缆管在具有较高结构承载力的同时，整体具有较小的弯曲半径，解决了采用卷盘进行高效下放与回收所需要缆管全柔性的问题：本技术具有多层非粘结的复合结构形式，在弯曲载荷作用下，各层间可以相互滑动，因此整体具有较小的弯曲刚度；缆管内部的支撑层、抗拉层、动力层、防磨层等结构加强层均采用螺旋缠绕形式，保证其可弯曲性进一步增强；而各类护套层均采用可发生大变形的聚乙烯材料，这些都使得缆管整体能够具有较小的弯曲半径。同时，缆管内部设有支撑层，可以抵抗矿物提升过程中缆管所受到
的负压力以及安装在位过程中可能受到的外部径向挤压力；抗拉层采用纤维预制材料，该材料质量轻但抗拉强度高，使得缆管整体具有较高的轴向抗拉能力，且动力通讯层内光电传输单元螺旋缠绕角度要比抗拉层螺旋角度大，使得缆管拉力基本上全部由抗拉层承担，保证了缆管总体具有较高结构承载力的同时又不影响动力与信号传输安全。
附图说明
[0022]图1为本技术的结构示意图。
[0023]图2为本技术另一视角的结构示意图。
[0024]图3为本技术的侧视图。
[0025]图4为本技术的主视图。
[0026]图5为图4中沿A
‑
A截面的全剖视图。
[0027]图6为本技术的纵向截面图。
[0028]其中：1、耐磨层；2、支撑层；3、内护套保护层；4、抗拉层；5、防磨层；6、中护套保护层；7、动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一体式深海矿物与动力混输轻质复合柔性缆管，其特征在于：包括空心薄壁圆柱体结构的耐磨层(1)，所述耐磨层(1)的外部依次包裹有支撑层(2)、内护套保护层(3)、多层抗拉层(4)，防磨层(5)、中护套保护层(6)、动力通讯层(7)和外护套保护层(10)，各层之间紧密接触成为一体，各层之间允许相对滑动，每层抗拉层(4)的内部设置有防磨层(5)，所述抗拉层(4)呈螺旋缠绕，在最外层的防磨层(5)的外部包裹有中护套保护层(6)，所述动力通讯层(7)位于缆管的外部，动力通讯层(7)内部包含了数根直径相同的小截面光电传输单元(8)，动力通讯层(7)内、相邻的光电传输单元(8)之间填充有轻质填充材料(9)，动力通讯层(7)的外部包裹有外护套保护层(10)。2.如权利要求1所述的一体式深海矿物与动力混输轻质复合柔性缆管，其特征在于：光电传输单元(8)均匀分散于动力通讯层(7)内。3.如权利要求1所述的一体式深海矿物与动力混输轻质复合柔性缆管，其特征在于：光电传输单元(8)沿缆管圆周方向均匀散布，光电传输单元(8)的螺旋缠绕角度高于抗拉层(4)的螺旋缠绕角度。4.如权利要求1所述的一体式深海矿物与动力混输轻质复合柔性...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤明刚，张浩，卞鑫，李生鹏，杜新光，赵晓宇，
申请(专利权)人：中国船舶科学研究中心，
类型：新型
国别省市：