铠装电缆机械锁紧接头的设计

邓明川　褚伟　霍文军　张兴发　邓玉聪

摘 要：介绍了一种用于海底设备吊放，并为海底设备提供通讯信号、电力的双层铠装电缆的机械锁紧接头的结构设计，理论计算方法。

关键词：铠装电缆；机械锁紧接头；设计

中图分类号：TM247 文献标志码：A 文章编号：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

铠装电缆是一种在普通电力和通讯电缆外层包裹防护钢带或钢丝的电缆。目的是增加电缆的机械强度，提高防侵蚀能力，为易受机械破坏和极易受侵蚀的应用领域使用而设计的电缆，延长电缆使用寿命。应用范围有：埋设地底的动力电缆、海底通信电缆等。

本文所指的铠装电缆是一种内置传输视频、控制信号和电力的电缆，屏蔽铜丝，电缆间灌注隔水介质，外面包覆一层防水的聚乙烯护套，外置两层按一定节距排列，螺旋方向相反钢丝的水下电缆。除了具备传统铠装电缆的优越性及应用领域，铠装电缆的两层钢丝通过机械锁紧接头承载水下设备，利用吊放系统实现水面对海底设备的收放，应用领域为ROV、拖曳声纳、海洋地质调查、海洋石油勘探、水下摄像、海底工作站等。

铠装电缆与设备之间的机械锁紧接头是水下系统连接中最薄弱的连接环节，也是拖曳或吊放系统最有可能出事故的环节之一，国外在铠装电缆和承重头工程设计及安装中具有丰富的经验，具备实现机械受力和信号/电源的连接。目前我国在产业振兴规划中加大了对海洋工程装备产业的支持力度，推动了海洋工程装备产业国产化的加速发展，海洋工程装备产业已经成为我国工业结构调整和产业升级的重点方向。七五O试验场与中海油田服务股份有限公司合作研制了钻井平台水下电视系统项目，项目实现了铠装电缆的国产化研制及机械锁紧接头的工程设计及应用。

2 机械锁紧接头结构

机械锁紧接头的铠装电缆外层钢丝排布在夹具体和外锥之间，内层钢丝排布在外锥和内锥之间，要求钢丝在锥套上的排列均匀整齐，保证各钢丝的受力一致，螺栓和压紧螺母用于将各锥套压紧铠装钢丝。连接座和锁紧销轴用于连接海底设备。机械锁紧接头结构及实物见图1。

3 机械锁紧接头的设计

3.1 机械锁紧接头的设计分析

铠装电缆的两层钢丝需要通过机械锁紧接头可靠的连接来承受水下设备吊放时的工作载荷，对于所示结构图，在工作载荷已知的情况下，应保证螺栓联接预紧后，两层钢丝与连接锥面所产生的最大摩擦力必须大于或等于工作载荷。

由于螺栓和被连接件的弹性变形，螺栓所受的总拉力除和预紧力Qp，工作拉力F有关外，还受到螺栓刚度Cb及被连接件刚度Cm等因素的影响，因此，从螺栓连接的受力和变形入手，先找出螺栓总拉力与工作载荷的关系，根据联接的受载要求，计算出螺栓所受的总拉力。根据螺栓所受的总拉力、工作载荷与预紧力的关系，确定螺栓预紧力Qp，为了确保机械锁紧接头的可靠连接，实际应用中还需确定螺栓拉伸伸长量？驻L与预紧力Qp的关系，通过测量变形量？驻L控制预紧力Qp。然后根据螺栓总拉力与螺栓直径的关系，确定螺栓的直径。最后通过两层钢丝与锥面在承受螺栓预紧力及工作载荷情况下联接的受力分析，根据实际应用情况推导出机械锁紧接头的锥度角度与结合面数、结合面摩擦系数、防滑系数的关系，确定锥面角度。

3.1.1 螺栓总拉力的确定

在预紧力Qp的拉伸作用下，螺栓产生的变形量为λb ，相反，被联接件夹具体则在预紧力Qp的压缩作用下，其变形量为λm。当螺栓承受工作载荷后，因所受的拉力由预紧力Qp增至总拉力Q而导致螺栓继续伸长，其变形量增加Δλ，总变形量为λb+Δλ，与此同时，原来被压缩的被联接件，因螺栓伸长而放松，其变形量也随之减小，根据联接的变形协调条件，则被联接件压缩变形的减小量应等于螺栓拉伸变形的增加量為Δλ，因此，螺栓的总变形量为λm-Δλ。而被联接件的压缩力由Qp减至Qp'，Qp'为残余预紧力。上述的螺栓和被联接件的受力与变形关系见图2：

4 结束语

本文对双层铠装电缆的机械锁紧接头的结构设计，计算方法进行了分析，从理论上提供了双层铠装电缆的机械锁紧接头的设计、分析方法。

根据本文提出的机械锁紧接头的设计方法，设计了承载能力为5T，用于钻井平台水下电视系统吊放的机械锁紧接头。通过实际应用证明，本文提出的设计方法可行，满足了钻井平台水下电视系统铠装电缆吊放水下设备的要求。

参考文献：

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