海底电缆的制作方法

1.本发明涉及海洋工程技术领域，具体而言，涉及一种海底电缆。


背景技术：

2.随着人们对海洋的探索逐渐深入，海洋作业越来越频繁，对于海底电缆的要求也越来越严格。常规海底电缆包括单芯海缆和三芯海缆，三芯海缆的光芯单元放置于三根电力线芯的外侧间隙内，采用填充绳或填充条进行填充，但是在海缆成缆铠装生产流转过程或施工敷设流转、拖拉过程中，光纤单元容易发生断纤，导致线路运行的中断，造成重大经济损失。


技术实现要素：

3.本发明的主要目的在于提供一种海底电缆，能够解决现有海底电缆在生产、施工流转过程中，光纤单元容易发生断纤的问题。
4.为了实现上述目的，根据本发明的一方面，提供了一种海底电缆，包括：至少三个电力单元；填充单元，填充单元包括一个第一安装腔和多个第二安装腔，填充单元的中心区域在至少三个电力单元围成的区域范围内，第一安装腔位于填充单元的中心区域，多个第二安装腔沿第一安装腔的周向间隔排布，每个第二安装腔内均安装有一个电力单元；以及光纤单元，光纤单元安装在第一安装腔内，且第一安装腔的内壁面与光纤单元的外壁面相贴合。
5.进一步地，填充单元包括至少三个填充子单元，至少三个电力单元与至少三个填充子单元沿周向交替设置，每个填充子单元均包括拼接部，拼接部位于填充子单元靠近光纤单元的一端，至少三个拼接部两两相接，至少三个拼接部的内周侧拼接形成容纳光纤单元的第一安装腔，第一安装腔的内壁面与光纤单元的外壁面相贴合；和/或，填充单元的中心区域在至少三个电力单元围成的区域的中心，第一安装腔位于中心区域的中心。
6.进一步地，拼接部包括第一弧形面和位于第一弧形面两端的拼接面，拼接面为台阶面，三个拼接部通过台阶面两两相接形成台阶限位结构，三个第一弧形面拼接形成第一安装腔。
7.进一步地，填充子单元还包括第二弧形面和两个第三弧形面，第二弧形面位于拼接部远离第一弧形面的一侧，两个第三弧形面位于第一弧形面和第二弧形面之间，相邻两个第三弧形面在远离光纤单元的一侧拼接形成第二安装腔。
8.进一步地，第一弧形面在海底电缆横截面上的投影为第一弧线，第二弧形面在海底电缆横截面上的投影为第二弧线，第一弧线的弧长l1满足：第二弧线的弧长l2满足：其中，h为第二弧形面与海底电缆中心轴线之间的距离，d为光纤单元的直径。
9.进一步地，台阶面包括第一阶梯和第二阶梯，第一阶梯位于台阶面靠近光纤单元
的一侧，第二阶梯位于台阶面远离光纤单元的一侧，第一阶梯的高度h1、第二阶梯的高度h2、电力单元的外壁面与光纤单元之间的最小距离h的关系满足：h＝h1 h2。
10.进一步地，第二弧形面与海底电缆中心轴线之间的距离h、光纤单元的直径d、电力单元的直径d的关系满足：
11.进一步地，同一个拼接部上的两个第一阶梯之间的最大距离k1满足：两个第二阶梯之间的最小距离k2满足：其中，d为光纤单元的直径。
12.进一步地，电力单元靠近光纤单元的一侧与第三弧形面相贴合。
13.进一步地，在海底电缆的横截面上，第三弧形面的投影为第三弧线，电力单元的投影为圆，第三弧线与圆从贴合末端点p处沿远离光纤单元的方向逐渐分离，贴合末端点p与电力单元的圆心之间的连线为l3，光纤单元的中心点与电力单元的圆心之间的连线为l4，l3与l4之间的夹角为α，α的取值范围为60
°
≤α≤90
°
。
14.进一步地，海底电缆还包括屏蔽层，电力单元和填充子单元设置在屏蔽层的内部，第二弧形面与屏蔽层相贴合，电力单元远离光纤单元的一侧与屏蔽层相切于点q。
15.进一步地，在海底电缆的横截面上，第二弧线的一端与光纤单元的中心之间的连线为l5，点q与光纤单元的中心之间的连线为l6，l5与l6之间的夹角为θ，θ的取值范围为0
°
≤θ≤30
°
。
16.应用本发明的技术方案，通过设置填充单元，且填充单元包括第一安装腔和第二安装腔，第一安装腔的位置在三个电力单元围成的区域范围内，光纤单元安装在第一安装腔内，这样，光纤单元处于三个电力单元围成的区域范围内，即光纤单元位于海底电缆的中心，在生产、施工流转过程中，海底电缆中心区域所受的力较小，形变量较小，并且三个电力单元沿第一安装腔的周向间隔排布，三个电力单元能够在不同方向上对填充单元进行挤压，使第一安装腔的内壁能够与光纤单元的外壁面紧密贴合，以对光纤单元进行挤压限位，减小光纤单元在径向上的形变，保证光纤单元的结构稳定性，避免其在生产、施工流转过程中发生断纤。
附图说明
17.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
18.图1示出了本发明的实施例的海底电缆的整体结构示意图；
19.图2示出了本发明的实施例的海底电缆的填充单元结构示意图；
20.图3示出了本发明的实施例的海底电缆的部分尺寸示意图；
21.图4示出了本发明的实施例的海底电缆的部分尺寸示意图；以及
22.图5示出了图4中a处局部放大图。
23.其中，上述附图包括以下附图标记：
24.10、电力单元；20、填充单元；21、第一安装腔；22、第二安装腔；23、填充子单元；24、第一弧形面；25、拼接面；26、第二弧形面；27、第三弧形面；30、光纤单元；40、第一阶梯；50、第二阶梯；60、屏蔽层。
具体实施方式
25.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
26.结合参见图1和图2所示，本发明提供了一种海底电缆，包括：至少三个电力单元10；填充单元20，填充单元20包括一个第一安装腔21和多个第二安装腔22，填充单元20的中心区域在三个电力单元10围成的区域范围内，第一安装腔21位于填充单元20的中心区域，多个第二安装腔22沿第一安装腔21的周向间隔排布，每个第二安装腔22内均安装有一个电力单元10；以及光纤单元30，光纤单元30安装在第一安装腔21内，且第一安装腔21的内壁面与光纤单元30的外壁面相贴合。
27.在本实施例中，第一安装腔21位于填充单元20的中心区域，而填充单元20的中心区域在三个电力单元10围成的区域范围内，能够保证第一安装腔21的位置在三个电力单元10围成的区域范围内，光纤单元30安装在第一安装腔21内，这样，光纤单元30处于三个电力单元10围成的区域范围内，即光纤单元30位于海底电缆的中心区域，在生产、施工流转过程中，海底电缆中心区域所受的力较小，形变量较小，并且至少三个电力单元10沿第一安装腔21的周向间隔排布，至少三个电力单元10能够在不同方向上对填充单元20进行挤压，使第一安装腔21的内壁能够与光纤单元30的外壁面紧密贴合，以对光纤单元30进行挤压限位，压缩光纤单元30的形变空间，减小光纤单元30在径向上的形变，保证光纤单元30的结构稳定性，避免其在生产、施工流转过程中发生断纤。
28.在本发明的一个实施例中，填充单元20为填充条。
29.结合参见图1和图2所示，在本发明的一个实施例中，填充单元20包括至少三个填充子单元23，至少三个电力单元10与至少三个填充子单元23沿周向交替设置，每个填充子单元23均包括拼接部，拼接部位于填充子单元23靠近光纤单元30的一端，至少三个拼接部两两相接，至少三个拼接部在内周侧拼接形成容纳光纤单元30的第一安装腔21，第一安装腔21的内壁面与光纤单元30的外壁面相贴合。
30.在本实施例中，至少三个填充子单元23与至少三个电力单元10沿周向交替设置，填充子单元23将至少三个电力单元10间隔开，使至少三个电力单元10均匀地排布，使海底电缆质量分布更加均匀，从而提高海底电缆内部结构的稳定性。通过至少三个拼接部两两相接的方式在拼接部内周侧拼接形成第一安装腔21，方便光纤单元30的安装，另外，若其中的某个填充子单元23发生损坏或者变形较为严重时，可单独更换该填充子单元23，无需更换整个填充单元20，从而减少材料的浪费，节约成本。另外，多个电力单元10间隔设置，这样，多个电力单元10所围成的区域面积更大，为填充单元20和光纤单元30提供安装空间。
31.在本发明的一个实施例中，光纤单元30包括光纤，光纤内填充有阻水纤膏，光纤的外侧包覆不锈钢管，光纤的芯数为4～144。
32.在本发明的一个实施例中，填充单元20的中心区域在三个电力单元10围成的区域的中心，第一安装腔21位于中心区域的中心，中心区域的中心与海底电缆的中心重合。
33.在本实施例中，第一安装腔21位于中心区域的中心，光纤单元30安装在第一安装腔21内，此时，光纤单元30位于海底电缆的中心位置处，由于海底电缆的中心位置处受力最小，形变量最小，因此，光纤单元30设置在此处受到的外力最小，光纤单元30在径向上的形变量最小，这样能够避免海底电缆在避免其在生产、施工流转过程中发生断纤，从而提高海
底电缆的使用寿命。
34.结合参见图1和图2所示，在本发明的一个实施例中，拼接部包括第一弧形面24和位于第一弧形面24两端的拼接面25，拼接面25为台阶面，三个拼接部通过台阶面两两相接形成台阶限位结构，三个第一弧形面24拼接形成第一安装腔21。
35.通过上述设置，三个拼接部的台阶面两两相接形成台阶限位结构，能够防止三个填充子单元23在施工流转过程中发生窜动，进而保证填充单元20的结构稳定性。三个第一弧形面24拼接形成第一安装腔21，光纤单元30安装在第一安装腔21内，光纤单元30的外壁面与第一弧形面24相贴合，能够对光纤单元30进行限位和保护，减小光纤单元30在施工流转过程中的形变，防止光纤单元30因受到的外力过大发生断纤。
36.结合参见图1和图2所示，在本发明的一个实施例中，填充子单元23还包括第二弧形面26和两个第三弧形面27，第二弧形面26位于拼接部远离第一弧形面24的一侧，两个第三弧形面27位于第一弧形面24和第二弧形面26之间，相邻两个第三弧形面27在远离光纤单元30的一侧拼接形成第二安装腔22。
37.在本实施例中，相邻两个第三弧形面27在远离光纤单元30的一侧拼接形成第二安装腔22，电力单元10安装在第二安装腔内，这样，电力单元10间隔排布在光纤单元30的外周，使海底电缆内部结构排布更加均匀，并且使光纤单元30位于三个电力单元10所围成区域的中心，这样，可以避免在施工流转过程中，电力单元10将光纤单元30向海底电缆的边缘处挤压，既能够提高海底电缆内部结构的稳定性，还能保证光纤单元30不会发生过大形变，避免发生断纤。
38.结合参见图1至图5所示，在本发明的一个实施例中，第一弧形面24在海底电缆横截面上的投影为第一弧线，第二弧形面26在海底电缆横截面上的投影为第二弧线，第一弧线的弧长l1满足：第二弧线的弧长l2满足：其中，h为第二弧形面26与海底电缆中心轴线之间的距离，d为光纤单元30的直径。
39.在本实施例中，海底电缆还包括屏蔽层，屏蔽层60包覆在填充单元的外周，第一弧线的弧长满足能够保证第一弧形面24与屏蔽层60之间的接触面积，第二弧线的弧长满足：这样能够保证，当台阶面两两相接后，三个填充子单元23的第一弧形面24能够拼接形成第一安装腔21，使第一安装腔21的内避免与光纤单元30的外壁面能够完全贴合，进而保证海底电缆内部结构的稳定性。
40.结合参见图1至图5所示，在本发明的一个实施例中，台阶面包括第一阶梯40和第二阶梯50，第一阶梯40位于台阶面靠近光纤单元30的一侧，第二阶梯50位于台阶面远离光纤单元30的一侧，第一阶梯40的高度h1、第二阶梯50的高度h2、电力单元10的外壁面与光纤单元30之间的最小距离h的关系满足：h＝h1 h2。
41.在本实施例中，第一阶梯40的高度h1、第二阶梯50的高度h2、电力单元10的外壁面与光纤单元30之间的最小距离h的关系满足：h＝h1 h2，这样能够保证相邻两个台阶面能够顺利完成拼接，且拼接后形成的第一安装腔21能够刚好容纳光纤单元30。具体地，第一阶梯40和第二阶梯50的宽度均为m，m的取值范围在5～10mm。
42.结合参见图1至图5所示，在本发明的一个实施例中，同一个拼接部上的两个第一
阶梯40之间的最大距离k1满足：两个第二阶梯50之间的最小距离k2满足：其中，d为光纤单元30的直径。
43.结合参见图1至图5所示，在本发明的一个实施例中，电力单元10靠近光纤单元30的一侧与第三弧形面27相贴合。
44.在本实施例中，电力单元10靠近光纤单元30的一侧与第三弧形面27相贴合，这样，电力单元10能够对拼接部进行挤压，使第一安装腔21与光纤单元30紧密贴合，对光纤单元30进行限位，避免在施工流转过程中，光纤单元30沿径向发生弯曲变形，从而避免光纤单元30因受力过大，发生断纤。
45.结合参见图1至图5所示，在本发明的一个实施例中，第二弧形面26与海底电缆中心轴线之间的距离h、光纤单元的直径d、电力单元的直径d的关系满足：在海底电缆的横截面上，第三弧形面27的投影为第三弧线，电力单元10的投影为圆，第三弧线与圆从贴合末端点p处沿远离光纤单元30的方向逐渐分离，贴合末端点p与电力单元10的圆心之间的连线为l3，光纤单元30的中心点与电力单元10的圆心之间的连线为l4，l3与l4之间的夹角为α，α的取值范围为60
°
≤α≤90
°
。
46.在本实施例中，α大于或等于60
°
小于或等于90
°
，能够保证电力单元10与填充单元20的接触面积，即电力单元10与第三弧形面27的接触面积，这样电力单元10能够在接触位置处对填充单元20进行挤压，从而对光纤单元30进行限位。
47.结合参见图1至图5所示，在本发明的一个实施例中，海底电缆还包括屏蔽层60，电力单元10和填充子单元23设置在屏蔽层60的内部，第二弧形面26与屏蔽层60相贴合，电力单元10远离光纤单元30的一侧与屏蔽层60相切于点q。
48.在本实施例中，第二弧形面26与屏蔽层60相贴合，第一弧形面24与光纤单元30相贴合，这样，填充子单元23能够对屏蔽层60进行支撑，电力单元10靠近光纤单元30的一侧与第三弧形面27相贴合，电力单元10远离光纤单元30的一侧与屏蔽层60相切，这样能够保证海底电缆的圆整性，避免海底电缆在施工流转过程中，局部发生变形。
49.结合参见图1至图5所示，在本发明的一个实施例中，在海底电缆的横截面上，第二弧线的一端与光纤单元30的中心之间的连线为l5，点q与光纤单元30的中心之间的连线为l6，l5与l6之间的夹角为θ，θ的取值范围为0
°
≤θ≤30
°
。
50.在本实施例中，θ的取值范围为0
°
≤θ≤30
°
，θ取值不同，电力单元10被填充单元20包覆的面积不同，可以根据使用场景选择合适的θ，从而提高海底电缆的适用性，当θ为0
°
时，电力单元10被填充单元完全包覆，抗压力最强，适合在超1000米水深的超大水压环境下使用。
51.从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：通过设置填充单元，且填充单元包括第一安装腔和第二安装腔，第一安装腔的位置在三个电力单元围成的区域范围内，光纤单元安装在第一安装腔内，这样，光纤单元处于三个电力单元围成的区域范围内，即光纤单元位于海底电缆的中心，在生产、施工流转过程中，海底电缆中心区域所受的力较小，形变量较小，并且三个电力单元沿第一安装腔的周向间隔排布，三个电力单元能够在不同方向上对填充单元进行挤压，使第一安装腔的内壁能够与光纤单元的外
壁面紧密贴合，以对光纤单元进行挤压限位，减小光纤单元在径向上的形变，保证光纤单元的结构稳定性，避免其在生产、施工流转过程中发生断纤。
52.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
53.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
54.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。