本发明涉及一种用于连接地面声学设备与水下设备的信号传输的智慧能源低噪音高抗拉电缆及其生产工艺。
背景技术：
该产品用于水声器与水下设备的信号传输，由于电缆会随着水声器在水中移动，因此容易出现摆动、噪音和密封等问题，因此对电缆的要求非常高。该电缆主要有4个关键点：1、减少随着水流或海浪摆动；2、降低浪花碰到电缆造成的噪声；3、电缆的端头的防水；4、水压容易导致屏蔽划伤绝缘而失效。
为了减少电缆随着水流或者海浪的摆动，电缆下面要悬挂重物，因此要求电缆具有很高的抗拉强度。传统电缆中心采用钢丝加强，这种方案会出现蠕变延伸、生锈及导致电缆硬度增加等问题，因此需要采用新型的加强芯，不但要保证电缆柔软和电缆结构稳定，同时要保证加强芯能够长期承受重物，因此需要对加强芯的结构尺寸以及称重能力进行精确计算，同时该电缆的护套需要具有很高的强度和抗撕性能，避免承受拉力后护套开裂，因此需要设计新型结构对电缆护套进行加强。普通电缆都为光滑表面，与水花碰撞会出现很大的噪声，从而影响水下的探测设备测试结果的准确度，因此需要对电缆表面进行改进，从而降低水花与电缆碰撞造成的噪音。氯丁橡胶材料具有优异的弹性、防水性能、机械性能和粘结性能，因此该电缆采用氯丁橡胶护套，同时电缆接头也采用相同的材料，确保电缆粘结良好，从而起到防水效果。水下压力非常大，铜丝屏蔽容易刺穿绝缘，因此必须在结构上特殊设计从而避免铜丝屏蔽层划伤绝缘而失效。
中国专利zl200820223672.9公开的《油井加热器用耐油耐高温高抗拉电缆》，在电缆的中心设置绞合的钢丝绳来提高电缆的抗拉性能，能够适应在油井中高强度的使用环境。但是该电缆用于连接地面声学设备与水下设备的信号传输，电缆不但要求具有很高的抗拉强度，同时电缆要求具有高柔性，因此绞合钢丝在水中使用容易受潮而生锈而强度下降，同时钢丝作为加强芯会导致电缆硬度大幅度增加。
技术实现要素：
本发明的第一个目的是提供一种智慧能源高抗拉电缆。
实现本发明第一个目的的技术方案是一种智慧能源高抗拉电缆，由内到外依次为加强芯、由多根绝缘线芯构成的缆芯、第一聚酯带、橡胶垫层、铝塑复合带、铜丝屏蔽层、第二聚酯带、内护套、第一编织层、外护套和第二编织层；所述缆芯包含36根绝缘线芯，排列方式为在加强芯外按照15+21的方式排列两层；所述每根绝缘线芯由内至外包括导体和氟塑料绝缘；所述加强芯采用防弹丝编织，所述加强芯的外径按照公式确定：d＝×d，k为压缩系数，当d为1.0～2.0mm时，k取0.05，当d为2.0～4.0mm时，k取0.07，d为绝缘线芯的直径；加强芯可以承受重物的重量按照公式确定：m＝37.7×d2，d为加强芯的外径，单位为mm，重量单位为kg。
所述第二编织层采用涤纶丝编织，每根涤纶丝为8000d，锭数为32锭，每锭1根。
所述加强芯采用120000d的防弹丝绞合而成，加强芯可以承受重物的重量为1692kg。
所述铜丝屏蔽层的铜丝丝径为0.15mm，锭数为24，每锭根数为8根，节距不大于25mm；所述第一编织层采用芳纶丝编织，芳纶丝为1500d，锭数为12锭，每锭1根。
所述橡胶垫层采用氯化聚乙烯橡胶；所述内护套和外护套均采用满足vde0207teil21中5gm3型氯丁橡胶。
所述加强芯外径为6.7mm；所述导体的截面积为0.5mm2，采用16根丝径为0.195mm的镀锡铜导线按节距不大于16mm绞合；所述氟塑料绝缘厚度为0.35mm；所述橡胶垫层的厚度为1.0mm；所述铝塑复合带的厚度均为0.1mm，宽度为5mm，铝塑复合带的搭盖率20％～25％；所述铜丝屏蔽层为铜丝编织，编织密度为80％；所述第一聚酯带和第二聚酯带厚度均为0.05mm，宽度为5mm，聚酯带的搭盖率20％～25％；所述内护套厚度为0.80mm；所述第一编织层采用芳纶丝编织，编织密度为30％～40％；所述外护套厚度为2.5mm；所述第二编织层采用涤纶丝编织，编织密度为80％。
实现本发明第二个目的的技术方案是一种智慧能源高抗拉电缆的生产工艺，包含以下步骤：
步骤一：确定电缆结构；
步骤二：加强芯的制备：将10根1000d防弹丝并丝制成小股线，然后4根小股线绞合制成股线，绞合方向为右向，绞合节距不大于36mm；最后将三根股线绞合制成加强芯，绞合方向为左向，绞合节距不大于50mm。
步骤二：绝缘线芯的制备：导体采用镀锡铜丝绞合，根数为16，丝径为0.195mm，排列方式为内层4根，外层12根，绞合节距大于16mm，采用孔径为0.9mm的金刚模紧压；导体外挤包氟塑料绝缘，氟塑料绝缘为氟塑料46，氟塑料绝缘的厚度为0.35mm。
步骤三：制备缆芯：将36个线芯进行成缆，排列方式为在加强芯外排列15根绝缘线芯，在最外层排列21根绝缘线芯，同时绕包第一聚酯带，聚酯带的搭盖率20％～25％；
步骤四：在第一聚酯带外挤包橡胶垫层，橡胶垫层为氯化聚乙烯橡胶，橡胶垫层厚度为1.0mm；
步骤五：在橡胶垫层绕包铝塑复合带，铝塑复合带的铝面朝外，铝塑复合带的厚度均为0.1mm，宽度为5mm，铝塑复合带的搭盖率20％～25％；
步骤六：在铝塑复合带外编织铜丝屏蔽层，所述铜丝屏蔽层为铜丝编织，编织密度为80％；铜丝丝径为0.15mm，锭数为24，每锭根数为8根，节距不大于25mm；
步骤七：在铜丝屏蔽层外绕第二聚酯带，聚酯带的搭盖率20％～25％；
步骤八：在第二聚酯带外挤包内护套，内护套为满足vde0207teil21中5gm3型氯丁橡胶，内护套厚度为0.80mm；
步骤九：在内护套外编织第一编织层，第一编织层为芳纶丝编织，芳纶丝为1500d，锭数为12锭，每锭1根，节距不大于80mm；
步骤十：在第一编织层外挤包外护套，外护套为满足vde0207teil21中5gm3型氯丁橡胶，外护套厚度为2.5mm；
步骤十一：在外护套外，外护套为满足vde0207teil21中5gm3型氯丁橡胶，外护套厚度为2.5mm；
步骤十二：在外护套外编织第二编织层，第二编织层采用涤纶丝编织，每根涤纶丝为8000d，锭数为32锭，每锭1根。
所述步骤二中氟塑料绝缘的加工步骤为：采用感应式预热设备预热导体，当导体的温度达到100℃-120℃时，采用挤管式模具挤出绝缘材料，机身温度为350℃，机头挤出温度为355℃；氟塑料绝缘冷却采用分阶段冷却，第一段水槽水温为80℃，第二段水槽水温为60℃，第三段水槽的水温为60℃。最后将绝缘线芯放置在160℃的烘箱中放置2h进行回火。
所述步骤八中，内护套的硫化程度为80％，按照氯丁橡胶的门尼粘度和硫化特性设定内护套的挤出工艺和硫化工艺：采用90挤橡机挤出氯丁橡胶，机身温度为60℃，机头挤出温度为65℃，蒸汽压力6bar，线速度为10m/min，硫化时间为8min。
所述步骤十一中，按照氯丁橡胶的门尼粘度和硫化特性设定外护套的挤出工艺和硫化工艺：采用90挤橡机挤出氯丁橡胶，机身温度为60℃，机头挤出温度为65℃，蒸汽压力7bar，线速度为8m/min，硫化时间为10min。
采用上述技术方案，本发明专利具有以下有益结果：(1)由于本发明的电缆使用时要承受重物且要求具有高柔性，因此本发明采用防弹丝绞合绳作为加强芯，同时由于在使用过程中电缆一直摆动而导致电缆缆芯发生混乱，因此本发明经过大量研究和精确计算，确定了加强芯的外径和加强芯可以承受重物的重量(kg)的计算公式，使得大大提高了电缆的抗拉性能和结构稳定度，电缆结构紧凑，柔软度高，抗拉性好，性能优越。
(2)本发明的电缆在铝塑复合带内部设置橡胶垫层，有效的避免了水压将铜丝屏蔽压入到绝缘中而导致缆芯失效。
(3)当水听器拖曳阵与海水发生相对运动时，会在护套外表面附近产生海水介质的湍流脉动，由此激发出的水动力噪声，称之为流噪声，主要是湍流的微尺度运动和表面的涡脱落造成的，会对水听器的信号接收产生很大的干扰，从而使水听器的信噪比大大降低，影响了水听器阵的探测能力。本发明的电缆在外护套外编织涤纶丝，涤纶丝具有防水性能好、柔软和抗拉性能好等优点，涤纶丝编织层具有良好的弹性，同时表面具有均匀的粗糙度和均匀的缝隙，柔性的涤纶丝编织层避免了水流直接与电缆外护套发生碰撞，可以稳定流体和外护套的湍流边界层，减小拖曳阵在高速移动下电缆与海水的噪声，可以减小流噪声20db以上。
(4)本发明电缆的内护套和外护套均采用满足vde0207teil21中5gm3型氯丁橡胶，具有优异的抗拉强度和弹性。
(5)氟塑料挤出温度很高，导体和水槽温度如果是常温的话，导体会使氟塑料绝缘温度骤降，因此本发明进行氟塑料绝缘的加工时，先感应式预热设备预热导体，氟塑料绝缘挤包到导体上后采用温度由高到低的分阶段冷却的方式，有效的减小了绝缘材料的收缩而提高了绝缘的光滑度，同时有效的增加了导体与绝缘材料的结合力，回火工艺则让绝缘材料的分子链充分调整结晶，消除氟塑料内应力，有效的提高绝缘材料的断裂伸长率和柔软度，同时有效的解决了氟塑料易开裂的问题。
(6)本发明的电缆在加工内护套时，将内护套硫化程度为80％，这样内护套具有一定的抗拉耐磨性能，同时与外护套共硫化，确保内护套与外护套都与芳纶丝编织层粘结良好，有效的提高了护套的抗拉性能和抗撕裂性能。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
图1为本发明的结构示意图。
附图中标号为：加强芯1、绝缘线芯2、导体2-1、氟塑料绝缘2-2、第一聚酯带3、橡胶垫层4、铝塑复合带5、铜丝屏蔽层6、第二聚酯带7、内护套8、第一编织层9、外护套10、第二编织层11。
具体实施方式
(实施例1)
见图1，本实施例的一种智慧能源高抗拉电缆，由内到外依次为加强芯1、缆芯、第一聚酯带3、橡胶垫层4、铝塑复合带5、铜丝屏蔽层6、第二聚酯带7、内护套8、第一编织层9、外护套10和第二编织层11；缆芯包含36根绝缘线芯2，排列方式为在加强芯1外排列一层15根绝缘线芯2和一层21根绝缘线芯2；每根绝缘线芯2由内至外包括导体2-1和氟塑料绝缘2-2；加强芯1采用防弹丝编织，加强芯1的外径按照公式确定：d＝(4.154+k)×d，k为压缩系数，当d为1.0～2.0mm时，k取0.05，当d为2.0～4.0mm，k取0.07，d为绝缘线芯2的直径；加强芯1可以承受重物的重量(kg)按照公式确定：m＝37.7×d2，d为加强芯1的外径，单位为mm。加强芯1外径为6.7mm；导体2-1的截面积为0.5mm2，采用16根丝径为0.195mm的镀锡铜导线按节距不大于16mm绞合；氟塑料绝缘2-2厚度为0.35mm；橡胶垫层4的厚度为1.0mm；铝塑复合带5的厚度均为0.1mm，宽度为5mm，铝塑复合带5的搭盖率20％～25％；铜丝屏蔽层6为铜丝编织，编织密度为80％；第一聚酯带3和第二聚酯带7厚度均为0.05mm，宽度为5mm，聚酯带的搭盖率20％～25％；内护套8厚度为0.80mm；第一编织层9采用芳纶丝编织，编织密度为30％～40％；外护套10厚度为2.5mm；第二编织层11采用涤纶丝编织，编织密度为80％。加强芯1的外径为6.7mm，采用120000d的防弹丝绞合而成，加强芯1可以承受重物的重量为1692kg。铜丝屏蔽层6的铜丝丝径为0.15mm，锭数为24，每锭根数为8根，节距不大于25mm。第一编织层9采用芳纶丝编织，芳纶丝为1500d，锭数为12锭，每锭1根。橡胶垫层4采用氯化聚乙烯橡胶。内护套8和外护套10均采用满足vde0207teil21中5gm3型氯丁橡胶。第二编织层11采用涤纶丝编织，每根涤纶丝为8000d，锭数为32锭，每锭1根。
生产工艺为：
步骤一：确定电缆结构；
步骤二：加强芯1的制备：将10根1000d防弹丝并丝制成小股线，然后4根小股线绞合制成股线，绞合方向为右向，绞合节距不大于36mm；最后将三根股线绞合制成加强芯，绞合方向为左向，绞合节距不大于50mm。
步骤二：绝缘线芯2的制备：导体2-1采用镀锡铜丝绞合，根数为16，丝径为0.195mm，排列方式为内层4根，外层12根，绞合节距大于16mm，采用孔径为0.9mm的金刚模紧压；导体2-1外挤包氟塑料绝缘2-2，氟塑料绝缘2-2为氟塑料46，氟塑料绝缘2-2的厚度为0.35mm。采用感应式预热设备预热导体2-1，当导体2-1的温度达到100℃-120℃时，采用挤管式模具挤出绝缘材料，机身温度为350℃，机头挤出温度为355℃；氟塑料绝缘2-2冷却采用分阶段冷却，第一段水槽水温为80℃，第二段水槽水温为60℃，第三段水槽的水温为60℃。最后将绝缘线芯2放置在160℃的烘箱中放置2h进行回火。
步骤三：制备缆芯：将36个线芯进行成缆，排列方式为在加强芯1外排列15根绝缘线芯2，在最外层排列21根绝缘线芯2，同时绕包第一聚酯带3，聚酯带的搭盖率20％～25％；
步骤四：在第一聚酯带3外挤包橡胶垫层4，橡胶垫层4为氯化聚乙烯橡胶，橡胶垫层4厚度为1.0mm；
步骤五：在橡胶垫层4绕包铝塑复合带5，铝塑复合带5的铝面朝外，铝塑复合带5的厚度均为0.1mm，宽度为5mm，铝塑复合带5的搭盖率20％～25％；
步骤六：在铝塑复合带5外编织铜丝屏蔽层6，铜丝屏蔽层6为铜丝编织，编织密度为80％；铜丝丝径为0.15mm，锭数为24，每锭根数为8根，节距不大于25mm；
步骤七：在铜丝屏蔽层6外绕第二聚酯带7，聚酯带的搭盖率20％～25％；
步骤八：在第二聚酯带7外挤包内护套8，内护套8为满足vde0207teil21中5gm3型氯丁橡胶，内护套8厚度为0.80mm；内护套8的硫化程度为80％，按照氯丁橡胶的门尼粘度和硫化特性设定内护套8的挤出工艺和硫化工艺：采用90挤橡机挤出氯丁橡胶，机身温度为60℃，机头挤出温度为65℃，蒸汽压力6bar，线速度为10m/min，硫化时间为8min。
步骤九：在内护套8外编织第一编织层9，第一编织层9为芳纶丝编织，芳纶丝为1500d，锭数为12锭，每锭1根，节距不大于80mm；
步骤十：在第一编织层9外挤包外护套10，外护套10为满足vde0207teil21中5gm3型氯丁橡胶，外护套10厚度为2.5mm；
步骤十一：在外护套10外，外护套10为满足vde0207teil21中5gm3型氯丁橡胶，外护套10厚度为2.5mm；按照氯丁橡胶的门尼粘度和硫化特性设定外护套10的挤出工艺和硫化工艺：采用90挤橡机挤出氯丁橡胶，机身温度为60℃，机头挤出温度为65℃，蒸汽压力7bar，线速度为8m/min，硫化时间为10min。
步骤十二：在外护套10外编织第二编织层11，第二编织层11采用涤纶丝编织，每根涤纶丝为8000d，锭数为32锭，每锭1根，节距不大于80mm。
下表是现有电缆和本发明电缆的检测数值对比：
以上所述的具体实施例，对本发明专利的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。