【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及海缆，具体为一种高载流量结构铝芯海缆及其制备方法。
技术介绍
1、近年来，我国海上风电进入平价上网时代，海上风电项目开发存在降本增效压力，降本增效仍是普遍需求。
2、在全球海上风电的零补贴趋势下，开发铝芯海缆对于降低海缆线路成本作用明显，用铝芯海缆代替铜芯海缆，海缆的制造成本会大幅下降。目前，欧洲海上风电用集电海缆已广泛采用铝导体，同时已有部分项目把铝芯海缆做为输出主缆应用；然而铝芯海缆的载流能力相较于铜芯海缆有一定差距，相同传输容量采用铝芯海缆，一般需要考虑增大两个规格，这也导致海缆外径增大，导体外其他材料用量增加，制造难度增加，给海缆后道工艺带来较大挑战。
3、为了解决上述问题，技术人员通常采用耐高温性能相对较好的聚丙烯材料替代常规的聚乙烯来提高导体外绝缘层的工作温度，进而在相同外径的铝芯海缆下提升铝芯海缆的载流量；然而该技术方案的铝芯海缆载流量提升空间较小。
4、因此，申请人对铝芯海缆的结构和制备方法进行改进，通过制备一种高载流量结构铝芯海缆来解决上述问题。
技术实现思路
1、为解决现有的技术问题，本专利技术提供了一种高载流量结构铝芯海缆，由内及外依次包括缆芯、内衬层、复合铠装层、外被层；所述缆芯包括电单元、成缆填充件；所述电单元设有多个，所述成缆填充件填充设置在相邻两个电单元之间，电单元、成缆填充件绞合形成缆芯，所述电单元由内及外依次包括导体、共挤结构层、第一阻水层、金属丝编织带、第二阻水层、金属护套、非金属护套；所述共挤结
2、进一步的，所述缆芯还设有光单元；所述成缆填充件上设有开槽，光单元设置在成缆填充件的开槽内；本专利技术的缆芯中设置有光单元，可通过光单元监测温度、振动等信号对海缆运行状态的进行实时监测。
3、进一步的，所述导体由多层异形铝单丝导体层绞合紧压得到，每层异形铝单丝导体层之间均绞有阻水带及阻水纱；所述异形铝单丝的形状包括但不限于“梯形”或“z字形”中的任意一种；本专利技术采用铝导体替代铜导体，可以有效降低海缆成本，每层异形铝单丝导体层绞合后压紧，整股导体绞合紧密，电阻率小，导电性能好，有效降低海缆传输过程中的损耗。
4、进一步的，所述金属丝编织带材料采用铜丝编织带；本专利技术的金属丝编织带采用铜丝编织带，铜丝编织带具有导电性好、高强度、耐腐蚀、易弯曲、抗电磁干扰能力强等优点，生产连续性强，生产效率高，适合大长度海缆生产制造的特点。
5、进一步的，所述金属护套的材料采用铝塑复合带、铜塑复合带中的任意一种；本专利技术采用铝塑复合带或铜塑复合带替代了铅套，质量更轻，使海缆设计更加符合环保需求且节约成本，但同时也降低了结构的阻水可靠性。
6、进一步的，复合铠装层由多根高强度无磁钢丝和多根圆形pe填充条间隔绞合排列得到，其中，绞合节距为10～12(d+d)，d为内衬层的外径；d为高强度无磁钢丝的外径；本专利技术的复合铠装层由多根高强度无磁钢丝和多根圆形pe填充条间隔绞合排列得到，可以减少金属丝根数，采用减少铠装层的涡流损耗，进一步提高铝芯海缆的载流能力，同时减少高强度无磁钢丝根数降低制造成本。
7、进一步的，所述高强度无磁钢丝采用抗拉强度不低于700mpa的高强度钢丝材料，本专利技术的高强度无磁钢丝抗拉强度为常规钢丝的2倍以上。
8、进一步的，圆形pe填充条和高强度无磁钢丝的外径及绞合数量相等，圆形pe填充条和高强度无磁钢丝的总数量n的计算公式如下：n＝(d+d)π/(1.108×d)。
9、本专利技术还提供了一种高载流量结构铝芯海缆的制备方法，包括：
10、s1.制备缆芯：将光单元嵌入成缆填充件的开槽内，将成缆填充件填充设置在相邻两个电单元之间，将嵌有光单元的成缆填充件与电单元相互绞合得到缆芯；
11、s1.1制备电单元：
12、s1.1.1制备导体：取圆形铝杆通过异形拉丝模具在拉线机分次连续拉制成不同截面的异形铝单丝，每个道次拉丝后进行退火和冷却；将多根异形铝单丝紧压绞合后形成最内层异形铝单丝导体层；随后在最内层异形铝单丝导体层由内及外逐层使用异形铝单丝绞合紧压多层异形铝单丝导体层，其中，每层异形铝单丝导体层之间均绞入阻水带或阻水纱；
13、s1.1.2制备共挤结构层：在绝缘挤塑机中加入足够的导体屏蔽层材料、氮化硼纳米粒子改性聚丙烯材料、碳纳米管改性聚丙烯材料，挤塑前先调整绝缘挤塑机的导体预热器温度至102～105℃、生产速度为1.6m/min，挤塑时，控制氮化硼纳米粒子改性聚丙烯材料和碳纳米管改性聚丙烯材料的熔融温度为188～192℃，熔融压力为150bar，将导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层依次在导体外挤出，得到共挤结构层；通过三层共挤工艺的作用下，导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层紧密贴合在一起，绝缘层、绝缘屏蔽层的接触面相互交熔，绝缘层的氮化硼纳米粒子与绝缘屏蔽层的碳纳米管协同作用，碳纳米管以一维“碳桥”的形式与氮化硼纳米粒子相互“桥联”，形成局部三维导热网络，从而显著提高了的导热性，进而提升了高载流量结构铝芯海底电缆的载流量；
14、s1.1.3先在绝缘屏蔽层外侧绕包第一阻水层；再在第一阻水层外侧绕包金属丝编织带；接着在金属丝编织带外侧绕包第二阻水层；然后在第二阻水层外包覆金属护套；最后在金属护套外包覆非金属护套，得到电单元；
15、s2.在缆芯外侧绕包内衬层；
16、s3.采用圆形pe填充条和高强度无磁钢丝在内衬层外侧间隔绞合排列，得到复合铠装层；
17、s4.在复合铠装层外侧绕包外衬层。
18、进一步的，所述氮化硼纳米粒子改性聚丙烯材料的制备方法包括：
19、a1.将氮化硼纳米粒子加入其质量11～13倍去离子水中本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高载流量结构铝芯海缆，由内及外依次包括缆芯(1)、内衬层(2)、复合铠装层(3)、外被层(4)；所述缆芯(1)包括电单元(11)、成缆填充件(12)；所述电单元(11)设有多个，所述成缆填充件(12)填充设置在相邻两个电单元(11)之间，电单元(11)、成缆填充件(12)绞合形成缆芯(1)，其特征在于，所述电单元(11)由内及外依次包括导体(111)、共挤结构层、第一阻水层(115)、金属丝编织带(116)、第二阻水层(117)、金属护套(118)、非金属护套(119)；所述共挤结构层为采用三层共挤工艺依次将导体屏蔽层(112)、绝缘层(113)、绝缘屏蔽层(114)在导体(111)外挤出得到；所述绝缘层(113)的材料采用氮化硼纳米粒子改性聚丙烯材料；所述绝缘屏蔽层(114)的材料采用碳纳米管改性聚丙烯材料。
2.根据权利要求1所述的高载流量结构铝芯海缆，其特征在于，所述缆芯(1)还设有光单元(13)；所述成缆填充件(12)上设有开槽，光单元(13)设置在成缆填充件(12)的开槽内。
3.根据权利要求1所述的高载流量结构铝芯海缆，其特征在于，所述
4.根据权利要求1所述的高载流量结构铝芯海缆，其特征在于，所述金属丝编织带(116)材料采用铜丝编织带。
5.根据权利要求1所述的高载流量结构铝芯海缆，其特征在于，所述金属护套(118)的材料采用铝塑复合带、铜塑复合带中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的高载流量结构铝芯海缆，其特征在于，所述复合铠装层(3)由多根高强度无磁钢丝(31)和多根圆形PE填充条(32)间隔绞合排列得到，其中，绞合节距为10～12(D+d)，D为内衬层(2)的外径；d为高强度无磁钢丝(31)的外径。
7.根据权利要求6所述的高载流量结构铝芯海缆，其特征在于，所述圆形PE填充条(32)和高强度无磁钢丝(31)的外径及绞合数量相等，圆形PE填充条(32)和高强度无磁钢丝(31)的总数量N的计算公式如下：N＝(D+d)π/(1.108×d)。
8.一种如权利要求1～7任一项所述的高载流量结构铝芯海缆的制备方法，其特征在于，包括：
9.根据权利要求8所述的高载流量结构铝芯海缆的制备方法，其特征在于，所述氮化硼纳米粒子改性聚丙烯材料的制备方法包括：
10.根据权利要求8所述的高载流量结构铝芯海缆的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管改性聚丙烯材料的制备方法包括：
...【技术特征摘要】
1.一种高载流量结构铝芯海缆，由内及外依次包括缆芯(1)、内衬层(2)、复合铠装层(3)、外被层(4)；所述缆芯(1)包括电单元(11)、成缆填充件(12)；所述电单元(11)设有多个，所述成缆填充件(12)填充设置在相邻两个电单元(11)之间，电单元(11)、成缆填充件(12)绞合形成缆芯(1)，其特征在于，所述电单元(11)由内及外依次包括导体(111)、共挤结构层、第一阻水层(115)、金属丝编织带(116)、第二阻水层(117)、金属护套(118)、非金属护套(119)；所述共挤结构层为采用三层共挤工艺依次将导体屏蔽层(112)、绝缘层(113)、绝缘屏蔽层(114)在导体(111)外挤出得到；所述绝缘层(113)的材料采用氮化硼纳米粒子改性聚丙烯材料；所述绝缘屏蔽层(114)的材料采用碳纳米管改性聚丙烯材料。
2.根据权利要求1所述的高载流量结构铝芯海缆，其特征在于，所述缆芯(1)还设有光单元(13)；所述成缆填充件(12)上设有开槽，光单元(13)设置在成缆填充件(12)的开槽内。
3.根据权利要求1所述的高载流量结构铝芯海缆，其特征在于，所述导体(111)由多层异形铝单丝导体层绞合紧压得到，每层异形铝单丝导体层之间均绞有阻水带及阻水纱。
4.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：姜志诚，陈静，徐静，陈东，鞠久军，刘梦威，张鹏，刘学，
申请(专利权)人：远东海缆有限公司，
类型：发明
国别省市：
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