潜水复合缆线和方法技术

本发明专利技术提供了潜水复合缆线的实施例，所述潜水复合缆线包括非复合导电芯缆线；围绕所述芯缆线的多个复合缆线，所述多个复合缆线包括多个复合线材；和围绕所述复合缆线的绝缘外皮。本发明专利技术还提供了其他实施例，包括导电芯缆线；多个构件，所述构件选自流体传输构件、电力传输构件、电信号传输构件、光传输构件、重量构件、浮力构件、填料构件或铠装构件，所述构件围绕所述芯缆线在至少一个圆柱层中布置，所述至少一个圆柱层在径向截面中看围绕所述芯缆线的中心纵向轴线而限定；多个复合线材，在至少一个圆柱层中围绕所述构件，所述至少一个圆柱层围绕所述中心纵向轴线；以及绝缘外皮，围绕所述复合线材。所述复合线材可为金属基质或聚合物复合线材。本发明专利技术还公开了制造和使用潜水复合缆线的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及潜水复合缆线和它们的制造和使用方法。本专利技术还涉及可用作脐带缆(umbilical)或系绳(tether)的潜水复合缆线。
技术介绍
海下缆线用于将电力和信号传输至较大深度以用于许多海下应用，包括海洋石油井口、机器人运载工具操作、潜艇输电和光纤缆线。用于水下电力传输的潜水缆线是已知的，例如美国专利No. 4，345，112 (Sugata等人)和美国专利申请公布 No. 2007/0044992 (Bremnes)。这种潜水输电缆线通常包括导电构件和承重构件，所述承重构件通常需要能够完全经受当在海面或水下从船放出和收回缆线时由绞盘所导致的拉出和卷绕而无断裂。一般需要较大的工作深度；然而，缆线的最大工作深度通常受限于缆线在其本身重量下能够经受的最大负载和应变。因此，最大深度和电力传送能力受限于导电构件和承重构件的材料性质。潜水输电缆线通常使用金属(例如钢、铜、铝)导体线材和/或承重构件制造， 并通常具有粗大的横截面，因此由于金属(特别是铜)的高比重而给缆线增加相当大的重量。此外，由于铜线材通常具有较差的承重能力，可使用的掺入铜导体的潜水输电缆线的水深一定程度地受到限制。已提出各种缆线设计以获得在长距离和深度(例如1，000 米或更长的长度)下成功调配水下缆线所需的高拉伸强度和抗断裂性，如美国专利申请公布 Nos. 2007/0271897 (Hanna 等人)；2007/0237469 (Espen)和美国专利申请公开 Nos. 2006/0137880,2007/0205009 和 2007/0253778 (所有均为 Figenschou)所例示。对于一些深水应用，已使用例如KEVLAR和铜构造非铠装的缆线。尽管如此，持续寻求能够在位于海面的设备与位于海底(特别是深水中)的设备之间传输大量电力、流体和电流/信号的重量轻、拉伸强度高的脐带缆或系绳。
技术实现思路
在一些应用中，期望进一步改进潜水输电缆线的构造及它们的制造方法和用途。 在某些应用中，期望改进潜水输电缆线的物理性质，例如其重量、拉伸强度和断裂伸长率。 在其他应用中，期望改进潜水输电缆线的可靠性并降低其成本。因此，在一方面，本专利技术提供了一种潜水复合缆线，其包括非复合导电芯缆线；围绕所述芯缆线的多个复合缆线，其中所述复合缆线包括多个复合线材；以及包裹所述多个复合缆线的绝缘外皮。在一些示例性实施例中，所述潜水复合缆线还包括第二多个复合线材，其中所述第二多个复合线材的至少一部分围绕所述多个复合缆线在至少一个圆柱层中布置，所述至少一个圆柱层在径向截面中看时围绕所述芯缆线的中心纵向轴线而限定。在某些当前优选实施例中，潜水复合缆线表现出至少0. 5%的断裂应变极限。在一些示例性实施例中，所述潜水复合缆线包括至少一个选自如下的构件流体传输构件、电力传输构件、电信号传输构件、光传输构件、重量构件、浮力构件、填料构件或铠装构件。在某些示例性实施例中，所述光传输构件包括至少一个光纤。在另外的示例性实施例中，所述铠装构件包括围绕芯缆线的多个纤维，其中所述纤维选自聚(芳族聚酰胺) 纤维、陶瓷纤维、碳纤维、金属纤维、玻璃纤维、以及它们的组合。在另外的示例性实施例中， 所述潜水复合缆线包括围绕芯缆线的多个线材，其中所述线材选自金属线材、金属基质复合线材、以及它们的组合。在其他示例性实施例中，所述芯缆线包括至少一个金属线材、一个金属承重构件或它们的组合。在再有一些示例性实施例中，所述芯缆线包括多个金属线材。在另外的示例性实施例中，所述芯缆线为绞合的。在某些特定的示例性实施例中，所述绞合的芯缆线为螺旋绞合的。在另外的示例性实施例中，围绕所述芯缆线的多个复合缆线在至少两个圆柱层中布置，所述至少两个圆柱层在径向截面中看时围绕所述芯缆线的中心纵向轴线而限定。在某些另外的示例性实施例中，所述至少两个圆柱层中的至少一个仅包括复合缆线。在其他另外的示例性实施例中，所述至少两个圆柱层中的至少一个还包括至少一个选自如下的构件流体传输构件、电力传输构件、光传输构件、重量构件、填料构件或铠装构件。在一些特定的另外的示例性实施例中，至少一个复合缆线为绞合复合缆线，在径向截面中看时，所述绞合复合缆线包括复合线材的多个圆柱层，所述复合线材的多个圆柱层围绕所述至少一个复合缆线的中心纵向轴线绞合。在某些示例性实施例中，所述至少一个绞合复合缆线为螺旋绞合的。在其他示例性实施例中，所述复合线材中的每一个选自金属基质复合线材和聚合物复合线材。在另外的示例性实施例中，所述绝缘外皮形成潜水复合缆线的外表面。在一些示例性实施例中，所述绝缘外皮包括选自如下各项的材料陶瓷、 玻璃、(共)聚合物、以及它们的组合。在另一方面，本专利技术提供了一种制造如上所述的潜水复合缆线的方法，所述方法包括(a)提供非复合导电芯缆线；(b)围绕所述芯缆线布置多个复合缆线，其中所述复合缆线包括多个复合线材；以及(C)用绝缘外皮包裹所述多个复合缆线。在另外的方面，本专利技术提供了一种潜水复合缆线，其包括导电芯缆线；围绕所述芯缆线在至少一个圆柱层中布置的多个构件，所述至少一个圆柱层在径向截面中看时围绕所述芯缆线的中心纵向轴线而限定，其中每个构件选自流体传输构件、电力传输构件、电信号传输构件、光传输构件、重量构件、浮力构件、填料构件或铠装构件；在至少一个圆柱层中围绕所述多个构件的多个复合线材，所述至少一个圆柱层围绕所述芯缆线的中心纵向轴线； 以及包裹所述多个复合线材的绝缘外皮。在一些示例性实施例中，所述多个复合线材的至少一部分被绞合以形成至少一个复合缆线。在另外的示例性实施例中，所述铠装构件包括围绕所述芯缆线的多个纤维，其中所述纤维选自聚(芳族聚酰胺)纤维、陶瓷纤维、碳纤维、金属纤维、玻璃纤维、以及它们的组合。在其他示例性实施例中，所述铠装构件包括围绕所述芯缆线的多个线材，其中所述线材选自金属线材、金属基质复合线材、以及它们的组合。在另外的示例性实施例中，所述潜水复合缆线还包括第二绝缘外皮，其中所述第二绝缘外皮位于所述多个构件和所述多个复合线材之间，且其中所述第二绝缘外皮包裹所述多个构件。在另一方面，本专利技术提供了一种制造如上所述的潜水复合缆线的方法，其包括(a) 提供导电芯缆线；(b)围绕所述芯缆线在至少一个圆柱层中布置多个构件，所述至少一个圆柱层在径向截面中看时围绕所述芯缆线的中心纵向轴线而限定，其中每个构件选自流体传输构件、电力传输构件、电信号传输构件、光传输构件、重量构件、浮力构件、填料构件或铠装构件；(c)用在至少一个圆柱层中布置的多个复合线材围绕所述多个构件，所述至少一个圆柱层围绕所述芯缆线的中心纵向轴线；以及(d)用绝缘外皮包裹所述多个复合线材。根据本专利技术的潜水复合缆线的示例性实施例可具有使其能够使用且在各种应用中发挥优势的各种特征和特性。由于改进的材料性质，包括低密度、高模量、高强度、耐疲劳性和导电性，根据本专利技术的一些示例性实施例的潜水复合缆线可表现出改进的性能。因此， 根据本专利技术的示例性潜水复合缆线可表现出大大增加的最大工作深度、最大工作负载和断裂强度，具有相比于现有非复合缆线更大的或至少可比的电力传送能力。此外，相比于非复合潜水缆线，根据本专利技术的潜水复合缆线的示例性实施例在海水中重量更轻，并因此更易于铺设到海本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：科林·麦卡洛，道格拉斯·E·约翰逊，迈克尔·F·格雷瑟，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：