抗扭彎電連接器水密結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及應(yīng)用
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易學(xué)平
（中船重工第七一O研究所，湖北 宜昌 443003）
摘要：針對(duì)海洋物探行業(yè)使用的拖曳電纜，研究設(shè)計(jì)了一種適合海洋復(fù)雜環(huán)境工作的電連接器水密結(jié)構(gòu)。對(duì)其結(jié)構(gòu)、密封原理及抗扭彎原理進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析，采用類似迷宮式密封結(jié)構(gòu)和剛?cè)峒鎮(zhèn)涞拿芊饨Y(jié)構(gòu)等保證密封的可靠性，采用承力芳綸纖維楔形結(jié)構(gòu)和鋼絲網(wǎng)套抱緊纜體等保證電纜抗扭彎。工程應(yīng)用表明：該電連接器水密結(jié)構(gòu)可確保拖曳電纜在復(fù)雜海洋情況下工作時(shí)的水密要求。
關(guān)鍵詞：密封結(jié)構(gòu)；抗扭彎；電連接器 中圖分類號(hào)：TH122
1概述
拖曳式電纜在海洋物探行業(yè)中已得到廣泛的應(yīng)用，而水下電纜的水密電連接器的優(yōu)劣起到關(guān)鍵的作用。目前工程技術(shù)人員設(shè)計(jì)并制造出了各種適用于不同使用工況的水密結(jié)構(gòu)，有些已列為標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，其品種已系列化。但在實(shí)際工程應(yīng)用中也難以滿足使用要求，特別是拖曳大型探測(cè)設(shè)備時(shí)，拖曳電纜水下運(yùn)動(dòng)狀態(tài)十分復(fù)雜，電連接器與電纜接頭不僅受拉力，而且還受到扭、彎力的聯(lián)合作用，在此復(fù)合力的作用下，難以確保纜體與金屬接頭間的水密性；另一方面，在完成裝配后，水密結(jié)構(gòu)將封裝在電連接器內(nèi)，即使通過了水壓試驗(yàn)也不能確定其密封可靠，因此有必要開發(fā)出一種可以承受復(fù)雜海洋環(huán)境受力狀態(tài)，且達(dá)到密封可靠的水密結(jié)構(gòu)。
2抗扭彎電連接器水密結(jié)構(gòu)的主要設(shè)計(jì)要求
要求抗扭彎電連接器水密結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，具有在復(fù)雜海洋環(huán)境受力狀態(tài)下承受拉力、扭力和彎力聯(lián)合作用的能力，確保纜體與金屬接頭在工作水深300 m以下水密結(jié)構(gòu)能夠安全可靠工作。
3抗扭彎電連接器水密結(jié)構(gòu)的組成及工作原理
抗扭彎電連接器水密結(jié)構(gòu)主要由纜體、金屬接頭、調(diào)整管、外金屬罩、螺栓、隔離環(huán)、橡膠墊、錐體、錐蓋、鋼絲護(hù)套安裝盤、硫化環(huán)、金屬盤、凹形盤和喇叭口鋼絲網(wǎng)套等組成，如圖1所示。其中，隔離環(huán)由金屬環(huán)通過硫化技術(shù)與橡膠環(huán)組成一體，鋼絲護(hù)套安裝盤由金屬盤、凹形盤和喇叭口鋼絲網(wǎng)套組成一體。
該電連接器水密結(jié)構(gòu)具有迷宮式的密封特性，采用兩件橡膠墊串聯(lián)的結(jié)構(gòu)形式，在兩件橡膠墊間設(shè)置隔離環(huán)，橡膠墊受到外力作用時(shí)，其端面受壓厚度減小，由于受到裝配空間的限制，橡膠墊的軸向尺寸也將縮小，使橡膠墊緊密地與纜體的外表面貼合。隔離環(huán)的作用一是傳遞壓緊載荷，二是增加橡膠密封處的硬度，同時(shí)依靠隔離環(huán)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)又使其具有一定的柔性，且可將密封處構(gòu)成類似于迷宮式的形式，通過硫化技術(shù)在金屬環(huán)的內(nèi)表面上硫化一定厚度的橡膠環(huán)組成隔離環(huán)，這樣在該密封處即可形成剛?cè)峒鎮(zhèn)涞拿芊饨Y(jié)構(gòu)。水密結(jié)構(gòu)通過選用不同長(zhǎng)度的調(diào)整管來調(diào)整對(duì)不同橡膠墊的預(yù)緊力，為提高橡膠墊的裝配工藝，確保其密封面能緊貼纜體外表面，橡膠墊的錐體一端采用半球面體結(jié)構(gòu)，目的是增大錐體與橡膠墊的接觸面積，增大壓緊時(shí)的軸向預(yù)緊力，從而增大橡膠墊的彈性變形量，同時(shí)起傳遞預(yù)緊載荷的作用，使各橡膠墊受力均勻。
鋼絲網(wǎng)套采用喇叭口結(jié)構(gòu)，呈喇叭狀的一端裝配在金屬盤和凹形盤間，呈圓柱狀的鋼絲網(wǎng)套裝配在纜體的外表面上，裝配后鋼絲網(wǎng)套抱緊纜體，再通過二次硫化技術(shù)，將硫化橡膠、外金屬罩、鋼絲護(hù)套安裝盤與纜體固結(jié)成一體，這樣既可增加密封接頭與纜體間的連接強(qiáng)度，又可以提高纜體與密封接頭部位的抗扭彎的能力。圖2為裝配完成后的水下電連接器水密結(jié)構(gòu)示意圖。在外金屬罩、定位內(nèi)楔柱和纜體的內(nèi)心纜所形成的空腔注入聚氨酯密封膠，以起到增強(qiáng)密封的效果。楔形柱采用楔形結(jié)構(gòu)的目的是使結(jié)構(gòu)裝配到位后自身具有自鎖功能，以達(dá)到鎖緊承力芳綸纖維的目的，楔形柱表面涂覆環(huán)氧樹脂膠，以增大承力芳綸纖維相對(duì)楔形結(jié)構(gòu)面間的摩擦力。
4抗扭彎電連接器水密結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)
在滿足設(shè)計(jì)要求和使用性能的情況下盡可能使其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，為此采用多道密封結(jié)構(gòu)，這樣設(shè)計(jì)的目的是提高密封的可靠性能。從圖1可知：通過擰緊錐蓋產(chǎn)生壓緊力壓緊橡膠墊，使橡膠墊產(chǎn)生彈性變形抱緊纜體，隔離環(huán)上的硫化層同樣在壓緊力的作用下產(chǎn)生彈性變形，調(diào)整橡膠墊尺寸和隔離環(huán)硫化厚度使其與纜體抱緊，保證該處的密封性能。為保證電連接器在復(fù)雜海洋狀態(tài)下受拉力、扭力和彎力作用下的密封性能，應(yīng)采取以下措施：①承力芳綸纖維應(yīng)均勻地分布在定位內(nèi)楔柱的內(nèi)壁上，采用楔形結(jié)構(gòu)使其自身具有自鎖功能，達(dá)到鎖緊承力芳綸纖維的目的，使電纜本身不受力；②鋼絲網(wǎng)套應(yīng)抱緊纜體，受扭彎作用時(shí)，鋼絲網(wǎng)套受力，電纜本身不受力。
該電連接器水密結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn)：①多道密封結(jié)構(gòu)，密封性好；②適應(yīng)海洋工況能力強(qiáng)，可靠性好；③適用范圍廣。該電連接器水密結(jié)構(gòu)已經(jīng)應(yīng)用于海洋物探行業(yè)的拖曳電纜上，該結(jié)構(gòu)可以滿足在復(fù)雜海洋環(huán)境下，承受拉力、扭力和彎力等復(fù)雜受力狀態(tài)下，密封性能安全可靠，可以為類似結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供一定的參考作用。
