脐带电缆及结构示意图-Model

水下生产系统脐带缆初步结构设计高欢;郭宏;孙科沸;屈衍;郭毅;李博【摘要】简要介绍了水下生产系统脐带缆的主要功能,分析了国外脐带缆的结构形式和材料,提出了深海环境下脐带缆的设计思路和方法.结合简单的力学计算,最终给出脐带缆结构的初步设计结果.【期刊名称】《电线电缆》【年(卷),期】2011(000)006【总页数】5页(P12-16)【关键词】水下生产系统脐带缆;结构设计;力学计算【作者】高欢;郭宏;孙科沸;屈衍;郭毅;李博【作者单位】上海电缆研究所,上海200093;中海石油研究中心,北京100027;上海电缆研究所,上海200093;中海石油研究中心,北京100027;上海电缆研究所,上海200093;中海石油研究中心,北京100027【正文语种】中文【中图分类】TM246.90 引言脐带缆在海洋工程中已经应用了近50年。

上世纪60年代采用直接液压控制形式，脐带缆全部由管道组成，横截面较大;到70年代，水下生产系统开始使用电液复合式，这时的脐带缆已经不再仅由管道组成，还包括了电缆和光纤等。

根据工况的不同，脐带缆可以选用非金属管和不锈钢管作为工作液体的输送管道。

目前，脐带缆已被成功地应用到浅水、深水和超深水领域，可以同时实现传输通信信号、电信号以及液体注入等，为水下开发和生产提供技术支持。

水下生产系统脐带缆的主要作用是连接上部模块与水下生产设施。

脐带缆主要由电缆(动力缆或信号缆)、光缆(单模或多模)、液压或化学药剂管(钢管或软管)、聚合物护套、碳纤维棒或铠装钢丝以及填充物等组成。

其中的聚合物护套可以起到绝缘和保护的作用;碳纤维棒或铠装钢丝可以增加轴向刚度和强度;填充物可以填充空隙和固定其它管线。

脐带缆的结构设计不只是简单地将各个单元罗列和排布，而应根据工程应用要求，同时考虑材料选择、结构分析、工艺设计、腐蚀性分析、热场分析和力学分析，是多学科的集合。

其中力学分析尤为重要，力学分析包括强度分析、极端水动分析和疲劳分析等，需要运用专门的软件，如UFLEX、Aker Kvaerner等。

“脐带缆”863计划课题通过验收近日，科技部组织专家对社会发展领域国家863计划“水下生产系统脐带缆关键技术研究”课题进行了验收。

课题主要承担单位为宁波东方电缆股份有限公司。

专家组认为，课题组完成了合同书考核指标，一致同意验收。

此课题的验收，标志着宁波生产出了具有国际市场竞争力、国内首创的1500米工作水深的生产系统脐带缆。

水下生产系统脐带缆是电缆、光缆、液压或化学药剂管的组合，有点像婴儿从母体上汲取营养的那根脐带。

它是海底油气勘采、海洋工程等领域的关键设备，主要为深海生产系统提供电力、气液压动力、化学注入和数据传输。

由于脐带缆的设计既要兼顾电力、通信、液压等功能，又要满足复杂海况的要求，其材料强度、柔韧性、抗腐蚀和抗渗透要求极高。

长期以来，我国使用的脐带缆全部依赖进口，为打破国外行业巨头对“脐带缆”技术的垄断，“水下生产系统脐带缆关键技术研究”被列入2009年国家社会发展领域海洋863科技发展计划。

从2009年起，宁波东方电缆股份有限公司以公司院士工作站为基础，与中海油研究总院、大连理工大学、上海电缆研究所等单位开展技术合作，通过柔性引才和集成创新，不断攻克“脐带缆”领域的技术瓶颈，生产出了具有国际竞争力的国产“脐带缆”。

2010年，CACT惠州油田项目一根动态脐带缆在台风中损坏，为了尽快恢复生产，CACT向全球公开招标，东方电缆在与两家跨国公司的同台竞标中一举胜出，实现了该产品的首次产业化和国际化。

宁波东方电缆集团总经理夏峰介绍：“国产脐带缆在国际市场上具有价格竞争优势，设计和生产周期更是比国外缩短了一半。

”据了解，课题组取得的主要成果包括：开发了具有自主知识产权的脐带缆设计分析软件；建成了一条制造脐带缆专用生产线；研制了一条1500米工作水深的脐带样缆；开发了相应的专用测试装备，完成了样缆单元及整缆的力学性能及功能实验验证。

市科技局有关人士介绍，此课题的验收，标志着宁波生产出了具有国际市场竞争力、国内首创的1500米工作水深的生产系统脐带缆。

水下生产系统的设计和操作水下脐带缆验证试验脐带缆部件的设计和制造应满足脐带缆的功能和技术要求，并通过验证和接收试验证明其适应性。

当新部件的设计与以往验证过的设计相似，且能以较高的可信度预测新部件的性能是，可用部分或全部部件的接收试验涵盖设计验证试验。

对于非常规的设计或者与以往验证通过的设计有重大差异是，设计验证试验应按单独的程序进行。

如适用，对终端，中间接头及附属设备，宜考虑进行验证和接收试验。

1. 电缆验证试验1.1 外观和尺寸检查电缆芯线应进行100%外观检查，且无损伤，导体没有扭结或缺陷。

应包括材料可能污染需进行的检查，及尺寸和结构核实。

导体应按照IEC 60228的要求检查。

1.2导体电阻测试每种绝缘导体应取两个试样，进行同类直流导体的电阻测试，每一试至少1m（3.28ft）长。

从一根成品电缆两端各截取一试样。

每根导体的直流电阻测量值校正到20℃（68°F）时，不应超过IEC 60228规定值的2%。

1.3 屏蔽层电阻成品电缆芯内，半导体屏蔽层的电阻率不应超过以下值a）导体屏蔽：1000Ω·mb）芯线屏蔽：500Ω·m1.4 绝缘电阻直流绝缘电阻测试必须在每种绝缘导体的两个试样上进行，每一试样至少长1m（3.28ft）。

试样从一根成品电缆两头截取。

单独的绝缘导体应浸没在自来水中测量绝缘电阻。

试样应能承受最小为3.5MPa（500 psi）静水压或工作水深的最大静水压（取较大值），并至少维持22h后，压力处于稳定状态下测到的绝缘电阻，其值应在500V DC时不低于500MΩ·km。

如果绝缘导体的金属屏蔽层覆盖了整根电缆，该试验可按所处环境条件下实施，而不用浸入水中。

1.5 高压直流试验应在绝缘导体上取两个试样进行高压测试。

每一试样至少1m（3.28ft）长。

从一根成品电缆两端各截取一试样。

单独的绝缘导体应没在自来水中测量绝缘电阻。

试样应能承受最下为3.5MPa（500 psi）静水压或工作水深的最大静水压（取较大值），并至少维持22h 后，测试绝缘电阻。

软件中设置的环境参数。

结合地质调研数据，作业区域地处赤道附近，没有台风影响，常年有15级左右的西北风，表面流速平均在0.5级左右，浪高在0.5～1 m 之间。

根据实际情况，设置一般情况下平均海流流速数值、流向和海底摩擦系数等参数。

值得注意的是，该ROV 所设计的最大向前推力为900 kgf ，但工程实际运用中，考虑到ROV 运转过程的动力分配和高温影响等问题，一般将ROV 的输出功率调至50%，即是最大向前推力为450 kgf 。

表3为铠装脐带缆未加装浮力材料时仿真模拟出的最大作业距离值。

综上，得出当ROV 铠装脐带缆未加装浮力材料且输出功率为50%时，海况为静态时ROV 的最大作业距离为264 m ，平均浪高为0.5 m 时ROV 的最大作业距离为230 m ，平均浪高为1 m 时ROV 的最大作业距离为180 m 。

显然，实际作业中海况不可能为静态，因此当ROV 铠装脐带缆未加装浮力材料时，最大的作业距离一般以平均浪高为1 m 考虑，即为180 m ，不能满足项目所要求的着泥点与船尾距离为180～340 m 的着泥点监控作业。

0 引言在非洲某浅水铺管项目中，作业水深为6～40 m ，主作业船舶为海油工程某大型铺管作业船，搭载一台150马力的工作级ROV 。

该ROV 为铠装脐带缆Free-Swimming 类型，其主要作业任务为协助主作业船布设海管起始锚和起始封头、海管铺设过程着泥点监控、临时解钩弃管和挂钩起管以及布设终止封头等作业。

根据海管规格和作业水深测算出铺设过程中的着泥点与船尾距离为180～340 m 。

为了核实该主作业船所搭载的ROV 的作业距离是否满足该项目海管着泥点监控需求，通过仿真软件，测算出ROV 铠甲脐带缆外表面未加装浮力材料时和加装浮力材料时所能飞行达到的最大距离。

1 ROV设备技术参数表1为150HP 工作级ROV 实际向前推力参数和铠装脐带缆技术参数。

2 未加装浮力材料时ROV作业距离仿真模拟表2为ROV 铠装脐带缆外表面未加装浮力材料时仿真模拟铠装脐带缆ROV作业距离分析邱可，陈浩(深圳海油工程水下技术有限公司，广东 深圳 518067)摘要：近年来，随着水下机器人(remotely operated vehicle ，ROV)在海油工程领域的广泛运用，其作业能力成为行业关注的焦点。

脐带缆的主要功能有： 1. 为水下生产系统提供电力 2. 为水下生产系统控制提供液压通道 3. 提供油气田开发所需化学药剂管线 4. 传递上部模块的控制信号及水下生产系统传感器数据●该产品有静态和动态部分组成，可根据顾客要求定制成静态与动态集成的单根或分段脐带缆●将原有国际软管技术升级为不锈钢管，大大增加了其抗腐蚀性和其他功能●该产品具有相当高强度，可承受敷设或打捞时张力和外界压力，可靠性高具有水下观察和作业能力的活动深潜水装置。

又称深潜器、可潜器、调查潜艇等。

...无人无缆潜水器是一种既不载人、又没有脐带电缆的潜水器。

它与工作母船没有机械上的联系，自己提供动力，具有在三维空间里自由运动的能力。

常用产科器械产科绳施行难产助产时，最后都要用产科绳拴住胎儿某一肢体强行拉出。

产科绳要准备三根，长2～3m，绳的一端要留有圈套。

大家畜产科绳直径0.5～0.7cm为宜，质料以丝质或棉质为好产科绳及产科结1.导绳器2.环形导绳器3.产科绳4.单滑结5.双套结拴缚胎儿肢体的常用绳结是单滑结或双套结。

把绳带入产道的方法是将绳结套在拇指边及中间两手指上, 向外拉时一定要栓缚牢固。

使用产科绳的方法1.将绳套在中间三指上，带入产道2.撑开绳套去套胎儿某一肢体产科钩在矫正拉出胎儿时，用手或绳不行时，使用产科钩往往效果很好。

产科钩有下列几种。

长柄产科钩又分钝钩和锐钩。

钝钩用于矫正拉出活的胎儿，锐钩用于死胎。

使用时可钩住眼眶、下颌骨体、后鼻儿、耻骨联合或其他坚固组织。

用手握住钩尖将其带入产道内，下钩时要使钩尖内向胎儿，决不可露出钩尖。

拉动时要求和助手密切配合，并时刻注意钩尖有否滑脱的可能。

在紧急情况下，也可用铁条或家庭中火钩代替。

产科钩用于助产时钩住胎儿1.长柄产科钩2.短柄产科钩3.肛门钩4.复钩5.指钩短柄产科钩：也有钝、锐之分。

它的优点在于用手带入产道内，可以随着手的转动任意钩住胎儿。

使用时柄端圈套内系以绳索，便于滑脱时寻找。

短柄产科钩的使用方法，用钩钩眼眶产科挺母畜难产，由于子宫的收缩，胎儿往往楔入骨盆腔内，为了矫正胎儿反常部分，需要将胎儿由骨盆腔内推送入腹腔内，然后再矫正胎儿。

难产助产时除术者用手推送外，利用产科挺推送不但力大而且推送的距离远。

有时还利用挺端左、右、前、后旋转推拉帮助矫正，故产科挺是难产助产的必备器械。

产科长柄挺挺柄长80cm，挺端有二叉和三叉，其次活动可拆卸。

产科长柄挺用于推退胎儿双孔挺在挺叉两端各有一环，在环内穿入一根产科绳，使用时在一叉环上缚住一绳，将绳的游离端利用导绳器带入产道内。

当套住胎儿某一肢体后，将绳端拉出产道外并穿过另一叉环，再慢慢将双孔挺带入产道安放在需要推拉的地方，令助手拉紧绳索缚住胎儿，并将绳的游离端缠在挺柄上，这时即可进行推拉矫正。