海缆生产维修过程中的问题及解决措施

海缆生产维修过程中的问题及解决措施

0海缆的密封和制作工艺研究地震数传输线是地震数据采集和传输的重要部件。它是地震勘探和探测系统的重要设备之一，负责传输各种命令和数据。随着两宽一高的提出,大量设备的铺设对海缆是一个不小的考验,既要保证接头处的密封性,还要在承受海流大拉力的情况下确保数据传输通畅。施工中一旦出现黄线、掉排列等问题时,首先需要换掉的就是海缆。经过测量不能正常工作的海缆当即返回基地进行维修不论是前期生产还是中后期的维修工作,都需要大量的人力物力投入。整条海缆制作成型需要数十个工艺过程:剥皮、焊大头、焊三叉、灌胶、刷漆、注塑等,很多工艺靠手工制作完成,无法使用机械化取代。本文通过观察工人的手工环切步骤,与技术组分析海缆外皮环切的受力方式,找出解决方案。从维修过程中现在使用的拉筋系扣方式产生的问题出发,测试系扣方式所能允许的最大拉力,提出更可靠的方案,提高最大许用拉力,稳定施工排列。1主要问题是电缆维护1.1海缆两端焊接在生产和维修过程中,剥皮难度较大。剥皮一共有三处,海缆的两端以及整根海缆的中间。两端焊接大头与采集站连接,中间焊接三叉与检波器连接,缺一不可。海缆与陆缆不同之处在于外皮厚度和硬度的增加(为更好地适应海底工况1.2返回率高在生产和维修过程中,找出线路虚接或者断路点位,切断海缆2环切时造成的安全隐患在生产及维修中,凡是涉及到海缆剥皮工作都是由手工完成。在海缆有一定的弯曲度时,手工环切才稍微省力,但是刀片切割时有一定的安全隐患,如图1所示。下面通过对海缆手工环切出现的问题以及弊端进行分析,制定出快速环切并且不会伤到内部线芯的方案,提高维修效率。2.1新型海缆环切切割通常,购买的未经加工的海缆主要有四部分构成:聚氨酯包裹层、粗细分组均匀的12根线芯、胶质、及最中间的拉筋,如图2所示。各部分起的作用不同,聚氨酯包裹层直接与外部环境接触,材料采用热塑性聚氨酯弹性体(TPU),其物理及化学性能稳定,抗拉强度高,耐磨,低温性能好图1所示清楚地展现了手工环切的方法:左手握住海缆端部,呈现出一定弯曲度,右手持刀片切割。切透后,旋转海缆,使未切到的部分继续弯曲,继续切割。这样弯曲着切割可以使待切割部分增大张力,从而达到容易切透的目的,并且可以清晰地观察到切割深度。这种方式对工人熟练程度要求很高,即使是熟练工操作起来,至少也需要在手中旋转三次来调节切割角度,比较耗时。并且海缆的硬度比陆缆大,弯曲困难,劳动强度很大。为了提高维修精度,降低劳动强度,提出的目标如下:(1)设计一套快速环切工具;(2)半径可以微调,避免切到内部电缆导线;(3)使用方便,环切效率高,降低劳动强度。2.2制定设计方案将原来的单手握持海缆线头,改成由刀刃及外部支持部件接触海缆,从而达到省力、更快速环切的目的。2.2.1中间拾遗环切环切一定的厚度,省时省力地完成是最终目标。首先想到的是日常生活中类似于钳子的杠杆原理。设计两臂后将其前半部分加以改进,设计图如图3所示。中间圆环虚线表示海缆环切位置。机构前端上下各有一个滚轮,弯臂上各固定一个刀片。当机构夹紧的时候,刀刃恰好可以切割进海缆,刀刃的进深提前计算好。滚轮顶住海缆,并且在环切的时候,滚轮的摩擦力小,达到省力的目的。两个刀片的配合,只需要环切180°就可以。缺点是环切时候手腕转动起来不方便,并且海缆的固定是一个问题,在环切的时候切割产生的扭矩太大,单手保持海缆不转动操作困难。2.2.2台钳环切结构设计借助外部机构来固定海缆,防止其被环切时转动。再设计一个U形环,内径尺寸和电缆外径相同,一个刀架夹装刀片,通过螺栓压紧底座固定。刀刃伸出长度是环切电缆外皮深度。最外端是一个可以旋转的手柄,电缆通过台钳固定住。该工具卡进电缆后,手握手柄旋转180°,环切完成。设计图如图4所示。按照设计图进行加工,成品及环切效果如图5所示。该方案在操作的时候使用台钳将海缆夹紧,环切才可以进行。为了防止海缆被夹扁,设计一个特殊工具,焊接在台钳上,形状如图6所示。开孔尺寸略小于海缆直径,在半圆上附贴一层非常薄的橡胶层,以增大摩擦力,防止在环切时海缆随着环切工具一起旋转。该方案操作简便,环切后可以看到电缆内部只剩很薄一层,再使用刀片轻轻一蹭即可。不完全切透原因有二使用台钳时,夹持海缆及拆卸海缆需要一定的时间,在操作时间上较手工环切海缆并没有明显的减少。2.2.3下底板有圆孔,刀架固定为了提高效率,将台钳和夹持工具合二为一,设计图如图7所示。在图7所示中,下底板和上盖板通过转轴连接,并且可以上下翻盖。二者开一个直径与海缆直径相同的圆孔,圆孔上贴一层薄的橡胶,以增加摩擦力,更好地配合压紧海缆。下底板通过其底部的固定装置紧固到操作台上,其一侧是一个半圆形的轨道。该轨道与刀架配合;刀架固定一V字型刀片。刀架的下方是三角形的封闭环,开三个通孔,与下底板一侧的两个半圆形轨道的半径相同,上方分布两个,下方分布一个;可以将刀架固定住,并且只能以海缆中心为圆心旋转,达到环切目的。刀架上的刀刃高度可以微调,在环切时以免伤到线芯,同时切得更深。在刀架的下方焊接一个手柄,使环切操作更方便。2.3海缆运动机构经过对上述几个方案的设计及试验,第三个方案达到了设计目标:快速、可微调、省力。在摒弃使用台钳的基础上,提高了操作方便性。整个机构固定到操作台上,掀开上盖板,将海缆放在半圆槽里,压好上盖板,旋转手柄180°,环切完成。整个步骤只需几秒钟就能完成,加上环切后将包裹层剥下来,共需时20s左右,大大缩短了环切海缆剥皮时间,降低了工人的劳动强度,提高了生产的安全性。3次出现问题海缆不能正常工作送回基地维修,检测找出问题点,整缆切断后重新将内部线路以及拉筋对应连接起来,注塑完成维修。在施工队使用后,二次出现问题,经过检测在维修过的点出现问题的概率非常大。在排除了焊接不牢的情况下,判断为海缆在工作中受到大的不稳定拉力时,内部拉筋并没有起到承受拉力作用,而是海缆本身在承受,从而导致内部线芯仍然出现虚接或者断路的问题。这就说明维修过程中,拉筋重新连接的方式需要改进。3.1现有工艺的改进在海缆维修中,找出问题点切断后,将线芯焊接完毕,两端的拉筋通过系扣的方式重新连接到一起从图8可以看出,现有的工艺就是将拉筋通过系扣的方式进行再连接。这种方式工作效率高,容易操作表1说明:拉力越大,伸长量越大。拉筋是采用弹性系数很低的材料做成,变形较小,所以此处的伸长量大多是系扣处的伸长。当伸长量超过一定值时,就已经失去了保护内部线芯的作用。野外生产经常遇到100200kg的大拉力,海缆因拉伸损坏的几率很大。3.2锚杆顶块顶紧改变原始系扣方式,用一种在大拉力下不会出现明显伸长变形的刚性连接方式最大程度的保证横截面积,螺纹连接是首选在图9中,中间是左右旋双头螺纹机构,两端是锚机构,锚与螺纹机构通过顶块顶紧。在每个锚上开两个对称平槽,方便工具拧紧。切开大线,按照原来的维修工艺,将拉筋穿过锚孔,散开后用顶块顶紧,滴入强力胶。两端都完成强力胶灌入后,用中间的左右旋螺栓连接,拧紧过程需要借助外部工具。只需要转动中间螺纹机构,整个结构就可以拧紧。拧紧后进行线芯焊接工作,由于有了一个具有一定直径的机构,不能再将焊点分布在这个机构的四周,否则直径太大影响后续的注塑环节,所以要把焊点均布在这个机构的两端3.3连接件直径和长度计算连接件所承受拉力公式如下:式中:F—所能承受拉力,N;σd—材料横截面直径,mm。式(1)表明:连接件承受拉力与螺栓直径平方成正比。根据GB/T5779.1,其中σ当d=4mm时,F=10048N(相当于1000kg拉力)。以上螺纹数据足以应对海底不同工况出现的受拉情况。但是考虑到海缆穿过锚孔直径4mm,在增加螺纹直径的同时需要限制锚的外径。因此整个连接件的额定拉力由两个方面决定:一是螺纹直径,二是锚件的直径。螺纹直径为8mm,理论可承受2000kg以上的拉力。而锚件所能承受拉力为:式中:F—锚件所能承受拉力,N;σD—锚件外径,mm;d—锚件内径,mm。式(2)的计算结果表明:锚件可以承受1005kg拉力。根据木桶原理,整个连接件的薄弱环节是锚件,因此理论上连接件可以承受1000kg的拉力,满足工况要求。3.4刚性连接件在不同拉力作用下的伸长量变化将螺纹直径确定为8mm,在台肩处预留螺纹加工的退刀槽,退刀槽深度要大于螺纹深度,设定为1mm。将成品件按照新工序连接完成后,同样做3组室内实验。刚性连接件在不同拉力下伸长量变化见表2所列。将表2与表1进行比对,可以清晰地看到,刚性连接件在不同拉力作用下的伸长量微乎其微,在误差范围内可以忽略不计;即便到了200kg拉力下,完全没有出现断裂的痕迹与趋势。再继续加大拉力,220kg,260kg,300kg,350kg,当拉力到达400kg拉力时,仍然正常工作。由此可以判断螺纹刚性连接可靠,完全能满足野外施工需要。4海缆生产及维修优良