抗扭弯电连接器水密结构设计及应用

 易学平

 （中船重工第七一O研究所，湖北  宜昌  443003）

摘要：针对海洋物探行业使用的拖曳电缆，研究设计了一种适合海洋复杂环境工作的电连接器水密结构。对其结构、密封原理及抗扭弯原理进行了简要的分析，采用类似迷宫式密封结构和刚柔兼备的密封结构等保证密封的可靠性，采用承力芳纶纤维楔形结构和钢丝网套抱紧缆体等保证电缆抗扭弯。工程应用表明：该电连接器水密结构可确保拖曳电缆在复杂海洋情况下工作时的水密要求。

关键词：密封结构；抗扭弯；电连接器 中图分类号：TH122  

1概述

 拖曳式电缆在海洋物探行业中已得到广泛的应用，而水下电缆的水密电连接器的优劣起到关键的作用。目前工程技术人员设计并制造出了各种适用于不同使用工况的水密结构，有些已列为标准产品，其品种已系列化。但在实际工程应用中也难以满足使用要求，特别是拖曳大型探测设备时，拖曳电缆水下运动状态十分复杂，电连接器与电缆接头不仅受拉力，而且还受到扭、弯力的联合作用，在此复合力的作用下，难以确保缆体与金属接头间的水密性；另一方面，在完成装配后，水密结构将封装在电连接器内，即使通过了水压试验也不能确定其密封可靠，因此有必要开发出一种可以承受复杂海洋环境受力状态，且达到密封可靠的水密结构。

2抗扭弯电连接器水密结构的主要设计要求

 要求抗扭弯电连接器水密结构简单、工作可靠，具有在复杂海洋环境受力状态下承受拉力、扭力和弯力联合作用的能力，确保缆体与金属接头在工作水深300 m以下水密结构能够安全可靠工作。

3抗扭弯电连接器水密结构的组成及工作原理

 抗扭弯电连接器水密结构主要由缆体、金属接头、调整管、外金属罩、螺栓、隔离环、橡胶垫、锥体、锥盖、钢丝护套安装盘、硫化环、金属盘、凹形盘和喇叭口钢丝网套等组成，如图1所示。其中，隔离环由金属环通过硫化技术与橡胶环组成一体，钢丝护套安装盘由金属盘、凹形盘和喇叭口钢丝网套组成一体。

 该电连接器水密结构具有迷宫式的密封特性，采用两件橡胶垫串联的结构形式，在两件橡胶垫间设置隔离环，橡胶垫受到外力作用时，其端面受压厚度减小，由于受到装配空间的限制，橡胶垫的轴向尺寸也将缩小，使橡胶垫紧密地与缆体的外表面贴合。隔离环的作用一是传递压紧载荷，二是增加橡胶密封处的硬度，同时依靠隔离环的结构特点又使其具有一定的柔性，且可将密封处构成类似于迷宫式的形式，通过硫化技术在金属环的内表面上硫化一定厚度的橡胶环组成隔离环，这样在该密封处即可形成刚柔兼备的密封结构。水密结构通过选用不同长度的调整管来调整对不同橡胶垫的预紧力，为提高橡胶垫的装配工艺，确保其密封面能紧贴缆体外表面，橡胶垫的锥体一端采用半球面体结构，目的是增大锥体与橡胶垫的接触面积，增大压紧时的轴向预紧力，从而增大橡胶垫的弹性变形量，同时起传递预紧载荷的作用，使各橡胶垫受力均匀。

 钢丝网套采用喇叭口结构，呈喇叭状的一端装配在金属盘和凹形盘间，呈圆柱状的钢丝网套装配在缆体的外表面上，装配后钢丝网套抱紧缆体，再通过二次硫化技术，将硫化橡胶、外金属罩、钢丝护套安装盘与缆体固结成一体，这样既可增加密封接头与缆体间的连接强度，又可以提高缆体与密封接头部位的抗扭弯的能力。图2为装配完成后的水下电连接器水密结构示意图。在外金属罩、定位内楔柱和缆体的内心缆所形成的空腔注入聚氨酯密封胶，以起到增强密封的效果。楔形柱采用楔形结构的目的是使结构装配到位后自身具有自锁功能，以达到锁紧承力芳纶纤维的目的，楔形柱表面涂覆环氧树脂胶，以增大承力芳纶纤维相对楔形结构面间的摩擦力。

4抗扭弯电连接器水密结构设计的主要特点

  在满足设计要求和使用性能的情况下尽可能使其结构简单、工作可靠，为此采用多道密封结构，这样设计的目的是提高密封的可靠性能。从图1可知：通过拧紧锥盖产生压紧力压紧橡胶垫，使橡胶垫产生弹性变形抱紧缆体，隔离环上的硫化层同样在压紧力的作用下产生弹性变形，调整橡胶垫尺寸和隔离环硫化厚度使其与缆体抱紧，保证该处的密封性能。为保证电连接器在复杂海洋状态下受拉力、扭力和弯力作用下的密封性能，应采取以下措施：①承力芳纶纤维应均匀地分布在定位内楔柱的内壁上，采用楔形结构使其自身具有自锁功能，达到锁紧承力芳纶纤维的目的，使电缆本身不受力；②钢丝网套应抱紧缆体，受扭弯作用时，钢丝网套受力，电缆本身不受力。

 该电连接器水密结构具有以下特点：①多道密封结构，密封性好；②适应海洋工况能力强，可靠性好；③适用范围广。该电连接器水密结构已经应用于海洋物探行业的拖曳电缆上，该结构可以满足在复杂海洋环境下，承受拉力、扭力和弯力等复杂受力状态下，密封性能安全可靠，可以为类似结构设计提供一定的参考作用。