一种便于维护的海缆装置 |
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| 申请号 | CN202310184469.4 | 申请日 | 2023-03-01 | 公开(公告)号 | CN116093873A | 公开(公告)日 | 2023-05-09 |
| 申请人 | 杭州电子科技大学; | 发明人 | 李文欣; 吴俊义; 邵中魁; 董源; 褚长勇; 张巨勇; 陆志平; 龚友平; 陈昌; 王万强; 陈国金; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开一种便于维护的海缆装置，该装置包括特制漂浮包a、特制漂浮包b、保护 外壳 、尖刺筒、 信号 收发单元和 转轮 。所述的特制漂浮包a与b内充满了高 密度 液体与低密度气体气囊，a与b间隔交错铺设于保护外壳之上。海缆下方设计有转轮，设计为定方向桨叶结构，采用 弹簧 蓄 力 方式被压制在海缆下方，将转轮 位置 设计为S型从而将海缆铺设成S型，一旦海缆升起离开下坑道，转轮朝着固定方向滑动，即s方向 顶点 方向。本发明的便于维护的海缆装置，各部件设计巧妙、精准贴合，充分实现了封闭模式下的海缆日常维护与异常抢修功能。此外，信号收发单元与特制漂浮包内的 射频信号 发射装置相配合，大幅提升了整个系统的智能化程度。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种便于维护的海缆装置，其特征在于，包括特制漂浮包a、特制漂浮包b、保护外壳、尖刺筒、信号收发单元和转轮；所述转轮设计为定方向桨叶结构，采用弹簧蓄力方式被压制在海缆下方，所述的海缆铺设成S型走向，一旦海缆升起离开下坑道，所述转轮朝着固定方向滑动，即s方向顶点方向；所述保护外壳呈环状包裹海缆，在其所述保护外壳外部嵌入式固定有所述尖刺筒；所述的特制漂浮包a与b内充满了高密度液体，所述特制漂浮包a与b内中还设有低密度气体气囊，所述特制漂浮包a与b间隔交错铺设于保护外壳之上；所述特制漂浮包b与保护外壳相连；所述尖刺筒用于在海水渗透进海缆后刺破特制漂浮包a和b，从而带动海缆上浮离开下坑道；所述的信号收发单元用于将海缆损坏位置传输给救援抢修设备。 |
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| 说明书全文 | 一种便于维护的海缆装置技术领域[0001] 本发明属于结构设计技术领域，涉及一种海底系统，尤其涉及一种便于维护的海缆装置。 背景技术[0002] 智慧海洋(Intelligent ocean)以完善的海洋信息采集与传输体系为基础，以构建自主安全可控的海洋云环境为支撑，将海洋权益、管控、开发三大领域的装备和活动进行体系性整合，运用工业大数据和互联网大数据技术，实现海洋资源共享、海洋活动协同，挖掘新需求，创造新价值，达到智慧经略海洋的目的。 [0003] 智慧海洋工程是“工业化+信息化”在海洋领域的深度融合，也是军民深度融合，全面提升经略海洋能力的整体解决方案。海洋信息系统是海洋管理能力的基础。我国是一个海洋大国，海域辽阔、活动主体高度分散、信息掌握难、沟通难的特点决定了不能沿用传统陆地的管控模式。依托强大的海洋信息系统，才能获得足够的海洋信息，及时全面了解海洋的情况；针对各种海洋自然灾害，突发事件，违法活动能及时采取正确的对策。确保海洋安宁、和谐。 [0004] 人们之所以隔着山和大海还能通信、上网，海底光缆的作用功不可没。海底光缆又称海底通讯电缆，是用绝缘材料包裹的导线，铺设在海底，用来建立国家之间的电信传输，是保证全球各大区域网络之间能够互联互通的主动脉。海底光缆承担了目前全球90％的国际通信业务，是如今全世界信息通信的主要载体。目前，全球大约有450条海底光缆，总长约120万公里。在深海区域水温极为稳定；不易受到外界电磁波干扰和雷击，传输性能稳定；但海缆发生故障时，维护修理较为困难。因此，通信海缆系统对中继器的元件和海底线缆均要求有很高的可靠性。海缆系统的寿命通常设计在20年以上。然而，海缆容易受到船只抛锚，渔业捕捞等的人为损害，以及海潮流、波浪等使海缆与海底发生摩擦等的自然损害。因此海缆需要一层或二层钢丝铠装层。 [0005] 一方面，与陆地光缆相比，海底光缆有很多优越性，例如铺设不需要挖坑道或用支架支撑，因而投资少，建设速度快。另一方面，海底电缆埋在深海，又要承受那么大的压强，铺设和维修都异常困难。一旦光缆出现问题，在茫茫大海中，从深达几百米甚至几千米的海床上找到直径不到10厘米的海缆，就如同大海捞针。再探测到光缆的断裂点，并将之打捞上来，重新接续好放回海底，其技术难度可想而知。海底电缆工程被世界各国公认为复杂困难的大型工程。由于施工技术复杂、水下作业难度大、施工精度要求严格、所需专业船舶设备门槛高，一直以来，海底电缆的抛石保护技术被少数国外厂家垄断，不仅价格高昂，且修复档期不定，经济和时间成本极高。 发明内容[0006] 针对上述问题，本发明的目的在于提供一种便于维护的海缆装置，实现小损伤预警、大损伤维护及局部渗透应对等工作模式。该系统助力于国家智慧海洋工程建设，以机械工程、电子通信技术为核心，采用特制漂浮包+尖刺筒为主的机构模式，实现特制漂浮包a与b对应的漂浮定位与漂浮拉拽功能。 [0007] 本发明采用以下技术方案实现： [0008] 一种便于维护的海缆装置，包括特制漂浮包a、特制漂浮包b、保护外壳、尖刺筒、信号收发单元和转轮；所述转轮设计为定方向桨叶结构，采用弹簧蓄力方式被压制在海缆下方，所述的海缆铺设成S型走向，一旦海缆升起离开下坑道，朝着固定方向滑动，即s方向顶点方向；所述保护外壳呈环状包裹海缆，在其所述保护外壳外部嵌入式固定有所述尖刺筒；所述的特制漂浮包a与b内充满了高密度液体，所述特制漂浮包a与b内中还设有低密度气体气囊，所述特制漂浮包a与b间隔交错铺设于保护外壳之上(高密度液体可保证特制漂浮包a由于重力作用铺于保护外壳上)；所述特制漂浮包b与保护外壳相连；所述尖刺筒用于在海水渗透进海缆后刺破特制漂浮包a和b，从而带动海缆上浮离开下坑道；所述的信号收发单元用于将海缆损坏位置传输给救援抢修设备。 [0010] 所述射频信号发射装置设于特制漂浮包a中，并与特制漂浮包a中的气囊相绑定，当特制漂浮包a漂浮出海面时会激活处于睡眠状态的射频信号接收装置；所述射频信号接收装置接收到射频信号发射装置发出的信号，并将射频信号发射装置的编号传递给救援抢修设备； [0011] 所述声波信号发射装置被安置在特制漂浮包b中，并与特制漂浮包b中的气囊相绑定，所述特制漂浮包b的气囊通过连接绳与保护外壳相连接；当特制漂浮包b的气囊悬浮在海水中时会激活声波信号发射装置，声波信号接收装置接收到声波信号发射装置发出的信号，并向救援抢修设备提供声波信号发射装置的编号。 [0012] 进一步地，所述尖刺筒贯穿保护外壳，所述尖刺筒包括上筒与下筒，上下筒之间以一片活动金属片隔开，所述金属片上端镶嵌有尖刺；下筒内装有遇到水会产生气泡的化学药剂，遇水后会推动金属片上移，从而使尖刺刺破特制漂浮包a和b。 [0013] 本发明的发明原理为： [0014] 考虑到海洋环境的复杂性，一旦出现海缆破损、断裂，定位与维护均存在巨大的困难且维修的时间越长、带来的损失越大，亟需增强其自身的自主维护功能。在海缆出现小损伤时，及时发出预警、给出较为精确的定位信息，可以让维护人员及时将事故扼杀于萌芽之中，使日常维护工作更加有针对性；在海缆出现大损伤时，发出准确定位的同时，自主将断裂区域内海缆拉伸出下坑道，并拽动其向特定方向移动。在原有海缆s型排布的基础上，断裂海缆短时间内无需调运新的海缆，抢修人员能够在最短时间内完成修复工作、恢复海缆通信。 [0015] 本发明的有益效果为： [0016] 本发明的一种便于维护的海缆装置，各部件设计巧妙、精准贴合，充分实现了封闭模式下的海缆日常维护与异常抢修功能。此外，信号收发单元与特制漂浮包内的射频信号发射装置相配合，大幅提升了整个系统的智能化程度。 [0018] 图1系统整体结构设计图； [0019] 图2a)和b)分别为特制漂浮包a和b的设计示意图； [0020] 图3已破损海缆上浮出下坑道示意图； [0021] 图4导向器工作示意图； [0022] 其中，1：特制漂浮包a、2：特制漂浮包b、3：保护外壳、4：尖刺筒、5：信号收发单元、5a：射频信号发射装置、5b：声波信号发射装置、5c：射频信号接收装置、5d：声波信号接收装置、6：转轮。 具体实施方式[0023] 下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。 [0024] 本发明可实施信号收发、小损伤预警、大损伤维护及局部渗透应对等等多种工作形态的运行与切换。 [0025] 参照图1，一种便于维护的海缆装置，包括特制漂浮包a1、特制漂浮包b2、保护外壳3、尖刺筒4、信号收发单元5和转轮6。所述的特制漂浮包a1与特制漂浮包b2内充满了高密度液体与低密度气体气囊(如图2)，特制漂浮包a1与特制漂浮包b2间隔交错铺设于保护外壳3之上。所述保护外壳3呈环状包裹海缆，在其所述保护外壳3外部嵌入式固定有所述尖刺筒 4。特制漂浮包a1具有独立六面包装，通过重力作用位于保护外壳3上(不与所述尖刺筒4直接接触)；特制漂浮包b2则只有上前后左右五面包装，其下面固定于保护外壳3上(与所述尖刺筒4直接接触)。 [0026] 参照图1，关于信号收发模式，所述信号收发单元5，设计有射频信号发射装置5a、射频信号接收装置5c、声波信号发射装置5b、声波信号接收装置5d。其中：①射频信号发射装置被安置在特制漂浮包a1中，与其中气囊相绑定，当漂浮出海面时，激活处于睡眠状态的射频信号接收装置5c(海面某固定位置)；射频信号接收装置5c接收信号，将射频信号发射装置5a的编号传递给后方。②声波信号发射装置被安置在特制漂浮包b2中，与其中气囊相绑定，长期处于休眠待激活状态；当维护设备临近时，声波信号接收装置5d接收声波信号发射装置5b发出的信号，根据声波信号发射装置的编号从而确定事故的具体坐标。 [0027] 关于小损伤预警，海缆受到损伤，覆盖其上的特制漂浮包a1、特制漂浮包b2外层受到破损，特制漂浮包b2与海缆虽有连接，但如果破损数量较少、海缆层未渗入海水，其所产生的浮力不足以带动海浪上浮离开下坑道。只有少量受损的特制漂浮包a1因为表层破损、高密度液体泄漏，从而漂浮出海面，发出预警信息。 [0028] 参照图3，关于局部渗透模式，即虽然海缆破口很小，但海水渗透仍然会造成断路事故。所述尖刺筒4贯穿保护外壳3，尖刺筒4设计为上筒与下筒两部分，以一片活动金属片隔开，金属片上镶嵌尖刺；上筒斜向上与特制漂浮包a1、b2外包装相接触，上筒斜向上与特制漂浮包a1、b2内部的气囊垂直向上的方向错开，从而使高密度液体快速流出；下筒内含遇到水会产生气泡的化学药剂，推动金属片上移。所以，一旦出现局部渗透状况，海水进入尖刺筒4，尖刺筒4内的化学药剂(如氧化钙)遇水后产生气泡，从而推动金属片上移，进而使尖刺刺破特制漂浮包a1和b2。一系列尖刺筒4自动刺破该段海缆上覆盖的特制漂浮包a1、b2，实现将海缆拖拉出下坑道的目的。 [0029] 大损伤模式与局部渗透模式类似，足够数量的特制漂浮包a1、b2的外表层被破坏，前者向上漂浮减轻了总质量，后者产生足够的浮力带动海缆离开下坑道。 [0030] 参照图4，在海缆底部设计有转轮6，通过将转轮6位置设计为S形从而将海缆铺设成S型走向。所述转轮6设计为定方向桨叶结构，采用弹簧蓄力方式被压制在海缆下方，一旦海缆升起离开下坑道，朝着固定方向滑动，即s方向顶点方向。如此，抢修人员将不用携带新的海缆，只需将破损部分进行裁剪，大幅节约了抢修时间，力争在最短时间内恢复海缆通信。 [0031] 本发明材料的关键在于充分针对了海缆抢修难、定位难等问题，引入通信技术辅助定位的同时，更进一步提出全新的机械架构加以创新设计，较为全面地考虑与应对了海底各种事故发生状况。最后从应用化的角度来说，该发明相比于现有海缆防护装置更加智能便捷、运行参数明确、抢修速度快，适合于在深海电缆建设系统工程中推广。 |
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