ЗАЩИТНЫЙ ПОКРОВ КАБЕЛЯ

Изобретение относится к кабельной и канатной промышленности и может быть применено при изготовлении кабелей и канатов, а также полимерных труб в качестве внешнего защитного покрова этих изделий.
Функциональное назначение защитного покрова или внешней оболочки кабеля, каната или трубы, технические требования и конструктивные особенности приведены в Техническом справочнике «Кабели, провода и материалы для кабельной индустрии», Кузенев В.Ю., Крехова О.В. - М.: Издательство «Нефть и газ», 1999.
Защитные покровы предназначены для защиты кабелей от механических повреждений и коррозии и накладываются поверх металлических или неметаллических оболочек или поясной изоляции кабелей.
В общем виде защитные покровы включают подушку (конструктивный элемент, на который накладывается броня), броню из стальных лент или проволок и наружный покров, однако отдельные элементы могут отсутствовать.
Приведенная конструкция защитных покровов выполняется в соответствии с ГОСТ 7006-72 и широко распространена для различных видов кабелей стационарной прокладки при отсутствии внешнего гидростатического давления. В случаях же, когда кабель периодически подвергается спускоподъемным операциям, либо предназначен для работы в нефтяных или водяных скважинах, либо придонной установке на определенной глубине в море или для работ в любых других агрессивных средах возможны точечные повреждения защитного покрова, приводящие к проникновению в защитный покров жидкости, последующее расслоение и окончательную потерю работоспособности защитного покрова.
Приведенный механизм повреждения защитного покрова возникает вследствие того, что между металлическими элементами защитного покрова в виде лент или проволоки и полимерными оболочками всегда присутствуют полости, заполненные воздухом, а достичь приемлемой адгезии между полимером и металлом не удается.
Известен патент №2269834 от 14.11.2003, в котором приводится конструкция грузонесущего геофизического кабеля, у которого наружная оболочка армирована сеткой из стальной проволоки с размерами ячейки в продольном и поперечном измерении, равном 1÷10 диаметрам проволоки.
Известен патент №2315223 от 13.04.2006, в котором приводится конструкция полимерной трубы, стенки которой выполнены из сплошного слоя полимерного материала, в котором размещены продольные армирующие элементы в виде металлической ленты и поперечные армирующие элементы в виде двух противоположных повивов металлических проволок.
Предлагаемые этими патентами оболочка или защитный покров кабеля или стенка трубы имеют более надежную конструкцию, поскольку металлическая проволока располагается внутри полимерного материала слоя и, следовательно, защищена от коррозии, а сама оболочка имеет сплошную структуру, не подверженную расслоению, т.к. все свободное пространство проволочной сетки или зазоров между проволоками и лентами заполнено полимером.
Однако следует отметить, что вышеприведенные патенты в качестве технического решения предлагают в одном случае грузонесущий геофизический кабель, в другом - грузонесущую полимерную трубу, при этом непосредственно внешняя оболочка или защитный покров этих изделий является лишь составной частью.
Целью предлагаемой полезной модели является конструкция защитного покрова протяженных изделий, таковых как кабели, канаты или трубы, обеспечивающего защиту внутреннего сердечника изделия и сохранение целостности самого защитного покрова при внешних механических воздействиях, включая повышенное гидростатическое давление, агрессивную внешнюю среду, включая щелочи, кислоты, сероводород, морскую воду и допускающего возможность многократных перемоток кабеля, каната или трубы.
Технический результат поставленной задачи достигается тем, что защитный покров каната, полимерной трубы или кабеля образован одним или более слоями металлической проволоки и/или ленты, причем в каждом слое зазор между проволоками равен 0,5÷10 диаметрам проволоки или 0,1÷5 ширины ленты, при этом свободное пространство между проволоками и/лентами в каждом слое заполнено полимерным материалом оболочки.
Выбор конкретной конструкции защитного покрова по количеству проволок или лент и величине зазора между ними определяется рядом эксплуатационных факторов, к каковым относятся: допустимый удельный вес изделия, максимальное радиальное раздавливающее усилие, требуемая разрывная нагрузка.
Так, например, максимальное раздавливающее усилие для каждого слоя защитного покрова, обеспечиваемое прочностью металлической ленты определяется формулой:
где δ - предел прочности ленты, МРа,
h - толщина ленты, мм,
d - диаметр слоя, а котором располагается лента, мм,
b - ширина ленты, мм
l - зазор между лентами, мм
cosα - косинус угла наклона ленты к осевой линии защитного покрова.
Аналогичная формула для расчета продольной прочности каждого слоя защитного покрова, образованного проволоками, выглядит следующим образом:
Рн=δ·n·S·sinα,
где δ - предел прочности проволоки, МРа,
n - количество проволок в слое,
2
S - сечение одной проволоки, м,
sinα - синус угла наклона ленты к осевой линии защитного покрова.
По приведенным формулам легко рассчитываются, подбираются необходимые размеры металлической проволоки и лент, их количество и зазоры.
В качестве материала защитной оболочки выбираются широко применяемые материалы, используемые в кабельной промышленности, например:
- поливинилхлорид, легко перерабатывается, имеет высокие технологические скорости, но ограниченно стоек к маслам, дизтопливу;
- полиэтилены, более сложны в переработке, но имеют исключительную химическую стойкость и более высокую механическую прочность;
- полиуретаны, достаточно дорогой материал, но имеет исключительную механическую прочность и стойкость на истирание.
На фиг.1 приведена конструкция защитного покрова кабеля 1, выполненного по ГОСТ 7006-72 и состоящего из стальных лент 4, расположенных между полимерными оболочками 5.
На фиг.2 и фиг.3 представлены поперечный разрез и внешний вид трехжильного кабеля 1, имеющего защитный покров в виде двух слоев металлической проволоки 3, имеющей зазоры в каждом слое, заполненные материалом оболочки 5.
На фиг.4 представлен внешний вид комбинированного кабеля 1, имеющего защитный покров в виде одного слоя металлической ленты 4, уложенной с зазором, заполненным материалом оболочки 5.
На фиг.5 представлен внешний вид полимерной трубы 2, имеющей защитный покров в виде одного слоя стальной ленты 4, двух слоев металлической проволоки 3 и полимерных оболочек 5.
Осуществление предлагаемой полезной модели производится следующим образом: на имеющийся сердечник кабеля, каната или полимерной трубы на крутильной машине фонарного типа накладывается необходимое количество слоев металлическое проволоки и/или ленты с зазорами в каждом слое. Заполнение зазоров производится расплавом полимерного материала на экструзионном оборудовании при прохождении сердечника изделия через формующий инструмент.
Предлагаемая конструкция защитного покрова может быть применена на любых типах кабеля - силовых, сигнальных, волоконно-оптических, кабелях связи и пр., а также канатах и полимерных трубах.
Кабели, оборудованные предлагаемой конструкцией защитного покрова, имеют хорошие эксплуатационные характеристики и повышенную надежность при эксплуатации в нефтяных и газовых скважинах, в том числе в агрессивных средах, нефтяных эмульсиях, а также при прокладке морских коммуникационных систем с борта судна.