(19)国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202221766884.8 (22)申请日 2022.07.07 (73)专利权人 中国船舶科 学研究中心 地址 214082 江苏省无锡市滨湖区山水东 路222号 专利权人 深海技术科学太湖实验室 (72)发明人 汤明刚　张浩　卞鑫　李生鹏　 杜新光　赵晓宇　 (74)专利代理 机构 无锡华源专利商标事务所 (普通合伙) 32228 专利代理师 严梅芳 (51)Int.Cl. H02G 3/04(2006.01) H01B 7/14(2006.01) H01B 9/00(2006.01)H01B 11/22(2006.01) (54)实用新型名称 一体式深海矿物与动力混输轻质复合柔性 缆管 (57)摘要 一体式深海矿物与动力混输轻质复合柔性 缆管， 缆管壁结构从内至外包括耐磨层、 支撑层、 内护套保护层、 抗拉层、 防磨层、 中护套保护层、 动力通讯层和外护套保护层， 各层之间紧密接触 但非粘结。 耐磨层由高耐磨蚀聚合物材料成型， 支撑层采用不锈钢材料和大角度螺旋互锁结构 形式； 抗拉层由多根矩形截面的纤维预制条螺旋 缠绕而成， 两层抗拉层螺旋缠绕角度相反； 动力 通讯层内均匀散布多根小直径光电传输单元， 光 电传输单元以高于抗拉层的角度螺旋缠绕， 相邻 光电传输 单元之间填充 轻质材料； 本实用新型缆 管体内输矿、 缆管壁内输送动力， 缆管整体具有 较小弯曲半径， 从而使 得深海采矿 过程中缆管的 布放回收效率和海域 适应性大幅提升 。 权利要求书1页 说明书5页 附图6页 CN 217789222 U 2022.11.11 CN 217789222 U 1.一体式深海矿物与动力混输轻质复合柔性缆管， 其特征在于： 包括空心薄壁圆柱体 结构的耐磨层(1)， 所述 耐磨层(1)的外部依次包裹有支撑层(2)、 内护套保护层(3)、 多层抗 拉层(4)， 防磨层(5)、 中护套保护层(6)、 动力通讯层(7)和外护套保护层(10)， 各层之间紧 密接触成为一体， 各层之间允许相对滑动， 每层抗拉层(4)的内部设置有防磨层(5)， 所述抗 拉层(4)呈螺旋缠绕， 在最外层的防磨层(5)的外部包裹有中护套保护层(6)， 所述动力通讯 层(7)位于缆管的外部， 动力通讯层(7)内部包含了数根直径相同的小截面光电传输单元 (8)， 动力通讯层(7)内、 相邻的光电传输单元(8)之间填充有 轻质填充材料(9)， 动力通讯层 (7)的外部包裹有外护套保护层(10)。 2.如权利要求1所述的一体式深海矿物与动力混输轻质复合柔性缆管， 其特征在于： 光 电传输单 元(8)均匀分散 于动力通讯层(7)内。 3.如权利要求1所述的一体式深海矿物与动力混输轻质复合柔性缆管， 其特征在于： 光 电传输单元(8)沿缆管圆周方向均匀散布， 光电传输单元(8)的螺旋缠绕角度高于抗拉层 (4)的螺旋缠绕角度。 4.如权利要求1所述的一体式深海矿物与动力混输轻质复合柔性缆管， 其特征在于： 轻 质填充材 料(9)为发泡材 料。 5.如权利要求1所述的一体式深海矿物与动力混输轻质复合柔性缆管， 其特征在于： 所 述耐磨层(1)采用橡胶、 超高分子聚乙烯 高耐磨蚀聚合物材料所成型， 耐磨层(1)的内壁面 直接与高速流动的矿物泥浆接触。 6.如权利要求1所述的一体式深海矿物与动力混输轻质复合柔性缆管， 其特征在于： 所 述支撑层(2)采用不锈钢材 料、 异型截面大角度螺 旋互锁缠绕而成。 7.如权利要求1所述的一体式深海矿物与动力混输轻质复合柔性缆管， 其特征在于： 所 述内护套保护层(3)采用聚乙烯材 料挤出而成。 8.如权利要求1所述的一体式深海矿物与动力混输轻质复合柔性缆管， 其特征在于： 所 述抗拉层(4)通过多根相同截面的纤维预制条以相同拉力螺旋缠绕而成， 纤维条截面为矩 形； 抗拉层(4)设置有两层， 纤维条 形式相同但缠绕角度相反。 9.如权利要求1所述的一体式深海矿物与动力混输轻质复合柔性缆管， 其特征在于： 所 述防磨层(5)采用无 纺布耐磨材 料制成的超薄带螺 旋缠绕而成。 10.如权利要求1所述的一体式深海矿物与动力混输轻质复合柔性缆管， 其特征在于： 所述中护套保护层(6)和外护套保护层(10)均采用聚乙烯材 料挤出而成。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 217789222 U 2一体式深海矿物 与动力混输轻质复合柔性缆管 技术领域 [0001]本实用新型涉及深海采矿柔性缆管技术领域， 尤其是一种一体式深海矿物与动力 混输轻质复合 柔性缆管。 背景技术 [0002]深海矿产资源开发具有重要战略意义和国家公共利益属性。 在已发现的深海矿产 资源中， 对人类生产生活有重大应用价值的主要有多金属结核、 富钴结壳和多金属硫化物 等， 它们普遍以不规则几何形状存在于水深 300米至6000米的国际海底。 这些矿物经过集矿 车的收集和粉碎后， 需要通过长距离管道提升至水面生产船， 同时也需要从生产船上伸出 动力缆为集矿车提供能源支持， 因此深海矿物传输管道和深海动力缆是保障深海矿产资源 安全开发的重要装备。 [0003]在目前传统的开采方案中， 管道和动力缆是分开的， 但最终都要连接在同一集矿 车上。 因此在布放回收过程中， 管道和动力缆需要分别通过生产船月池和舷侧 等不同方式 下水， 然后在水下进 行回接， 导致效率严重低下和作业风险提升。 动力缆相对于输矿管道 直 径较小， 如果将动力缆直接外部整体缠绕在输矿管体上， 又会因为外形不光顺而影响其在 海水中的整体动力特性， 而且 还会造成作业成本增 加、 管体稳定性变差等后果。 [0004]同时， 在当前的超深水输矿管方案中， 大部分管体采用大口径钢质管线， 这就需要 在生产船上将一段一段的钢 管进行连接后进行下放， 导致管道铺设过程严重的效率低下； 当遇到台风等突发状况时， 生产船无法及时将钢 管进行回收， 而拖带长距离钢管进行转移 作业又存在安全风险。 因此采用全柔性输矿管道是比较好的解决方案， 其可以通过生产船 上的卷盘进行 快速下放与回收， 同时又 具有较好的海洋环境 适应性。 [0005]因此， 如何在避免深海矿物输送管道与动力缆分置 的同时， 又能保证缆管全柔性 特征， 是急 需解决的问题。 当前在油气开 发领域， 已经对典型非粘结柔性管道进 行过研究和 应用， 尽管各加强层能够抵抗管道所受到的载荷同时又具有较好柔性， 但是无法同时承载 电力传输的功 能； 当前已经有的非粘接型集束管缆构型概念， 通常是在实心电缆中间填充 若干钢管， 尽管解决了管与电缆同时存在的问题， 但是其钢管尺寸过小， 无法用于输送深海 矿物或油气资源； 也有学者提出采用双层管道形式， 管壁腔 内可以填充动力或信号传输缆 线， 但是管道主体为钢 管且动力/信号缆线直径相对较大， 总体不具有柔性特点； 当前也有 粘结型管道的构型出现， 其基本原理是将各层材料通过高温固化粘结在一起， 但是粘结型 管道在动态复杂环境应用中容易出现脱层和撕裂等问题， 不适用于长期悬挂在深海环境中 并持续摆动的采矿工况。 可以看出， 当前已经提出 的各类管缆概念无法直接用于解决本实 用新型所涉及的问题， 需要创新性地提出一种既能够将深海矿物输送和 动力传输功能有机 融为一体， 而又不影响管道整体全柔 性特点的解决方案 。 实用新型内容 [0006]本申请人针对上述现有生产技术中的缺点， 提供一种一体式深海矿物与动力混输说　明　书 1/5 页 3 CN 217789222 U 3