[发明专利]电缆及其制造方法

说明书

发明领域

本发明涉及电缆以及制造电缆的方法。

某些电缆应用要求电缆具有绝缘，该绝缘由比典型地由挤出的聚合物材料制成的传统护套更适合于承受机械应力和/或苛刻的环境条件的护套保护。

适合于这些应用的护套一般包含由非挤出的材料制成的增强层，该非挤出的材料在本说明书的下文中将被称为“不连续层”，例如金属编织物。

在这些应用中，有所谓的“重负荷”应用，其包括例如用于向沿着起重机的臂移动的滑车传输电能的电缆。在这种情况下，该电缆表现为连接至例如电网的第一固定末端和连接至并跟随起重机的可移动部分的第二可移动末端。

典型地，这些电缆承受由于电缆被拉动时的加速度导致的惯性力(所述力是电缆自身重量的函数)，并承受弯曲力，例如因为电缆不得不遵循它安装在其中的结构物的形状并跟随该结构物运动。

因此，所述电缆经受反复的弯曲和拉伸应变，这些应变导致疲劳损害。

而且，所述重负荷电缆一般以卷起的形状储存在缠绕卷轴上。在从所述缠绕卷轴上解开的过程中，电缆滑入电缆线槽或通道中，并在电缆托架槽轮、供给系统或引导滑轮系统上运行。当电缆被在这些设备上引导或进入这些设备中时，它可能承受高的纵向加速和弯曲角度。

此外，电缆在操作过程中的滑动产生电缆的外表面的磨损和可能的撕裂。

最后，电缆在卷轴上的盘绕可能不是有序的，并且可能不是正确地并排放置。因此，在解开步骤中，电缆经受突然的牵拉和猛扭。这种牵拉将使芯伸展，并且往往使所述芯解扭转，产生源自电缆内部的应力。

现有技术状况

W006000244公开了具有改进的耐环境应力开裂性能的电缆，其将聚乙烯组合物用作包覆层，优选作为电缆的外护套层。在一个实施方案中，在该外护套层之内有可伸长的增强层(例如玻璃纤维或聚芳酰胺(即芳族聚酰胺)纤维，如商业上称为Kevlar的产品)。

EP1065674涉及用在油井或天然气井或注水井中的井下电缆，其包含一对用于传输能量和/或数据的导体，和与这对导体分开的承载负荷的元件。该承载负荷的元件优选包含环绕在所述导体周围的护套。用于该承载负荷的元件的优选的材料是聚合物纤维或纱，例如Zylon^TMPBO(聚(对亚苯基-2，6-苯并二噁唑))、聚酰胺或聚苯并咪唑，它被编织或缠绕在内芯周围。或者，芳纶(即芳族聚酰亚胺)纤维如Kevlar可用作用于所述承载负荷的元件的材料。通过编织设备在电缆芯上形成该承载负荷的元件。

现有技术的、包含“不连续层”的所述增强层或承载负荷的元件将被称为“复合外护套”。

根据本说明书，“不连续层”是指由伸长的元件制成的层，所述伸长的元件在纵向或圆周方向上以不连续的方式排列，例如呈编织物或带或长丝的形式。形成所述不连续层的所述伸长的元件可以由天然材料、聚合物材料或金属材料或它们的组合制成。不连续层可以提供机械保护、抗扭转保护和/或热保护，和/或阻止导体解扭转(untwisting)。

在本说明书中，包含不连续层的电缆元件可以被称作“复合护套”。

复合护套可以包含第一挤出层、在径向位置提供在所述第一层圆周的不连续层和至少一个在径向位置提供在所述不连续层圆周的第二挤出层。所述第一和第二挤出层是在所述电缆的制造过程中通过挤出提供的聚合物层，优选是重负荷聚合物。

发明概述

申请人注意到，尽管所述复合护套的不连续层被埋在所述第一和第二挤出层的聚合物材料中，但是它在护套结构中是一种隔断物，这种不连续性可能导致电和机械缺陷。

申请人意图降低已知电缆的重量、尺寸和刚性。事实上，现有技术中公开的复合护套的多层结构给予电缆庞大的结构，表现为直径大、重量重和刚性高，特别是如果以上详述的不连续层是金属的话。

申请人理解，已知电缆的高重量影响整个设备如起重机或移动设备的重量和成本。事实上，所述承载负荷的结构与移动起重机的可移动部件的发动机的功率必须在尺寸上相对应。

电缆的重量和刚性也限制设备的工作速度(例如起重机滑车的速度)和/或增加作用在电缆自身上的惯性力和应力。

此外，电缆的刚性阻止电缆被排列在呈现高曲率半径的设备上，并且因此这是对电缆用于其中的设备的可能设计选项的约束。

用于制造电缆护套的现有技术方案包括至少三个步骤：挤出第一层，铺设不连续层，和在其上面挤出第二层。一般地，不连续层被编织或缠绕在第一挤出层上，该步骤花费时间并需要额外的机器来实施。