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水下连接缺国产利器,海底观测网傍人篱壁

2018-06-13 09:31 来源:科技日报

  除了船舶、遥感卫星,海底观测网已成为第三种海洋观测平台——通过它,人类可以深入到水下观测和认识海洋。

  如果将各类缆系观测平台比作胳膊、腿,水下连接器就好比关节,对海底观测网系统的建设、运行和维护有着不可替代的作用。

  目前,北美、西欧和日本等十余个国家已拥有海底观测网。2017年3月,我国最大规模的国家海底科学观测网正式被批复建立,项目总投资超20亿元,建设周期5年。该网将在我国东海和南海分别建立海底观测子系统,实现东海和南海从海底向海面的全天候、实时和高分辨率的多界面立体综合观测,服务于科学前沿研究,并兼顾海洋环境监测、灾害预警、国防安全与国家权益等方面的需求。

  遗憾的是,无论是国家海底长期科学观测网,还是短期实验观测网,目前我国水下连接器市场基本被外国垄断。

  体积约2个易拉罐 最高售价80万元

  水下连接器分为干插拔连接器和湿插拔连接器。

  江苏中天科技股份有限公司杨华勇博士告诉记者,干插拔连接器在陆上完成插拔操作,然后放入水下使用,我国已基本掌握该项技术。湿插拔连接器难度更高,过程好比充电插头与手机在水下完成插合,充电完毕后直接在水中拔下插头,目前仍没有可用的国内产品。

  “湿插拔连接器为实现海底观测网与海底电缆之间的可靠连接,以及观测信息网络系统的设备扩展与重组提供了解决方案。”国家海洋技术中心研究员罗续业说,经过几十年发展,目前已经形成不同电压等级的系列湿插拔电连接器和不同芯数的系列湿插拔光纤连接器,甚至湿插拔光电复合连接器。

  从外观上看,湿插拔连接器与两个易拉罐大小相当。

  “根据布放海域的水深、电压的大小,以及多芯还是单芯,价格差别悬殊,最贵的售价约80万元,最便宜的也要20万元。”杨华勇说。

  更重要的是,实验观测网要使用多个湿插拔连接器,并且连接器插拔次数寿命有限。

  水下插合要满足动态密封要求

  有些规模大的观测网在海底绵延数千公里,供电电压达1万伏甚至更高。

  观测网的电源被“装”进一个叫接驳盒的“房子”里。在主干光电复合缆与主接驳盒的电能、通信传输,以及次接驳盒与传感器的电能及通讯传输中,都要通过湿插拔连接器这道“关卡”。

  湿插拔连接器其实是一对公头和母头,母头被固定。

  “好比注射器,如果活塞与管壁结合严密,推动活塞可以将注射器内的液体全部排干净。”杨华勇说,湿插拔连接器不仅要满足应用时插合状态的密封要求,还要满足动态密封要求——在插针未插入时闭合密封,插针插入和插合到位过程中也要保持密封。

  但其工作环境往往在几千米的水下,巨大的压力下“活塞”与“管壁”难免变形。

  水下压力也让内部空腔与外表面形成巨大压差,连接器很难被拔开。

  “我们将内部腔体充满液体,并通过弹性皮囊与外部海水接触,海水压力增加时,通过皮囊挤压腔体内部的液体,从而保证腔体内外压力平衡。”在杨华勇看来,压力平衡技术为大深度水下插拔提供了解决方案,也给制造工艺和材料提出了很高要求。

  连接器与配接缆间的连接和密封,与连接器的机械强度、耐水压性能和信号传输性能直接相关。但水中插拔通常由水下机器人(ROV)完成,这对连接器机械强度和结构设计提出了高要求。

  罗续业告诉记者,历经几十年发展,这项技术才在欧美国家逐渐成熟。目前在建的海底观测网系统使用的产品几乎都来自美国Teledyne ODI,德国公司的产品在海上油气开采方面拥有较大份额。

  我国尚处于实验样机阶段

  “十二五”期间,在国家863计划支持下,湿插拔连接器被正式列为水下组网项目的子课题。虽然科研经费量不大,但也意味着我国湿插拔连接器技术研究正式起步。

  在罗续业看来,这是因为随着海上石油、天然气开采和海底观测网建设,原来“小众”的湿插拔连接器有了更多舞台,一旦研发成功,将拓展水下设备、仪器的使用范围,极大推动海洋立体观测网自主技术开发。

  由于起步晚,多名采访对象表示,在湿插拔连接器领域我国与国外差距明显。前几年,一台原理样机在实验中被“击穿”而丧失“武功”,并没有在实际中应用。

  “曾有国内油企明确和我说,你们不要研制湿插拔连接器,研制出来我们也不敢用、不会用。”杨华勇理解,一旦连接器出现问题,油企将遭受巨大的经济损失。“近几年我们开始自筹资金在‘啃难啃的骨头’。因为一旦该连接器成为禁运品,整个海底观测网的建设和运行将被迫中断。”

  多名采访对象也表达了类似的观点:海底观测网事关国家安全,必须得到国家的高度重视。

  最新消息是,最近国家已组织专家对水下湿插拔开展技术论证。

  “目前我们基本掌握了原理,后续还要依靠市场和工业化手段来解决基础材料、高精度加工工艺和深海应用试验等问题。”杨华勇建议,湿插拔技术研究一定不能为了研究而研究,务必要按照产业化的理念来布局技术攻关,尽可能加速研发和产业化进程。

(责任编辑:王蔚)

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