7000米水下 海底觀測(cè)網(wǎng)有了國(guó)產(chǎn)“關(guān)節(jié)”

　　近年來(lái)，有關(guān)海底觀測(cè)網(wǎng)的消息層出不窮：北美、西歐和日本等十余個(gè)國(guó)家已擁有海底觀測(cè)網(wǎng)。我國(guó)最大規(guī)模的國(guó)家海底科學(xué)觀測(cè)網(wǎng)已于2017年被正式批復(fù)建立，項(xiàng)目總投資超20億元，建設(shè)周期5年。

　　除了船舶、遙感衛(wèi)星，海底觀測(cè)網(wǎng)已成為第三種海洋觀測(cè)平臺(tái)——通過(guò)它，人類可以深入到水下觀測(cè)和認(rèn)識(shí)海洋。

　　如果將各類纜系觀測(cè)網(wǎng)的各類纜線比作胳膊、腿，那么水密連接器就好比關(guān)節(jié)，起到連接各類纜線的作用，對(duì)海底觀測(cè)網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)、運(yùn)行和維護(hù)有著不可替代的作用。此外，水密連接器可廣泛應(yīng)用于深海探測(cè)儀器設(shè)備和海洋工程，是發(fā)展深海技術(shù)的重要支撐配套技術(shù)，有著廣闊的發(fā)展前景。

　　記者近日在中天科技集團(tuán)采訪了解到，目前我國(guó)已攻克了干插拔水密連接技術(shù)，我國(guó)有了可用于7000米水深的國(guó)產(chǎn)連接器。

　　水密連接器大多依賴進(jìn)口

　　水密連接器又被稱為水密接插件。

　　作為水下設(shè)備正常工作的重要部件之一，目前，水密連接器的應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛，包括水下工程機(jī)械、作業(yè)器具、水下照明、水下電力分配系統(tǒng)、潛水裝配裝置、海洋石油生產(chǎn)平臺(tái)以及海底觀測(cè)網(wǎng)等領(lǐng)域。

　　近年來(lái)，隨著我國(guó)海洋研究和海洋開發(fā)事業(yè)的日益發(fā)展，水密連接器需求正逐年增大。

　　中天海洋系統(tǒng)有限公司總經(jīng)理?xiàng)钊A勇博士告訴記者，按照工作方式的不同，水密連接器可分為干插拔水密連接器和濕插拔水密連接器。

　　干插拔連接器技術(shù)相對(duì)容易，其插拔操作是在陸上完成的，然后被放入水下使用。

　　根據(jù)結(jié)構(gòu)形式，干插拔水密連接器又可分為橡膠體水密連接器和金屬殼體水密連接器。根據(jù)生產(chǎn)工藝的不同，橡膠體水密連接器一般指電連接器(傳輸電能、電信號(hào))，金屬殼體水密連接器既可以是電連接器，也可以是光連接器(傳輸光學(xué)通訊信號(hào))。

　　兩種干插拔連接器里，橡膠體水密電連接器是深潛器(包括載人、無(wú)人)選型最多、應(yīng)用最廣的水密連接器，同時(shí)也是世界范圍內(nèi)應(yīng)用廣泛、性能可靠的主要水密連接器產(chǎn)品系列之一。正因如此，研制橡膠體水密電連接器具有重要的實(shí)用意義及代表性。

　　由于我國(guó)水密連接器研制起步較晚，與西方水密連接器技術(shù)有相當(dāng)大的差距，產(chǎn)品存在無(wú)固定型號(hào)系列、工藝流程不穩(wěn)定、達(dá)不到產(chǎn)品化水平、無(wú)標(biāo)準(zhǔn)化檢測(cè)規(guī)則、無(wú)通用技術(shù)規(guī)范等問(wèn)題，這些不足導(dǎo)致目前我國(guó)的水密連接器產(chǎn)品在技術(shù)規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)品性能穩(wěn)定性、大批量生產(chǎn)能力等方面均存在問(wèn)題。

　　正因如此，目前我國(guó)深海通用產(chǎn)品大多依賴進(jìn)口，這嚴(yán)重制約了我國(guó)深海技術(shù)的發(fā)展。從另一方面來(lái)說(shuō)，打破國(guó)外技術(shù)壟斷、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品替代進(jìn)口、降低投資成本，也顯得尤為迫切。

　　攻克深海環(huán)境三大技術(shù)難點(diǎn)

　　2017年，中天科技成功轉(zhuǎn)化中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化所深海系列水密接插件產(chǎn)品技術(shù)，開始水密干插拔連接器研發(fā)，選擇的是橡膠體水密電連接器方向。

　　如何保證橡膠體水密連接器在深海環(huán)境下工作時(shí)的水密性能、絕緣性能、耐壓性能，是技術(shù)難點(diǎn)，除此之外，連接器長(zhǎng)期處于深海惡劣環(huán)境中，要做到連接器長(zhǎng)期可靠連接、可維護(hù)也非常難。

　　在水下工作期間，水密連接器必須能夠保持電氣性能的正常以及機(jī)械連接的可靠。一旦與電纜連接的插頭組件失效，連接器頭座之間必須保證密封的可靠性，從而確保內(nèi)部設(shè)備安全，絕不允許外界高水壓的海水通過(guò)連接器進(jìn)入設(shè)備艙內(nèi)。

　　所以密封性成為驗(yàn)證水密連接器產(chǎn)品的關(guān)鍵指標(biāo)，必須保證連接器插頭與插座間的密封；連接器與固定面板間的密封；連接器與配接電纜間的密封。

　　中天海洋系統(tǒng)有限公司總工程師郭朝陽(yáng)博士舉例說(shuō)，接觸件是連接器完成電連接功能、保證密封性的核心零件，由陽(yáng)性連接器(一般稱為插針)和陰性接觸件(一般稱為插孔)組成接觸對(duì)，通過(guò)陰、陽(yáng)接觸件的插合完成電連接。當(dāng)電流通過(guò)時(shí)，電接觸件會(huì)因存在電阻而發(fā)熱，當(dāng)發(fā)熱量超過(guò)一定極限值，將破壞連接器的絕緣及接觸性能而導(dǎo)致故障。

　　郭朝陽(yáng)告訴記者，在關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)中，技術(shù)人員做了大量的試驗(yàn)和驗(yàn)證工作。

　　插針使用體電阻較小的黃銅，并在表面鍍金、底部鍍鎳，使插針耐磨損并降低接觸電阻。插孔則依靠彈性結(jié)構(gòu)與插針插合時(shí)發(fā)生彈性變形而產(chǎn)生的接觸壓力，與插針形成緊密接觸，完成連接。

　　郭朝陽(yáng)表示，因?yàn)槭褂铆h(huán)境的特殊性，橡膠原材料還要滿足深海環(huán)境中的其他性能要求：耐海水腐蝕、良好的水密性能與抗水壓性能。

　　在5000米深海中，1平方毫米橡膠表面會(huì)有50N的壓力，水壓也被認(rèn)為是橡膠體連接器失效的主要情形。在插孔設(shè)計(jì)時(shí)，技術(shù)人員將錫青銅套管通過(guò)四點(diǎn)壓鉚安裝在插孔彈性部位的外部，從而保護(hù)插孔彈性部位，形成接觸穩(wěn)定、可靠的二件組裝式插孔，保證電接觸的可靠性。

　　為全海深水密接插件技術(shù)打下基礎(chǔ)

　　在完成7000米橡膠體水密連接器省級(jí)鑒定后，郭朝陽(yáng)帶領(lǐng)的開發(fā)團(tuán)隊(duì)正在開展的一項(xiàng)工作，是提高產(chǎn)品的可靠性、穩(wěn)定性，形成多種不同規(guī)格橡膠體水密電連接器產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)7000米內(nèi)深海覆蓋(97%海域)、達(dá)到穩(wěn)定的電傳輸要求，及10年水下長(zhǎng)期工作壽命的要求，形成年產(chǎn)5000只(套)橡膠體水密電連接器產(chǎn)品的生產(chǎn)能力。

　　隨著國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“深海關(guān)鍵技術(shù)與裝備”重點(diǎn)專項(xiàng) “全海深水密接插件產(chǎn)品化技術(shù)研究及示范應(yīng)用”項(xiàng)目啟動(dòng)，科研人員將水密連接器的深度目標(biāo)從7000米提高到萬(wàn)米。

　　顯然，這會(huì)帶來(lái)更多的全新挑戰(zhàn)。

　　郭朝陽(yáng)說(shuō)，中天科技集團(tuán)將聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所、北京化工大學(xué)、中國(guó)電子科技集團(tuán)第23研究所、沈陽(yáng)橡膠研究設(shè)計(jì)院有限公司等，圍繞全海深潛水器實(shí)際需求，在“十二五”國(guó)家863計(jì)劃相關(guān)課題研究的基礎(chǔ)上開展研究攻關(guān)，滿足全海深潛水器通訊和電源傳輸?shù)确矫娴膶?shí)際需求，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品國(guó)內(nèi)自主生產(chǎn)，全面替代進(jìn)口。

　　項(xiàng)目專家組組長(zhǎng)、上海交通大學(xué)教授任平指出，作為深海關(guān)鍵通用配套元器件之一，全海深水密連接器對(duì)深海探測(cè)及全海深潛水器的研制具有不可或缺的作用。項(xiàng)目的實(shí)施，將徹底解決全海深水密接插件研制及產(chǎn)品化生產(chǎn)的關(guān)鍵材料、工藝等瓶頸問(wèn)題，進(jìn)一步完善水密接插件性能檢測(cè)技術(shù)，對(duì)推動(dòng)我國(guó)深海科學(xué)技術(shù)發(fā)展、實(shí)現(xiàn)國(guó)家深海戰(zhàn)略具有重要現(xiàn)實(shí)意義。任平希望項(xiàng)目組進(jìn)一步分析國(guó)內(nèi)外接插件產(chǎn)品差距及全海深水密接插件的特殊要求，從材料、結(jié)構(gòu)、工藝3個(gè)方面攻克關(guān)鍵技術(shù)難題，加快研發(fā)進(jìn)度，為國(guó)內(nèi)全海深潛水器提供關(guān)鍵器件配套。