7000米水下 海底觀測網有了國產“關節”

　　近年來，有關海底觀測網的消息層出不窮：北美、西歐和日本等十余個國家已擁有海底觀測網。我國最大規模的國家海底科學觀測網已於2017年被正式批復建立，項目總投資超20億元，建設周期5年。

　　除了船舶、遙感衛星，海底觀測網已成為第三種海洋觀測平台——通過它，人類可以深入到水下觀測和認識海洋。

　　如果將各類纜系觀測網的各類纜線比作胳膊、腿，那麼水密連接器就好比關節，起到連接各類纜線的作用，對海底觀測網系統的建設、運行和維護有著不可替代的作用。此外，水密連接器可廣泛應用於深海探測儀器設備和海洋工程，是發展深海技術的重要支撐配套技術，有著廣闊的發展前景。

　　記者近日在中天科技集團採訪了解到，目前我國已攻克了干插拔水密連接技術，我國有了可用於7000米水深的國產連接器。

　　水密連接器大多依賴進口

　　水密連接器又被稱為水密接插件。

　　作為水下設備正常工作的重要部件之一，目前，水密連接器的應用范圍相當廣泛，包括水下工程機械、作業器具、水下照明、水下電力分配系統、潛水裝配裝置、海洋石油生產平台以及海底觀測網等領域。

　　近年來，隨著我國海洋研究和海洋開發事業的日益發展，水密連接器需求正逐年增大。

　　中天海洋系統有限公司總經理楊華勇博士告訴記者，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。

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

　　根據結構形式，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。根據生產工藝的不同，橡膠體水密連接器一般指電連接器(傳輸電能、電信號)，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(傳輸光學通訊信號)。

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

　　由於我國水密連接器研制起步較晚，與西方水密連接器技術有相當大的差距，產品存在無固定型號系列、工藝流程不穩定、達不到產品化水平、無標准化檢測規則、無通用技術規范等問題，這些不足導致目前我國的水密連接器產品在技術規格標准化、產品性能穩定性、大批量生產能力等方面均存在問題。

　　正因如此，目前我國深海通用產品大多依賴進口，這嚴重制約了我國深海技術的發展。從另一方面來說，打破國外技術壟斷、實現產品替代進口、降低投資成本，也顯得尤為迫切。

　　攻克深海環境三大技術難點

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

　　如何保証橡膠體水密連接器在深海環境下工作時的水密性能、絕緣性能、耐壓性能，是技術難點，除此之外，連接器長期處於深海惡劣環境中，要做到連接器長期可靠連接、可維護也非常難。

　　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証密封的可靠性，從而確保內部設備安全，絕不允許外界高水壓的海水通過連接器進入設備艙內。

　　所以密封性成為驗証水密連接器產品的關鍵指標，必須保証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。

　　中天海洋系統有限公司總工程師郭朝陽博士舉例說，接觸件是連接器完成電連接功能、保証密封性的核心零件，由陽性連接器(一般稱為插針)和陰性接觸件(一般稱為插孔)組成接觸對，通過陰、陽接觸件的插合完成電連接。當電流通過時，電接觸件會因存在電阻而發熱，當發熱量超過一定極限值，將破壞連接器的絕緣及接觸性能而導致故障。

　　郭朝陽告訴記者，在關鍵技術攻關中，技術人員做了大量的試驗和驗証工作。

　　插針使用體電阻較小的黃銅，並在表面鍍金、底部鍍鎳，使插針耐磨損並降低接觸電阻。插孔則依靠彈性結構與插針插合時發生彈性變形而產生的接觸壓力，與插針形成緊密接觸，完成連接。

　　郭朝陽表示，因為使用環境的特殊性，橡膠原材料還要滿足深海環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有50N的壓力，水壓也被認為是橡膠體連接器失效的主要情形。在插孔設計時，技術人員將錫青銅套管通過四點壓鉚安裝在插孔彈性部位的外部，從而保護插孔彈性部位，形成接觸穩定、可靠的二件組裝式插孔，保証電接觸的可靠性。

　　為全海深水密接插件技術打下基礎

　　在完成7000米橡膠體水密連接器省級鑒定后，郭朝陽帶領的開發團隊正在開展的一項工作，是提高產品的可靠性、穩定性，形成多種不同規格橡膠體水密電連接器產品，實現7000米內深海覆蓋(97%海域)、達到穩定的電傳輸要求，及10年水下長期工作壽命的要求，形成年產5000隻(套)橡膠體水密電連接器產品的生產能力。

　　隨著國家重點研發計劃“深海關鍵技術與裝備”重點專項 “全海深水密接插件產品化技術研究及示范應用”項目啟動，科研人員將水密連接器的深度目標從7000米提高到萬米。

　　顯然，這會帶來更多的全新挑戰。

　　郭朝陽說，中天科技集團將聯合中國科學院沈陽自動化研究所、北京化工大學、中國電子科技集團第23研究所、沈陽橡膠研究設計院有限公司等，圍繞全海深潛水器實際需求，在“十二五”國家863計劃相關課題研究的基礎上開展研究攻關，滿足全海深潛水器通訊和電源傳輸等方面的實際需求，實現產品國內自主生產，全面替代進口。

　　項目專家組組長、上海交通大學教授任平指出，作為深海關鍵通用配套元器件之一，全海深水密連接器對深海探測及全海深潛水器的研制具有不可或缺的作用。項目的實施，將徹底解決全海深水密接插件研制及產品化生產的關鍵材料、工藝等瓶頸問題，進一步完善水密接插件性能檢測技術，對推動我國深海科學技術發展、實現國家深海戰略具有重要現實意義。任平希望項目組進一步分析國內外接插件產品差距及全海深水密接插件的特殊要求，從材料、結構、工藝3個方面攻克關鍵技術難題，加快研發進度，為國內全海深潛水器提供關鍵器件配套。