發布時間：2024-06-01 03:03:28 人氣：
開云 開云體育官網 開云 開云體育官網 開云 開云體育官網海洋生產及探測裝備在海洋資源開發、科學研究、環境保護監測和深海探索等領域發揮著重要作用，主要包括水下生產系統裝備、深海機器人和水下拖曳系統。
水下生產系統是開發海洋油氣資源的關鍵裝備，涵蓋了所有水下油氣生產、集輸、外輸、分配、分離、增壓、海管連接（管道組件）、水下設備間跨接、水下注入（如水、氣、化學藥劑）等設備，以及相應的控制系統、保護系統和支撐結構。深海機器人，主要包括載人潛水器（HOV）、有纜遙控潛水器（ROV）和無纜自治潛水器（AUV），能夠在水下移動，并使用各種工具完成水下作業，是深海探測裝備體系的重要組成部分；水下拖曳系統包括水下聲納、水下傳感器、分析儀器和采樣器等設備，主要用于數據或樣品的采集，在水下環境監測、水工結構檢查、海洋資源調查等方面具有特殊用途。
通常情況下，海洋生產及探測裝備需要通過臍帶纜與水面、陸地建立連接。本文對海洋開發中深海探測裝備、水下生產系統和ROV等設備用臍帶纜技術進行了詳細梳理，包括結構功能設計、靜態和動態機械性能設計，以及附件和終端設計。
水下臍帶纜集光纖通信、遙控指令傳遞、視頻影像傳輸、電力遠供、輸送工作液體和氣體等多種功能，用于水下設備之間的光電傳輸紐帶。不僅能夠向水下設備傳遞載荷、能量、信息和物質，還能夠承受深海環境下的高壓、高鹽度和低溫等極端條件，具備耐海水腐蝕和耐磨損的能力。
單根臍帶纜的使用長度通常在幾百米到幾千米之間，并且不同型號和不同作業水深的水下設備對臍帶纜有不同的技術要求。因此，臍帶纜技術復雜且生產制造難度較高。
水下生產系統用臍帶纜的主要作用包括：①為水下閥門執行器提供液壓動力通道；②為控制盒和電動泵等提供電能；③為水下設施和油井提供遙控及監測數據傳輸通道；④為油井提供所需流體（如甲醇和緩蝕劑等化學藥劑）；⑤將井下原油和天然氣向平臺或陸上輸送。
根據使用要求，水下生產系統用臍帶纜通常分為動態纜和靜態纜。在同一工程中，動態纜和靜態纜的纜芯結構相同。動態纜需要承受更大、更復雜的機械力，其鎧裝設計要求高于靜態纜。靜態纜的敷設長度可達數十千米，因此必須減小其質量和體積，以滿足生產、運輸、施工和成本需求。動態纜在安裝和運行過程中易受到風、浪、流和浮體運動的影響，需要進行局部和整體力學分析，以保證壽命周期內的安全運行。相比之下，靜態纜通常只需要考慮海底穩定性等問題。
根據結構，水下生產系統用臍帶纜可以分為鋼管臍帶纜、熱塑軟管臍帶纜、電力臍帶纜和綜合功能臍帶纜。鋼管臍帶纜在抗壓潰性、強度和耐化學性能方面表現優異，且液體無滲漏，但是存在彎曲半徑大、易受疲勞破壞、成本高、操作困難和交貨時間長等限制。相比之下，熱塑軟管臍帶纜具有成本低廉、易操作和彎曲半徑小等優勢，然而其抗壓潰性較低、耐化學性能較差，容易發生液體滲漏和在內壓下膨脹等現象。
其中，超級雙相不銹鋼管具有響應低延遲性和輸送介質無滲透性的特點，是大長度臍帶纜設計的首選；在淺水域動態使用環境或需要反復收卷釋放設備中，熱塑性軟管具備較好的柔韌性和較小的彎曲半徑，是最佳選擇。兩者各具優勢，在實際應用中常常混合使用。
ROV用臍帶纜具備多種綜合功能，包括動力傳輸、光纖通信、銅纜通信、遙控指令傳遞、視頻影像傳輸，以及ROV拖體收放等，此外還具有較高的強度與質量比、靈活的彎曲特性、優良的耐腐蝕和耐磨損性能、優異的反復收放能力，能夠滿足深海機器人和深海探測裝備的工作需求。
應用場景不同，ROV用臍帶纜的產品結構也會有所不同。在深海鉆探中，需要采用高強度、高耐腐蝕性的臍帶纜，來承載鉆井平臺的負載和能源供應；而在深海生物探測中，則需要使用柔軟、輕便的臍帶纜，以避免對海洋生態造成損害。
根據鎧裝結構，ROV用臍帶纜可以分為金屬鎧裝臍帶纜和非金屬鎧裝臍帶纜。金屬鎧裝臍帶纜常用于連接工作母船和放置深海機器人的中繼器，而非金屬鎧裝臍帶纜則常用于連接中繼器和深海機器人。
根據使用環境，臍帶纜主要有淺海觀察型水下機器人用臍帶纜、作業型水下機器人用臍帶纜和全海深機器人用臍帶纜。不同類型的臍帶纜具有不同的特點和應用場景，選擇合適的臍帶纜能夠提高深海機器人的性能和可靠性。
其中，一般的水下觀測型水下機器人臍帶纜和水下測試傳感器用臍帶纜結構較為簡單，滿足數據傳輸和較低功率的電能供給即可；水下作業型機器人臍帶纜則結構比較復雜，工作的水深范圍由淺海至深海，最深處可達6000m。
水下作業型機器人用臍帶纜應用最為廣泛，但其對設計和制造能力要求較高，尤其是大長度生產，國際上生產廠家較少。為了滿足強度和重力要求，全海深機器人用臍帶纜的鎧裝通常采用非金屬鎧裝。
隨著國外ROV等潛水器技術的日益成熟，ROV用臍帶纜技術不斷發展。國外生產廠家有挪威Nexans、美國Rochester、英國JDR Cable Systems、美國Storm Products Company、英國INTERKAB和BPP-Cables等公司。國內用戶主要包括國家海洋局下屬研究所、中科院聲系統研究所、國土資源調查系統、中船重工系統、中船工業系統和中海油系統等單位。
臍帶纜廣泛應用于不同的領域，包括水下生產、檢查、監視、搜索與識別、安裝與回收、清理、海洋科學考察、全球定位、搜索、救援遇難艦船、解救受困潛水艇，以及中繼通信等。在不同的使用環境下，需要考慮彎曲、張力卷繞、磨損和腐蝕等影響因素。
1）彎曲。臍帶纜在操作過程中，經常會在滑輪、導纜器、絞車卷筒等位置發生彎曲。
2）張力卷繞。在臍帶纜放纜過程中，內部張力不斷變化，各部件之間的幾何關系隨放纜幅度的變化而改變，產生卷繞運動，引起內部摩擦。
3）磨損。臍帶纜的卷繞運動會造成兩種形式的磨損，一是臍帶纜內部部件之間的磨損，二是臍帶纜與收放裝置之間的磨損。磨損會導致臍帶纜某一點持續惡化，直至故障。磨損率受多種操作因素影響，如放纜速率、張力、滑輪布置形式，以及臍帶纜的彎曲半徑等。收放設備的不當選擇或安裝，會加速臍帶纜外表面的磨損。
4）腐蝕。海水腐蝕主要對金屬產生影響，尤其是鋼絲。如常見的雙層鎧裝臍帶纜在海水中會慢慢地被電解溶解，導致內層鋼絲受到海水侵蝕。
5）打圈或扭結。當臍帶纜受到拉力，形成圓圈后，隨著半徑不斷縮小，易發生纏結現象，進而導致永久變形。
6）壓扁。臍帶纜在受到風浪影響時，如果受力的纜圈壓在另一纜圈上，或下層臍帶纜受到過度卷繞張力的壓迫，可能會在絞車滾筒上發生擠壓的情況。高度集中的壓力可能會導致金屬承力單元和其他部件的永久變形。
因此，水下設備的尺寸、質量、工作深度、動力、子系統和載荷等均會直接影響臍帶纜的結構設計。
臍帶纜通常由多個功能單元依據尺寸組合，形成多層同心結構，以維持良好的對稱度、圓整度和同心度。相鄰層之間通常采用包帶纏繞緊固，以保持纜芯的緊湊度和圓整度，增強抗側壓能力，減少受壓狀態下的徑向收縮，并提高耐疲勞性能。
鎧裝不僅為水下設備回收和吊放提供載荷支撐，且保護內部結構單元免受外部機械和環境的損傷。在收放過程中，為防止因受力而打扭，鎧裝結構通常設計成扭矩平衡結構。此外，鎧裝外面通常覆有保護層，以防海水腐蝕影響性能。針對含有軟管的水下生產系統用臍帶纜，軟管外護套通常鉆有小孔，可將滲入的液體或氣體排出，避免海水壓爆臍帶纜。
水下生產系統用臍帶纜的設計、制造和質量規范須符合GB/T 21412.5—2017《石油天然氣工業水下生產系統的設計和操作第5部分：水下臍帶纜》（同1SO 13628-5）標準。目前，ROV 用臍帶纜沒有相應的國際和國內設計標準，主要基于理論計算和長期經驗積累的產品設計參數，用以進行動態運行和結構應力分析。為保證ROV用臍帶纜的縱向密封性，需要在纜芯中填充適當的縱向水密材料，填補各結構單元間的間隙，以實現空間占位和良好的阻水、阻油效果。
水下臍帶纜性能要求取決于其工作條件。整體分析環境荷載作用下，臍帶纜的極值荷載、疲勞荷載，并驗證其穩定性等。水下臍帶纜的整體分析內容和分析軟件見表1。
ROV用臍帶纜整體分析的難點在于環境載荷有不確定性、臍帶纜有幾何變形，以及浮體和環境載荷間高度非線性耦合。目前，國外少數廠家已經建立了完整的技術體系，涵蓋了ROV用臍帶纜的設計、使用和安裝，而國內仍存在差距。
局部分析是臍帶纜設計的關鍵。臍帶纜的傳統設計通常依賴于原型試驗給出電纜結構的響應和性能，存在成本高昂和耗時較長的缺點。隨著計算機的快速發展，結合部分試驗結果，進行數值模擬，已成為臍帶纜結構分析設計的主流手段。
臍帶纜由多個功能單元、填充和護套等組成。其中，各單元的設計需要考慮其在海洋環境中的工作條件，如海水溫度、壓力、腐蝕性等因素，同時也需要考慮其與設備之間的接口設計，以實現有效的數據傳輸和控制。因此，在設計水下臍帶纜時，需要綜合考慮各單元的功能和特點，以確保設備能夠穩定可靠地運行。
臍帶纜的功能單元一般包括動力單元、光纖單元和通信電纜單元，此外，大多數水下生產系統用臍帶纜還包含管單元。
①動力單元。根據水下裝備的供電需求，如單相工作電壓、三相工作電壓、供電功率等參數計算額定電流，通過額定電流計算導體的直流電阻，從而計算和選擇適當的截面積。
②光纖單元。根據傳輸容量、帶寬和波長等需求，選擇合適的光纖類別、光纖芯數等。設計不銹鋼管光單元時，需要考慮光纖的保護材料和光單元數量等因素。為提高不銹鋼管光纖單元的防護能力，通常在外擠制一層塑料護套。
③通信電纜單元。根據不同頻率下的工作電容、衰減和特性阻抗等要求，進一步考慮通信單元的類型、導體芯數或對數、導體標稱截面積和屏蔽形式等。
④管單元。根據水深、功能、質量、強度和柔軟度等要求，確定管單元的材料、壁厚、外徑，以及保護層的材料和結構，以提高臍帶纜的防腐、強度、耐磨等性能。
纜芯由多個組成單元絞合而成，各個組成單元間須填充聚合物、硅橡膠和固化聚氨酯等材料，以保證纜芯的緊密度。對于有水密要求的臍帶纜，需要填充水密材料。在纜芯制作過程中，通常會使用金屬或非金屬帶將其繞包扎緊。纜芯分為滲漏型和護套型兩種類型，其中滲漏型線芯適用于油井鉆探等特殊環境，而護套型線芯則具有更好的防水性能和支撐作用。
為滿足水下裝備對臍帶纜機械性能的要求，需要設計鎧裝結構以承擔機械荷載。鎧裝結構一般采用具有較高的強度和耐腐蝕性的金屬/非金屬材料。非金屬纖維材料作為承力元件時，需要考慮其力學性能和化學穩定性等因素。金屬承力元件一般選擇高強度鍍鋅鋼絲，而其他元件承擔的拉伸強度很小，可以忽略。因此，只需要計算主要承力元件的拉伸強度。
鋼絲鎧裝一般為兩層螺旋絞合，有時也采用3層、4層和5層的鎧裝，設計時應注意絞合方向、絞合角度、絞合節距和鎧裝單線根數等。
①絞合方向（通常表示為左向和右向）。內鎧裝層為右向、外鎧裝層為左向的布置形式，最早用于石業的承荷探測電纜。外層右向、內層左向的鎧裝，也可以提供相同的使用特性，并在實際應用中證明能夠達到預期的性能要求。
②絞合角度。絞合角度表示為鎧裝螺旋線°范圍。依據鎧裝的設計特性和與其他鎧裝臍帶纜部件的內部關系，內外鎧裝層可以采用不同的絞合角度。
④鎧裝單線根數。在選擇鎧裝單線直徑和根數時，需要滿足96%～99%的內護層表面覆蓋率或根據具體使用特點進行設計。在節距和鎧裝材料相同的條件下，較大直徑的鎧裝單線能夠提供更高的機械穩定性。經過磨損后，較大規格的鎧裝單線剩余金屬比率較高，因此其強度也較大。相比之下，較小規格的鎧裝單線具有更長的抗彎曲疲勞壽命。
與靜態臍帶纜相比，動態臍帶纜更容易失效，并且在設計、制造、檢測時具有更高的難度。動態臍帶纜不僅需要具備常規靜態臍帶纜的靜態機械性能，還須在動態環境下承受載荷時具備良好的動態機械性能、抗動態疲勞性能。
設計鎧裝臍帶纜時，首要保證其機械強度，應滿足在制造、操作、運輸、安裝和運行過程中所有工況下載荷的要求。
臍帶纜不僅需要承受自身質量，還須應對船體在海面晃動產生的額外慣性力。金屬鎧裝臍帶纜通常采用鍍鋅鋼絲作為鎧裝元件，而水下生產系統用無鎧裝鋼管臍帶纜則以鋼管作為承力元件。鋼絲鎧裝的力學性能較為復雜，本文中僅討論鋼絲鎧裝臍帶纜的力學性能。
動態鎧裝臍帶纜通常具有兩層或兩層以上異向絞合的鎧裝鋼絲。在受軸向拉力時，各層鋼絲會產生扭轉力矩，內外層鎧裝由于絞合方向相反而產生相反的力矩。力矩的大小取決于鋼絲截面積和至纜芯的距離。相較于內層鎧裝，外層鎧裝通常具有更多的根數或更大的外徑，會產生更大的扭轉力矩，可以通過調整螺旋角度來平衡內外層鎧裝的力矩。
鎧裝臍帶纜的破斷力計算可分為端部受約束和端部自由旋轉兩種情況。當端部受約束時，外層鎧裝由于承受較高的應力會首先斷裂，而內層會緩慢延伸至斷裂；當端部自由旋轉時，外層鎧裝可能會出現松散現象，此時內層將承受較高的應力。因此，若端部自由旋轉或操作不當，可能會導致整個電纜的破斷力下降，并導致內層鋼絲首先斷裂。
影響鎧裝臍帶纜破斷力的主要因素有：①鎧裝鋼絲之間或與外部介質的磨損，導致鋼絲截面直徑減小，從而降低破斷力；②鎧裝鋼絲受到腐蝕作用，進而影響其有效截面面積；③H2S導致鎧裝鋼絲變脆，CO2加速鋼絲腐蝕；④不正當操作或是液壓預緊導致鎧裝臍帶纜發生過度扭轉，可能使其破斷強度降低30%；⑤使用接頭盒導致錨固位置鎧裝破斷強度降低至90%；⑥鎧裝臍帶纜在斜槽中擺動；⑦物理損傷，如打扭、鎧裝層刮傷和凹陷等。
鎧裝臍帶纜的安全工作載荷是指在不影響功能單元（如銅導體、光單元、屏蔽層，以及鎧裝材料、護套材料等）正常工作的情況下，在彈性變形范圍內所能承受的最小軸向拉伸張力。根據DNVGL-RP-F401—2017的規定，鎧裝臍帶纜中各功能單元的安全工作載荷系數取決于實際承載力與材料的屈服應力和90%的極限承載力中較小值的比值。推薦安全工作載荷系數見表2，實際應用時通常會采用更高的安全系數。
鎧裝臍帶纜的彎曲半徑是指電纜在彎曲狀態下不受損傷或降低性能的最小半徑。過度彎曲可能會發生打扭、受損而縮短使用壽命，甚至會發生傳輸信號相互干擾、串音等現象。
鎧裝臍帶纜由多種功能單元優化組合而成，在彎曲過程中會出現兩種狀態：曲率較小時，各單元受到摩擦作用，整體彎曲而不相互滑移；曲率逐漸增大時，各單元所受合力大于摩擦力，開始出現相對滑移。
基于簡化模型，理論推導多層絞合結構在拉伸、彎曲和扭轉耦合作用下的應變計算模型。該模型能夠計算不同曲率下絞合關鍵單元的應變分布，并考慮滑移和不滑移狀態。
臍帶纜的剛度是指其抵抗彈性變形的能力，是衡量臍帶纜力學性能的重要指標，主要包括拉伸剛度、扭轉剛度和彎曲剛度。
①拉伸剛度。在研究鎧裝臍帶纜的拉伸行為時，需要綜合考慮軸向變形和纜芯徑向收縮引起的變形。當鎧裝鋼絲在發生軸向應變時，會對纜芯產生徑向壓力。鎧裝鋼絲是主要承擔拉伸載荷的單元，纜芯則具備一定的徑向支撐能力。考慮鎧裝鋼絲受拉伸時對纜芯的擠壓作用，則纜芯的徑向剛度是一個重要的輸入參數。通常假設纜芯為均質聚合物材料，如低密度聚乙烯或高密度聚乙烯圓截面，可通過經典彈性力學理論估算其徑向剛度。
②扭轉剛度。對于海洋裝備用動態鎧裝臍帶纜等細長柔性體，通常會同時受到拉伸和扭轉的影響，二者互相耦合。
③彎曲剛度。在鎧裝臍帶纜彎曲行為分析中，通常將整體結構視為螺旋單元纏繞在柱單元結構上。鎧裝臍帶纜總的彎曲剛度為所有螺旋單元與柱單元的和，其彎曲行為分為無滑移階段和全滑移階段。在曲率半徑較小時，各單元無法克服靜摩擦作用，因此相對固定；隨著曲率增加，各單元逐漸開始相對滑移。
臍帶纜在水下安裝運行時容易受到風、浪和流等多種外部因素的影響，對其性能有重要影響。
流是指海水在一定方向上發生的大規模流動，其形成原因包括潮汐洋流、風海流、大洋環流、補償流等多種情況。根據大量風速儀記錄數據，某點上的瞬時風速可以分為長周期部分（歷時十分鐘以上）和短周期部分（歷時數秒以內）。
長周期部分通常偏離結構物的自振頻率，主要產生靜力作用；而短周期部分與結構物的自振頻率接近，具有動力作用效應。海洋中存在各種形式的波動，不僅可以發生在海洋表面，還存在于海洋的不同密度層之間，具有不同的波動尺度、機理和特性，呈現出復雜的波動現象。
海洋波動是海水運動的重要形式之一。根據觀測記錄，主要為波動周期在1～30s期間的海浪，其波動能量極大，是導致船舶、平臺等海洋工程結構物受損和變形破壞的主要因素。
對海洋裝備和海洋工程結構而言，波浪載荷是其受到的主要載荷，波浪載荷的參數選取直接影響到海洋裝備和海洋工程結構的操作、安全性和建造成本。此外，浮動船體和洋流引起的周圍流體次生運動也是海底結構件疲勞損傷的主要因素。
其中，渦激振動是影響臍帶纜疲勞壽命的因素之一。當臍帶纜處在垂直入射的水流中時，兩側會形成交替向下游流動的漩渦。當漩渦的脫落頻率接近或是整數倍的結構的自振頻率時，臍帶纜會處于共振狀態，即渦激振動。渦激振動時，圓柱的運動軌跡通常呈“8”字形。隨著水流速率的增加，橫向振幅逐漸增大，因此橫向振動對管線的疲勞損傷具有重要的作用。
渦激振動受到多種參數的影響，目前在渦激振動問題的研究中尚未建立可靠的相似理論，以實現模型試驗數據與實際線纜振動之間的對應。
海底臍帶纜所處的海洋環境十分復雜，容易受到浪、流等水動力的影響，為確保臍帶纜在海底穩定運行，穩定性分析至關重要。目的是限制臍帶纜在初始安裝位置的運動，避免其在垂直方向漂浮或下沉，并校核側向穩定性。外徑質量比是衡量海底穩定性的重要指標。
影響臍帶纜海底穩定性的因素主要包括：①臍帶纜在海水中的質量；②海底的摩擦力；③各種環境荷載，如浪、流等；④不良的工程地質現象。
動態疲勞損傷是指構件材料受交變載荷作用一定次數后，結構發生失效的現象。循環載荷（應力）通常小于材料的破斷強度（屈服應力）。抗疲勞設計是動態鎧裝臍帶纜系統設計的關鍵內容之一，柔性動態海底電纜需要不斷承受海洋環境載荷作用，同時船體運動會促使動態海底電纜在船體連接位置反復彎折。這些載荷加速了動態鎧裝臍帶纜應力集中區域的裂紋形成、擴展，最終破壞結構的完整性。
疲勞載荷是指動態海底電纜在服役過程中承受的所有循環載荷，包括成纜制造、運輸、安裝和在位運行中的載荷。
根據ISO 13628-5標準，動態鎧裝臍帶纜疲勞載荷的來源主要為：①波浪載荷直接作用或引起船體運動，進而導致海纜隨波響應；②船體自由運動導致纜線的偏移；③穩態洋流下線纜的渦激振動；④生產周轉和安裝過程中受到的循環載荷；⑤運行過程中的循環載荷，包括附著在海底電纜上的生物載荷。
動態鎧裝臍帶纜的失效通常發生在金屬單元上。銅導體上的疲勞損傷起始于兩根相互擠壓的銅絲之間的微小磨損。當銅導體接觸面之間磨損時，通常形成黑色的氧化層。隨著彎曲載荷的幅值和頻率增加，氧化層厚度增加，導體表面凹陷深度增加。此時，銅導體的脆性特征顯著，其承載能力隨之降低。接觸銅導體之間的疲勞損傷情況見圖1，圖中A為導體接觸面之間的氧化層，并伴有裂紋的出現，B為緊壓導體之間的塑性變形現象。
與銅導體疲勞機理類似，鋼絲的疲勞裂紋起始于相鄰鋼絲的接觸點，鎧裝鋼絲的疲勞損傷現象見圖2，在接觸點形成凹陷，并在反復擠壓滑移的狀態下，微裂紋開始出現，并以半圓形式向內擴展，導致整個截面的承載能力降低。同時，鎧裝鋼絲更容易受到腐蝕。依據挪威船級社（DNN）相應標準，在腐蝕環境下，鋼絲的疲勞性能會顯著降低。
材料的疲勞性能可以通過作用時的應力應變范圍（S）和到破壞時的壽命（N）之間的關系來描述，即S-N曲線。其中，壽命N定義為在給定應力比（R）和恒幅載荷作用下的破壞循環次數。
疲勞破壞可以分為裂紋萌生、擴展和斷裂3個階段，不同材料的疲勞破壞階段呈現現象和所對應載荷的比例不一致。因此，S-N曲線的定義基于以下兩個假設：
①對于高強度、中強度鋼等脆性材料，裂紋從萌生、擴展至小尺寸圓截面試件的斷裂時間很短，并且裂紋萌生時的尺度較小，難以觀察。因此，以整個過程中的載荷變化作為指標是合理的；②對于延展性較好的材料，裂紋萌生后會有相當長的擴展階段，伴隨著5%～15%的強度下降。裂紋的出現也會伴隨剛度下降，同時對應的應變也發生變化。因此，可用應變變化量來確定裂紋是否擴展。
目前，國內外光纖和光纖單元的制造技術比較成熟，許多線纜生產廠家較為熟悉絕緣和護套的擠出工藝和裝備。臍帶纜在制造過程中難度較大的工序是成纜和鎧裝，尤其是對于大長度臍帶纜。本文將重點探討這兩道工序。
在實際生產中，采用節徑比來估量成纜節距的大小較合適。因不同電纜的纜芯直徑差異較大（如生產系統用臍帶纜和ROV用臍帶纜相比），僅提及節距不能準確估算電纜的各項性能，因此引入節徑比，即節距長度與成纜直徑的比值。節徑比越大，線芯在彎曲時的變形越大，成品的柔軟性越差，但強度會增大，電纜外徑和絞入率變小，直流電阻也會減小，從而提高生產效率，減少材料用量。選擇合適的成纜節距，可以使成品電纜具有良好的結構穩定性和彎曲性，并減少變形、皺折。
線芯成纜時，線芯之間均存在一定間隙，需要采用水密材料進行填充，以保證成纜的圓整度和成品的防滲水、防滲油性能。在成纜完成及收線前，根據設計要求，需要對絞合后的線芯繞包一層或多層金屬或非金屬包帶，可以起到包扎、屏蔽等作用，并在工藝上便于下一道工序的加工。
對于水下生產系統用臍帶纜和比較長的ROV用臍帶纜，成纜設備均較為龐大。單元數較少的可以使用立式成纜機，占地面積少，單元多的則須采用大型臥式成纜機。JDR大型立式成纜機和大型臥式成纜機見圖3。
動態纜的鎧裝工藝對于高強度金屬鎧裝臍帶纜至關重要，與其他靜態纜有著顯著區別。高強度鋼絲鎧裝的制造過程中，通常需要采取一系列處理措施，包括鋼絲預變形去應力前處理、鋼絲絞合后變形去應力處理，以及鋼絲絞合后預拉伸處理等工藝步驟。
為了消除高強度鋼絲在絞合過程中產生的內應力，需要在鋼絲成形前對其進行預先變形，即預先形成螺旋狀。需要在絞線機的絞籠收線裝置后、鋼絲絞合模前精確設計和安裝預變形器（即預扭頭），預變形器裝置見圖4。
輪間距為預變形器的工藝參數，需要通過計算分析，并結合實際預變形效果進行反復校正，最終確定合適的參數值。選擇合適預變形高度非常重要，預變形高度過小，則無法有效消除鋼絲絞合應力；預變形高度過大，則會降低金屬鎧裝臍帶纜的機械性能，同時影響金屬鎧裝臍帶纜的結構穩定性和使用壽命。
為進一步消除鋼絲絞合后的殘余應力，并改善鋼絲絞合結構和表面質量，需要進行后變形處理，即在鋼絲絞合模和牽引輪之間，設置幾組水平和垂直的輥輪，使絞合后的鋼絲經過反復彎曲和徑向壓縮。
后變形器裝置見圖5。后變形器的輥輪個數越多，牽引力增大，不僅可以使鋼絲絞合更加緊密，同時使鎧裝層表面更加圓整且不松散，顯著提高了金屬鎧裝臍帶纜的卷繞、彎曲和耐疲勞等機械性能。
電纜制造完成后，內鎧單線會嵌入下層護套中，是不穩定的狀態。在工作負載作用下，會產生較大的表面應力，甚至會超過材料的屈服強度。為了保證鋼絲鎧裝ROV用臍帶纜沿長度方向的穩定性，需要施加預應力，使其達到與后續工程使用時相近的受力狀態。
拉伸負荷根據金屬鎧裝臍帶纜的最小斷裂強度確定。只有在承受足夠大的拉伸負荷時，金屬鎧裝臍帶纜才能消除鋼絲絞合應力，達到自然穩定的狀態。通過合理的預拉伸后處理，消除金屬鎧裝臍帶纜的鋼絲絞合缺陷，改善鋼絲受力均勻性，提高其彈性模量和疲勞壽命。預拉伸后處理裝置見圖6。
預拉伸時間包含兩方面，一是從零加載到設定預拉伸負荷所用的時間，即加載時間；二是在設定預拉伸負荷作用下的持續時間，即保載時間。保載是為了更徹底地消除金屬鎧裝臍帶纜的鋼絲絞合應力，通常保載時間越長，消除效果越好，但保載時間也不宜過長，以免影響生產效率。
水下生產系統用臍帶纜一般采用常規強度的鎧裝鋼絲，無需預成型和預處理。對于非金屬絲加強的鎧裝成纜機，需要盡可能多的放線裝置，有時甚至需要上百個主動放線裝置，以提高纖維張力的一致性。非金屬管或非金屬鎧裝層外往往編織一層高強度非金屬絲保護層，此時需要采用多放線裝置的大型臥式編織機。
水下生產系統及ROV系統作為復雜的有機組成，每個組成部分均起著非常重要的作用。水下臍帶纜配套使用的附件包括絞車、升沉補償裝置、承重頭、光電滑環和水密接插件等。附件性能的優劣，對臍帶纜系統的正常運行起著非常關鍵的作用。
在水下ROV或拖體吊放和回收過程中，水下ROV或拖體鎧裝臍帶纜需承擔載荷。為連接鎧裝臍帶纜與水下ROV或拖體，必須使用承重頭，其作用是一端通過夾具或灌膠方式連接至水下ROV或拖體的鎧裝臍帶纜，另一端則通過法蘭等方式與水下ROV或拖體固定。
承重頭需要具備較高的機械強度和抗腐蝕性能。鎧裝臍帶纜的斷裂大多發生在承重頭處，因此承重頭的力值設計通常要求不小于鎧裝臍帶纜的破斷力。
水密接插件是水下環境中用于傳輸電源和信號的連接器，在海洋科學研究、海洋石油及天然氣鉆探與生產、水下工程設備、水下傳輸及監控網絡、深海機器人及國防等諸多領域，均具有十分廣泛的應用。使用范圍主要包括水下ROV或拖體、AUV、海洋儀器、深海油氣開發、水下探測、水下攝像機、水下潛標、水下拖體和水下檢測等。
根據功能劃分，水密接插件可以分為水下光纖接插件、水下電接插件和水下光電復合接插件等3類。根據安裝和使用環境的要求，可以分為干插拔和濕插拔兩類。
干插拔水密接插件只能在空氣中進行插拔操作，連接后再放入水中使用。在需要維修、更換或增減水下設備時，必須將設備浮出水面才能進行電連接器的分離和連接，操作耗時、費力且成本高。
濕插拔水密接插件能夠在水下環境中進行插拔操作，快速進行水下環境中設備的組裝、增減和更換等工作，特別適用于水下作業裝備，如脫落電纜、潛水設備、水下攝像機、海上油田上的電器設備、高壓水閥門、壓力變送器、水下電話，以及快速搶修設備等。
干插拔水密接插件主要采用橡膠塑模密封和金屬殼體O型圈密封技術。橡膠塑模密封連接器的可靠性取決于密封材料性能和接插件插拔的可靠性。目前，橡膠塑模密封連接器已基本實現國產化，代表性進口公司有subconn和seacon等。金屬殼體O型圈密封連接器已廣泛應用于軍用產品研究和民用產品開發中，在淡水和海水0~500m深度范圍內能夠有效密封。
濕插拔水密連接器主要采用充油壓力平衡式連接器技術，其工作原理是插頭跟插座首先對接密封，然后繼續擠壓，排除外部流體和污染物，通過各自的通道完成連接器的對接。
水下ROV或拖體臍帶纜的纜芯通過承重頭后，在水密接頭盒內與水下ROV或拖體預留線相連接。在水密接頭盒內，鎧裝臍帶纜的纜芯動力單元和信號單元分別與水密接插件插座相連接，水下ROV或拖體各設備配備有水密接插件的插頭，通過插拔實現動力和信號的通斷。在深水區，水密接頭盒通常與液壓補償裝置聯調工作，以減少殼體所承受的水壓，從而降低密封的要求。
水下臍帶纜終端（UTA）是臍帶纜端部最關鍵的硬件設備，為臍帶纜的鋼管、電纜、光纖提供終端接口，并充當臍帶纜的吊裝、倒運以及安裝支持結構，包括臍帶纜本體、上部接線箱、牽引頭、I/J型管密封、頂部防彎器、防彎器連接器、臍帶纜終端接頭、限彎器、電/光纖接頭跨接管等部分。水下生產系統水下終端分布見圖7。
水下臍帶纜終端的深海環境載荷復雜惡劣，對連接系統的承載能力提出了更高的要求。需要分析在各生產工況下終端的軸向載荷能力、剪切載荷能力、彎矩能力和扭矩能力，以及不同吊裝提升方式對其承載能力的影響。
與發達國家相比，水下生產系統用臍帶纜相關技術存在一定差距，但國內已經實現深水施工船舶自主制造及鋪設裝備的自主深水柔性管纜安裝。未來，臍帶纜可以向優化設計、提高性能和降低成本等方向發展，結合設計經驗，得出以下改進措施和展望。
2）在流量允許的情況下，考慮采用大口徑與多條小口徑流體管線的組合。通常較小口徑的管纜的總體成本較低。
3）整合電纜功能，減少臍帶纜單元的數量，降低生產設備的體積和成本，如將電纜單元和光纖單元合并成一個同軸單元；避免不必要的組件或層，如包帶。
5）通過詳細的海洋和路線數據來優化穩定性，減少或去除鎧裝，輕量化的同時節約成本。
水下ROV的應用量隨石油和天然氣行業、海上風電場和水產養殖業的增長而不斷擴大。同時，人工智能等技術在ROV中的集成和應用也推動產業的增長。然而，仍存在一些挑戰，如AUV的日益普及。AUV的工作方式與ROV非常相似，但無需臍帶纜，減少了對臍帶纜的需求。
隨著設計和試驗能力的不斷提高，以及材料和生產裝備的持續進步，國內ROV用臍帶纜及附件與發達國家的差距逐漸縮小。未來ROV用臍帶纜也將朝著更細、更輕、更強、更智能和環境適應能力更強的方向發展。
