ROV臍帶纜保護裝置

中國船舶重工集團公司第七一○研究所 楊海鵬

1.引言

ROV的使用很大程度上受到臍帶纜的限制，主要體現(xiàn)在臍帶纜容易被母船甲板、船身、船底纏繞或磨損，有時需要投入多人保護臍帶纜。

臍帶纜保護裝置的功能要求是在臍帶纜絞車始終提供臍帶纜一定的張力條件下，使臍帶纜自動（無需人工干預(yù)）避免纏繞或磨損。

從ROV駛離母船開始，到ROV在固定區(qū)域或是與母船同步航行進行水中、水面作業(yè)，直至回收ROV，各階段臍帶纜的張力、滑速、水中空間位形時刻在變化，且受海流及母船周圍流場的影響，這些變化更加難以預(yù)測。

2.設(shè)計思路和功能實現(xiàn)方式

臍帶纜保護裝置的主要設(shè)計思路是在上述各因素的影響下，臍帶纜可以通過該裝置的導(dǎo)向作用，實現(xiàn)在臍帶纜管理系統(tǒng)出纜端直至水下潛航體尾部區(qū)域，通過機械導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，使臍帶纜與設(shè)備接觸區(qū)域始終為安全的滾動摩擦狀態(tài)，而且可避開母船船體。

本裝置在臍帶纜絞車在線張力控制并始終保持臍帶纜張緊的作用下，通過水上定向、水下萬向自動將臍帶纜導(dǎo)引至管腔內(nèi)或輪槽中，并根據(jù)臍帶纜在水下因受力而產(chǎn)生的彎矩自動調(diào)整到摩擦最小的位置，防止臍帶纜運動過程中受到損傷，保證臍帶纜收放的順暢，實現(xiàn)臍帶纜的安全保護。臍帶纜保護裝置工作示意圖如圖1所示。

圖1 臍帶纜保護裝置工作示意圖Fig.1 Working Diagram of umbilical cable protection equipment

3.設(shè)計方案

臍帶纜保護裝置主要由水上保護裝置、安裝構(gòu)架、水下保護裝置組成（如圖2所示）。

圖2 臍帶纜保護裝置組成圖Fig.2 System components of umbilical cable protection equipment

3.1 水上保護裝置

水上保護裝置主要由水上滾輪、水上壓輪、水上支架組成。

圖3 水上保護裝置結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Structure of protection equipment upon water

水上滾輪是一個外圓周設(shè)有整圈槽的輪形結(jié)構(gòu)，其所用是將臍帶纜管理系統(tǒng)的出纜導(dǎo)入保護裝置中；水上壓輪的作用是阻攔有可能跳出水上滾輪槽的臍帶纜；水上支架的作用是將水上保護裝置于水上支架連接，并使臍帶纜經(jīng)滾輪槽后導(dǎo)向至安裝構(gòu)架管狀結(jié)構(gòu)中心區(qū)域。水上保護裝置結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

3.2 水下保護裝置

水下保護裝置由水下萬向輪軸、水下萬向輪、水下滾輪、壓輪、導(dǎo)纜器、導(dǎo)纜器旋轉(zhuǎn)桿、固定軸、旋轉(zhuǎn)軸、限位板、出纜保護環(huán)、滑動軸承、滾動軸承、以及支架和緊固件等組成。水下保護裝置結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

圖4 水下保護裝置結(jié)構(gòu)圖Fig.4 Structure of protector equipment under water

臍帶纜從管狀的水下萬向輪軸中穿出，進入上下兩個水下滾輪輪槽中（必須經(jīng)兩個水下滾輪靠近處穿出），沿輪槽經(jīng)其中一個出纜保護環(huán)進入導(dǎo)纜器中的呈“井”字形布置的導(dǎo)輪組的中空處，再經(jīng)另一個出纜保護環(huán)引出。臍帶纜受力滑動時，沿力的豎直分力方向可將導(dǎo)纜器抬起或壓下，水平分力方向帶動水下滾輪及其支架繞萬向輪軸線旋轉(zhuǎn)，使臍帶纜受導(dǎo)纜器的導(dǎo)引作用始終位于一個（或兩個）水下滾輪輪槽處，并使臍帶纜始終沿水下滾輪切線方向帶動水下滾輪轉(zhuǎn)動，且與導(dǎo)纜器軸線始終保持基本重疊。無論臍帶纜在水中姿態(tài)如何改變，該裝置均能跟隨臍帶纜擺動（豎直方向）、轉(zhuǎn)動（水平方向），使臍帶纜順利地收放。

圖5 導(dǎo)纜器的結(jié)構(gòu)圖Fig.5 Structure of fair-lead

圖6 水下保護裝置的工作示意圖Fig.6 Working sketch map of protector equipment under water

圖7 安裝構(gòu)架結(jié)構(gòu)圖Fig.7 Structure of installation frame

在收放電纜時，臍帶纜受力滑動，帶動水下滾輪、水下壓輪、導(dǎo)纜器中的導(dǎo)輪轉(zhuǎn)動，沿力的豎直分力方向可將導(dǎo)纜器抬起或壓下，水平分力方向帶動水下滾輪及其支架繞萬向輪軸線旋轉(zhuǎn)。導(dǎo)纜器的作用除了使臍帶纜受其導(dǎo)引作用始終約束于水下滾輪輪槽內(nèi)，還增加了水下滾輪及其支架繞萬向輪軸線旋轉(zhuǎn)的力臂長度，使其轉(zhuǎn)動靈活。導(dǎo)纜器結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。導(dǎo)纜器與導(dǎo)纜器旋轉(zhuǎn)桿各自豎直方向的轉(zhuǎn)動，可使水下作業(yè)載體處于不同水深條件下工作及作業(yè)母船受風(fēng)浪影響起伏時，始終保持臍帶纜、導(dǎo)纜器軸線、水下滾輪切線三者重疊。

在臍帶纜收放過程中，該裝置可通過水下滾輪支架的360°轉(zhuǎn)動、導(dǎo)纜器的擺動、導(dǎo)纜器旋轉(zhuǎn)桿的擺動以及水下滾輪、水下壓輪、導(dǎo)纜器導(dǎo)輪的轉(zhuǎn)動，根據(jù)臍帶纜在水下因受力而產(chǎn)生的彎矩自動調(diào)整到摩擦最小的位置，保證臍帶纜收放的順暢，且不受損傷。

水下保護裝置工作示意圖如圖6所示。

3.3 安裝構(gòu)架

安裝構(gòu)架主要由甲板支撐段和吊臂組成。其結(jié)構(gòu)圖如圖7所示。

甲板支撐段為臍帶纜保護裝置提供在工作母船甲板上的安裝固定結(jié)構(gòu)，吊臂上下分別連接水上保護裝置和水下保護裝置；臍帶纜從其管狀結(jié)構(gòu)吊臂穿過有利于對其進行保護；通過A軸的旋轉(zhuǎn)可以實現(xiàn)吊臂的布放回收；通過B軸的旋轉(zhuǎn)可以減小吊臂的流阻（設(shè)計角度為45°），并對突變的張力起到一定的緩沖作用。吊臂的長度根據(jù)船艉甲板高度確定，應(yīng)保證臍帶纜從水下保護裝置出纜點低于船底。

4.適應(yīng)性改進

臍帶纜保護裝置還可根據(jù)母船的特點以及工作要求進一步進行改進。例如，若安裝于ROV專用船只上，可在船艉加裝或?qū)ｉT設(shè)計收放臍帶纜保護裝置安裝構(gòu)架的結(jié)構(gòu)，以利于該裝置的布放與回收；再如，若對于臨時使用的干舷較高的船只，可進行適當(dāng)?shù)母倪M，將水下保護裝置移至水面以上并伸出船舷外，已避免因安裝構(gòu)架過重過大導(dǎo)致收放困難。

5.結(jié)束語

本文提出的臍帶纜保護裝置，是一種機械式自動保護機構(gòu)，構(gòu)思巧妙，維護需求低。要求安裝于母船艉部，安裝后無需人員操作。經(jīng)某型ROV的多次湖海試驗驗證，滿足臍帶纜保護功能要求。與張力控制絞車配合使用，可完成臍帶纜的自動收放任務(wù)，使用便捷可靠，實現(xiàn)了ROV臍帶纜無人操作的智能控制。

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