深水挖溝機電纜絞車的優(yōu)勢及推廣價值

羅金華

【摘 要】深水挖溝機電纜絞車（簡稱絞車）在海底管線鋪設工程中起到了很重要的作用及在未來海洋新能源開采中的作用。通過海底管線把集運、儲運和路上工業(yè)系統(tǒng)串聯(lián)起來，因此海底管線是最快捷、最安全和經(jīng)濟的運輸方式。為了完成海底管線鋪設工程，本文主要講述了絞車的結(jié)構(gòu)及各個系統(tǒng)的功能，實現(xiàn)絞車的自動運行，體現(xiàn)出我們設計的絞車的優(yōu)勢及推廣價值。

【關鍵詞】絞車 滑環(huán) 排纜系統(tǒng) 張緊系統(tǒng) 液壓系統(tǒng)

1 海洋能源分布及海底管線的作用

在海洋能源的開采中，無論采用哪種集運的形式，海底管線均是海洋工程中的重要的組成部分，也是能源開采系統(tǒng)的重要的組成部分。為了完成海底管線鋪設工程，鋪管船上必不可少的有大型的起重設備、深水挖溝機、承載電纜的絞車等設備。我國的石油資源主要分布在東海、南海、渤海和臺灣海峽，根據(jù)我國勘探成果預測，在渤海、黃海、東海及南海北部大陸架海域石油資源量和天然氣資源量豐富。近年來近海大陸架上的渤海、北部灣、珠江口、鶯瓊、南黃海、東海等六大沉積盆地，都發(fā)現(xiàn)了豐富的油氣資源，無疑我國是世界海洋油氣資源豐富的國家之一。在這些豐富的資源開采過程中，海底管線鋪設工程也是一項大的工程，因此海底管線鋪設必不可少的絞車具有很好的優(yōu)勢及推廣價值。

2 絞車的主要系統(tǒng)及介紹

2.1臍帶電纜的作用

為了保證鋪管船上深水挖溝機的作業(yè)順利進行，通常使用電纜連著深水挖溝機和絞車。電纜一般由鎧裝層、橡膠層、動力電纜、射頻同軸電纜、數(shù)字通信對絞電纜及接地線等組成，用于提供監(jiān)控系統(tǒng)、傳遞動力電源及控制信號。根據(jù)作業(yè)環(huán)境條件及設計要求，電纜直徑和長度也會有一定的差距，為了電纜的安全可靠性，需要將電纜纏繞在絞車上。插入滾筒內(nèi)部的線頭與滾筒內(nèi)部的動力接線箱和信號接線箱連接，并在進出口的位置采用喇叭口形式及MCT進行密封，防止外部的水進入到滾筒的內(nèi)部，這樣就實現(xiàn)自動收放電纜，提高工作效率。

2.2滾筒總成的結(jié)構(gòu)形式

滾筒總成主要是用來纏繞電纜的結(jié)構(gòu)，是絞車的重要的承載部件，主要由滾筒、中心軸、大齒輪及軸套環(huán)等組成。滾筒的強度對整臺絞車的安全可靠性至關重要，滾筒的外徑需要根據(jù)國內(nèi)外電纜的彎曲半徑確定。由于滾筒的截距比較短，可以忽略滾筒所受的彎曲合成應力，計算出滾筒所受的擠壓應力，可以粗略的使用擠壓應力計算出滾筒壁厚。中心軸是滾筒總成的另一個關鍵零件，需要按照扭矩、彎曲和扭轉(zhuǎn)合成強度、疲勞強度等方面進行校核。設計成空心軸的形式，一來減輕中心軸的自重，二來方便動力滑環(huán)和信號滑環(huán)的安裝和拆卸，便于后期的維修和自檢工作。大齒輪與滾筒側(cè)板中心孔采用過渡配合、螺栓連接的形式，軸孔與中心軸采用雙鍵過渡配合、軸肩定位的安裝形式；軸套環(huán)采用軸向自由的安裝的形式，其它與大齒輪安裝一致。滾筒總成采用此種安裝方法，便于拆卸安裝，同時對中心軸也起到了保護作用，延長了中心軸的使用壽命，比獨立連接的形式更具有優(yōu)越性和實用性。

2.3動力滑環(huán)和信號滑環(huán)的安裝及作用

動力滑環(huán)和信號滑環(huán)的結(jié)構(gòu)采用中心軸孔的安裝形式，動力滑環(huán)和信號滑環(huán)分別安裝在軸孔的兩側(cè)，滑環(huán)的轉(zhuǎn)子端蓋與軸端用螺栓連接，底部用四個鎖緊螺母固定并調(diào)心對中；定子采用拔銷固定的形式，防止定子的轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)子出來的電纜與滾筒內(nèi)部的接線箱連接，定子出來的電纜與絞車外部的接線箱連接，外部接線箱的另一端與鋪管船上的控制室和動力電源集裝箱連接，外部連接采用快速航空接頭連接的方式，因此控制室的工作人員可以隨時觀察到海底挖溝鋪管的實施情況。動力滑環(huán)和信號滑環(huán)做成分體式，主要是了防止動力電纜在通電后產(chǎn)生電磁場，干涉射頻信號的傳輸，影響控制室的人員的觀察水下的工作狀況。

2.4排纜系統(tǒng)和編碼器系統(tǒng)的應用

排纜系統(tǒng)是絞車另一個重要的機構(gòu)，作為單獨的整體，可以方便拆卸和安裝在絞車相應位置。采用一絲杠兩導向軸三角結(jié)構(gòu)形式，使排纜框架有條不紊的左右移動，避免電纜的凌亂。對于單層電纜絞車，螺旋副的螺紋可為梯形螺紋，材料采用淬火的40Cr對青銅，摩擦系數(shù)低，有較好的抗膠合能力和耐磨性。排纜系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速不高，因此消除絲杠與螺母之間的間隙和調(diào)整預緊的結(jié)構(gòu)形式為墊片式。排纜系統(tǒng)的運動狀態(tài)通過編碼器系統(tǒng)輸出信號來決定排纜系統(tǒng)的變頻電機的運行狀態(tài)。編碼器系統(tǒng)的傳動齒輪與大齒輪嚙合，通過大齒輪轉(zhuǎn)動帶動編碼器轉(zhuǎn)動，將旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出脈沖信號直接輸入給PLC，利用PLC的高速計數(shù)器對其脈沖信號進行計數(shù)，以獲得測量結(jié)果。變頻器利用繼電器接點與PLC相連，得到運行/停止、正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)、點動等運行狀態(tài)控制信號，從而控制變頻電機的運動狀態(tài)，可以使排纜框架與滾筒的運轉(zhuǎn)同步進行。對于多層電纜絞車，絲杠可以做成單旋往復絲杠，省去安裝限位開關的部分。

2.5張緊、噴淋系統(tǒng)的作用

張緊系統(tǒng)是絞車的重要組成部分之一，主要作用是在絞車的排纜和收纜過程中壓緊電纜，防止電纜松動，以便絞車能夠正常排纜和收纜。為了使張緊輪切線速度等于電纜出線速度，采用鏈輪傳動形式，鏈輪傳動機構(gòu)集成到一個箱體內(nèi)，并與大齒輪嚙合。張緊輪采用對合式設置，且張緊輪結(jié)構(gòu)為組合式，一旦張緊輪磨損需要更換時，無需拆除整個系統(tǒng)，只需拆除幾根螺柱就可以方便的進行張緊輪更換，操作簡單，省時省力，提高了工作效率。噴淋系統(tǒng)主要給電纜降溫和供給液壓冷卻泵，在絞車底座設有水箱。由于絞車的電纜輸送的是高壓，電纜的溫度較高，防止電纜因高溫自燃，需要通過噴淋水給電纜降溫。

2.6液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)的作用

液壓系統(tǒng)及控制系統(tǒng)是整臺絞車的靈魂，液壓傳動裝置和其它類型的傳動裝置相比，在同等功率條件下體積小、重量輕，因此慣性小、動作靈敏，可實現(xiàn)頻繁啟動和換向，容易實現(xiàn)無級調(diào)速，調(diào)速范圍較大，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，容易吸收沖擊和振動。這些特點操縱簡單，便于實現(xiàn)自動化，特別是和控制系統(tǒng)組成電液復合系統(tǒng)時上述優(yōu)點更明顯?？刂葡到y(tǒng)集中到控制柜中，實現(xiàn)了絞車自動運行，所有系統(tǒng)設有手動調(diào)節(jié)和自動調(diào)節(jié)，在運行中出現(xiàn)偏差時，可以通過手動調(diào)節(jié)按鈕進行調(diào)節(jié)控制?？刂葡到y(tǒng)設計有就地和遠程控制，可以使用遠程遙控盒進行控制。

絞車實現(xiàn)了完全自動化，不僅減輕了勞動力，而且提高了工作的效率。所有的系統(tǒng)集成在一個框架之中，運輸方便，結(jié)構(gòu)緊湊，在絞車的制造行業(yè)中具有很好的優(yōu)勢。

3 絞車的推廣價值

進入21世紀后，發(fā)展海洋新能源（如可燃冰）是一種必然的趨勢，也是“中國夢”的核心內(nèi)容，可燃冰產(chǎn)生的能量是煤炭、石油和天然氣的數(shù)十倍，而且不會產(chǎn)生任何的雜質(zhì)，必將成為未來的新能源?？扇急鶡o論采用哪種開采的方式，管道運輸應該是最佳的運輸方式，因此管道鋪設必備的絞車必將起到無可替代的作用。