深海光纤细缆绞车设计关键技术研究

发布时间：2020-01-29 07:05

【摘要】：目前各个国家都因资源减少的问题,引起了探索新型资源的热潮。尤其是深海领域资源,用于探索不同深度的作业设备(如HOV、ROV潜水器),是目前使用最直观、最尖端的水下技术设备。ROV、深海拖体等深海作业设备的布放工作模式一般分为两个阶段:一是深海设备通过承重绞车从母船上吊放至水下一定深度;二是通过脐带缆或者光纤细缆配合水下设备进行大深度的作业,同时具有向水下设备提供动力、向甲板单元传输实时信息的功能。如今人们已经把目光投向于大洋深处,尤其是世界最深海沟—马里亚纳海沟。深海领域的不断发展,促使研制水下设备的作业深度不断增加、设备的功能要求不断提高、配合绞车使用的带缆长度和自身水下重量不断增加、绞车卷筒上缠绕带缆的层数不断增加、带缆承受张力的大小不断增加。绞车在布放回收深海设备的过程中,容易在母船升沉运动中出现水下设备承受的牵引力和带缆的张力过大、在卷筒上出现乱缆(空槽、咬缆、背缆)、夹缆,甚至出现带缆崩断、水下设备的丢失等不良现象。总之,绞车作为承载水下设备的核心设备,它能否适应复杂的海况、满足设备的使用要求、提供稳定安全的作业能力、防止系统出现不良现象,直接关系到整个甲板系统和水下设备的正常运行及工作人员的安全。对于深海绞车的使用,国内外并没有一套完整而有效的深海绞车系统。对于深海设备的使用深度来说,传统绞车已经无法满足深海绞车作业的使用要求。针对深海设备在复杂工况下进行定点作业的情况,本文开展了深海绞车吊放系统的研究,设计了一套完整的万米级深海绞车体系,并对其关键核心系统:布放回收系统、自动排缆系统、升沉补偿系统和减张力系统等进行明确分工和技术研究。通过万米级光纤细缆实现快速通讯功能,虽然重量轻、直径微小,但具有承载部分张力的功能;通过布放回收系统实现带缆被动放缆的功能和循环使用的特点;通过自动排缆系统实现带缆整齐、有序的排列,并减轻人工劳动、提高工作效率;通过升沉补偿系统弥补母船不可控的升沉运动,防止母船不可控运动对带缆张力的影响;通过减张力系统实现带缆以低张力的形态进入卷筒,有效保证带缆的均匀、整齐排列,防止出现乱缆、松缆等不良现象。本文重点围绕万米级光纤细缆开展对深海绞车成套系统的研制,详细研究带缆张力的控制,主要体现在主动控制张力和被动补偿张力上,防止带缆张力的瞬时增大,保证带缆张力处于正常的工作形态。考虑万米级带缆的重量,传统的带缆由于比重大将直接导致带缆张力的明显变化。本文的创新点之一是采用比重小、直径小的万米级光纤细缆,通过细缆快速向水面发出通讯和提供深海设备的动力,也具有承载张力的能力。考虑母船受到海上风浪流的影响,会产生不同程度的纵摇、横摇、垂荡等现象,本文设计一种机械传动式升沉补偿系统,有效防止因母船不可控的运动而导致带缆崩断、设备丢失的情况。考虑绞车收放带缆存在张力过大而产生嵌缆、夹缆和乱缆等问题,首次提出一种驱动滑轮的减张力装置,该装置通过张力释放,实现低张力状态进入卷缆。本文详细介绍深海绞车的总体结构设计方案,阐述了深海绞车的工作原理、发展特点和性能要求,最终形成一套完整的深海绞车总体结构设计方案;介绍了复杂海况的基本参数、配合使用深海作业设备和微细带缆的基本参数以及母船上整个甲板吊放系统的基本参数。在阐述减张力装置作用原理的基础上,结合滑轮结构不同布放形式,建立带缆与驱动轮之间的减张力关系特性,重点分析张力与滑轮摩擦包角、滑轮个数等参数间的影响关系。通过两种模型数据进行详细结果对比、分析和做出相应的结论,验证了该装置减张力的有效性,为深海绞车提供关键技术支撑。综上所述,本文着眼于一套完整的深海绞车体系,对配合万米级细缆使用的深海绞车开展关键技术的深入研究工作,并研制新型升沉补偿系统和减张力系统以及相关技术进行了分析和试验验证,实现了深海绞车多功能一体化的使用,为深海设备的研制和使用提供关键的核心技术保障。
【图文】：

绞车,深海,系统总体结构,设计方案

减速器；2 联轴器；3 液压马达；4 液压元件；5 控制箱；6 带缆；7 升沉补8 张力传感器；9 减张力装置；10 喇叭口；11 自动排缆装置；12 卷筒图 2-1 深海绞车系统总体结构设计方案Fig 2-1 Deep sea winch system overall structure design车卷筒和排缆机构通过齿轮传动控制光纤细缆的排缆，绞车卷筒每会带动排缆机构向前行进一定的距离，这样可以保证光纤细缆与绞离保持垂直，有利于均匀排缆。收缆时，驱动马达带动驱动滑轮收在进入该滑轮之前处于提升水下工作设备，具有很大的张力。光纤之间经过多次缠绕，其摩擦力大大增加，使其排出缆的张力非常低缠绕时，张力处于很小的状态，这样既能保障光纤细缆在卷筒上整障缠绕滑轮组后张力处于放松状态，有利于均匀排缆。海绞车正常工作时，人工对控制箱 5 进行设定基本参数，调整整个式。由液压马达提供动力，通过液压元件和机械装置将液压马达的缆的提升力和补偿张力。在带缆配合水下设备回收布放时，随着传卷筒 12 的转动，自动排缆装置 11 相应做定向往复运动，实现带缆

双向丝杠,排缆机构

槽、咬缆、背缆、夹缆等不良现象。同时在传动轴中安装有制一步保证控制箱可以得到有效的数据，并做出精确的调整。4 深海绞车主要组成系统动排缆装置装置主要作用是将布放回收的带缆在绞车卷筒上进行整齐而缆器的往复直线运动和卷筒的旋转运动处于同步状态，保证带缆等不良的现象。由于深海作业水下设备的收放带缆较长，，如，带缆在卷筒上的缠绕就会出现严重的问题，甚至致使带缆失效）双向丝杠排缆机构丝杠排缆是均匀设计的双向螺纹，两端的纹路交叉在一起形路”的形式，这种交叉形式可以有限实现自动换向的作用，使上往复直线运动，如图 2-2 所示。
【学位授予单位】：上海海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P715.1

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