ROV脐带缆保护装置

中国船舶重工集团公司第七一○研究所 杨海鹏

1.引言

ROV的使用很大程度上受到脐带缆的限制，主要体现在脐带缆容易被母船甲板、船身、船底缠绕或磨损，有时需要投入多人保护脐带缆。

脐带缆保护装置的功能要求是在脐带缆绞车始终提供脐带缆一定的张力条件下，使脐带缆自动（无需人工干预）避免缠绕或磨损。

从ROV驶离母船开始，到ROV在固定区域或是与母船同步航行进行水中、水面作业，直至回收ROV，各阶段脐带缆的张力、滑速、水中空间位形时刻在变化，且受海流及母船周围流场的影响，这些变化更加难以预测。

2.设计思路和功能实现方式

脐带缆保护装置的主要设计思路是在上述各因素的影响下，脐带缆可以通过该装置的导向作用，实现在脐带缆管理系统出缆端直至水下潜航体尾部区域，通过机械导向结构，使脐带缆与设备接触区域始终为安全的滚动摩擦状态，而且可避开母船船体。

本装置在脐带缆绞车在线张力控制并始终保持脐带缆张紧的作用下，通过水上定向、水下万向自动将脐带缆导引至管腔内或轮槽中，并根据脐带缆在水下因受力而产生的弯矩自动调整到摩擦最小的位置，防止脐带缆运动过程中受到损伤，保证脐带缆收放的顺畅，实现脐带缆的安全保护。脐带缆保护装置工作示意图如图1所示。

图1 脐带缆保护装置工作示意图Fig.1 Working Diagram of umbilical cable protection equipment

3.设计方案

脐带缆保护装置主要由水上保护装置、安装构架、水下保护装置组成（如图2所示）。

图2 脐带缆保护装置组成图Fig.2 System components of umbilical cable protection equipment

3.1 水上保护装置

水上保护装置主要由水上滚轮、水上压轮、水上支架组成。

图3 水上保护装置结构图Fig.3 Structure of protection equipment upon water

水上滚轮是一个外圆周设有整圈槽的轮形结构，其所用是将脐带缆管理系统的出缆导入保护装置中；水上压轮的作用是阻拦有可能跳出水上滚轮槽的脐带缆；水上支架的作用是将水上保护装置于水上支架连接，并使脐带缆经滚轮槽后导向至安装构架管状结构中心区域。水上保护装置结构图如图3所示。

3.2 水下保护装置

水下保护装置由水下万向轮轴、水下万向轮、水下滚轮、压轮、导缆器、导缆器旋转杆、固定轴、旋转轴、限位板、出缆保护环、滑动轴承、滚动轴承、以及支架和紧固件等组成。水下保护装置结构图如图4所示。

图4 水下保护装置结构图Fig.4 Structure of protector equipment under water

脐带缆从管状的水下万向轮轴中穿出，进入上下两个水下滚轮轮槽中（必须经两个水下滚轮靠近处穿出），沿轮槽经其中一个出缆保护环进入导缆器中的呈“井”字形布置的导轮组的中空处，再经另一个出缆保护环引出。脐带缆受力滑动时，沿力的竖直分力方向可将导缆器抬起或压下，水平分力方向带动水下滚轮及其支架绕万向轮轴线旋转，使脐带缆受导缆器的导引作用始终位于一个（或两个）水下滚轮轮槽处，并使脐带缆始终沿水下滚轮切线方向带动水下滚轮转动，且与导缆器轴线始终保持基本重叠。无论脐带缆在水中姿态如何改变，该装置均能跟随脐带缆摆动（竖直方向）、转动（水平方向），使脐带缆顺利地收放。

图5 导缆器的结构图Fig.5 Structure of fair-lead

图6 水下保护装置的工作示意图Fig.6 Working sketch map of protector equipment under water

图7 安装构架结构图Fig.7 Structure of installation frame

在收放电缆时，脐带缆受力滑动，带动水下滚轮、水下压轮、导缆器中的导轮转动，沿力的竖直分力方向可将导缆器抬起或压下，水平分力方向带动水下滚轮及其支架绕万向轮轴线旋转。导缆器的作用除了使脐带缆受其导引作用始终约束于水下滚轮轮槽内，还增加了水下滚轮及其支架绕万向轮轴线旋转的力臂长度，使其转动灵活。导缆器结构图如图5所示。导缆器与导缆器旋转杆各自竖直方向的转动，可使水下作业载体处于不同水深条件下工作及作业母船受风浪影响起伏时，始终保持脐带缆、导缆器轴线、水下滚轮切线三者重叠。

在脐带缆收放过程中，该装置可通过水下滚轮支架的360°转动、导缆器的摆动、导缆器旋转杆的摆动以及水下滚轮、水下压轮、导缆器导轮的转动，根据脐带缆在水下因受力而产生的弯矩自动调整到摩擦最小的位置，保证脐带缆收放的顺畅，且不受损伤。

水下保护装置工作示意图如图6所示。

3.3 安装构架

安装构架主要由甲板支撑段和吊臂组成。其结构图如图7所示。

甲板支撑段为脐带缆保护装置提供在工作母船甲板上的安装固定结构，吊臂上下分别连接水上保护装置和水下保护装置；脐带缆从其管状结构吊臂穿过有利于对其进行保护；通过A轴的旋转可以实现吊臂的布放回收；通过B轴的旋转可以减小吊臂的流阻（设计角度为45°），并对突变的张力起到一定的缓冲作用。吊臂的长度根据船艉甲板高度确定，应保证脐带缆从水下保护装置出缆点低于船底。

4.适应性改进

脐带缆保护装置还可根据母船的特点以及工作要求进一步进行改进。例如，若安装于ROV专用船只上，可在船艉加装或专门设计收放脐带缆保护装置安装构架的结构，以利于该装置的布放与回收；再如，若对于临时使用的干舷较高的船只，可进行适当的改进，将水下保护装置移至水面以上并伸出船舷外，已避免因安装构架过重过大导致收放困难。

5.结束语

本文提出的脐带缆保护装置，是一种机械式自动保护机构，构思巧妙，维护需求低。要求安装于母船艉部，安装后无需人员操作。经某型ROV的多次湖海试验验证，满足脐带缆保护功能要求。与张力控制绞车配合使用，可完成脐带缆的自动收放任务，使用便捷可靠，实现了ROV脐带缆无人操作的智能控制。

[1]朱克强等.随机波浪下遥控潜水器强非线性耦合空间运动与缆索安全性研究[J].南京:海洋工程,2010(2).

[2]卢其进,杨和振.母船垂荡导致ROV脐带缆参量共振的研究[J].天津:海洋技术,2011(3).

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