海底电缆装盘参数改进计算方法

胡珍伍，陈世海

（交通运输部 上海打捞局，上海 200090）

0 引 言

海底电缆通常分为电力电缆和通信电缆（光缆）2种，其不仅是岛屿与大陆之间、海洋平台之间和海上风电场之间等场所间传输电力的纽带，而且承担着全球90%以上的跨洋通信服务，对社会发展有重要的促进作用[1]。海底电缆铺设工程属于海洋工程范畴，至今已有近170年的历史，电缆装盘是其中一个重要环节。相比普通电缆，海底电缆外径大，铺设路径长，装载海底电缆的盘具的尺寸大多超出了JB/T 8137.1—2013[2]的规定，且该标准附录A中提供的电缆装盘长度计算公式与实际情况不符，装盘余量与实际情况有较大偏差[3-4]，不利于确定海底电缆铺设方案中的电缆盘尺寸和施工船舶主尺度要求，甚至会影响项目实施方案的可行性和经济性。因此，有必要在项目实施方案中对电缆装盘参数进行更为准确的计算。

1 电缆装盘参数理论计算方法

理论上电缆装盘之后应紧密规整地排列，不存在相互错位的情况。图1为理想电缆装盘示意，其中：d1为电缆盘侧板直径，mm；d2为筒体直径（其大小应满足GB/T 12706.1—2008中的弯曲半径要求[5]），mm；l1为电缆盘外宽，mm；l2为内宽，mm；D为电缆外直径，mm；t为装盘余量，其最小取值范围为1.3D～1.5D。

图1 理想电缆装盘示意

1.1 JB/T 8137.1—2013中的计算公式

按照图1所示线缆紧密规整排列的情况，卷绕层数为

每层卷绕圈数为

式(2)中：δ为电缆盘内宽装载有效系数，其值可根据实际情况确定，本文取0.95。

单圈线缆的平均直径为

电缆装盘长度为

式(4)中：π取3.1416；p、n和L的数值只取整数部分。

基于标准公式计算卷绕层数p（整数），由此可反推出实际的装盘余量为

另外，若选定的电缆盘尺寸较大，需要装盘的电缆没有达到电缆盘的最大容量，则可根据已知的电缆长度L0和直径D推算出装盘之后的卷绕圈数（同式(2)，略）、层数p′和相应的装盘余量t′，有

计算得到的p′需向上取整。

1.2 体积法[4]

电缆装载如图1所示，对于每层电缆，装盘截面积1A和电缆截面积2A满足

卷绕层数的计算同式(1)，每层卷绕圈数的计算同式(2)，则电缆总体积V2与装盘体积1V之比为

设Lv为电缆装盘长度，则有

结合式(10)～式(12)，可推出电缆装盘长度为

式(10)～式(13)中各变量的符号同前所述，p、n和Lv的数值只取整数部分，不进位。

同样地，可反推出实际的装盘余量为

若选定的电缆盘尺寸较大，需要装盘的电缆未达到电缆盘的最大容量，也可根据已知的电缆长度L0和直径D推算出装盘之后的卷绕圈数（同式(2)，略）、理论装盘余量t0、层数p′和实际装盘余量t′，有

计算得到的p′需向上取整。

2 电缆装盘参数改进计算方法

通过观察电缆装盘的实际情况可知，并非如图1所示规整地排列，而是上下层之间有相互错位的情况出现，尤其是当单层电缆不能刚好铺满电缆盘内宽时，表现较为明显，典型的实际电缆装盘示意见图2。

图2 典型的实际电缆装盘示意

图2中电缆周围截面圆彼此外切，由几何关系可知，除了第一层电缆占据电缆盘的高度为D以外，后续各层线缆占据电缆装盘的高度h均为

则卷缆层数p可表示为

每层电缆卷绕圈数n为

若装盘各圈电缆可视为同心圆，则第i层电缆的长度iL为

将所有p层电缆长度相加，可得到电缆装盘长度eL为

式(18)～式(22)中各变量的符号同前所述，p、n和Le的数值只取整数部分，不进位。

进一步地，可反推出实际的装盘余量t为

若选定的电缆盘尺寸较大，需要装盘的电缆没有达到电缆盘的最大容量，亦可根据已知的电缆长度L0和直径D推算出装盘后的卷绕圈数（同式(2)，略）、层数和相应的装盘余量，有

计算得到的p′需向上取整。

3 电缆装盘容量3种计算方法计算结果对比分析

分别采用前述3种计算方法对电缆装盘长度进行计算，并将计算结果与实际值相对比，结果见表1。

表1 电缆装盘长度计算结果对比

从表1中可看出，在不考虑电缆装载受压变形和相关制造误差的情况下，对于不同的电缆盘尺寸，采用3种方法计算得到的电缆装盘长度（电缆盘最大容量）均比实际值小，采用改进算法得到的计算值最大，体积法次之，采用标准JB/T 8137.1—2013算法得到的计算值最小；采用改进算法得到的计算值与实际值的偏差基本上在3%以内，采用体积法的计算结果偏差在10%～15%，采用标准JB/T 8137.1—2013的计算结果偏差在12%～20%。

4 结 语

1) 在实际电缆装盘上下层错位的情况下，采用本文提出的改进方法计算的装盘长度与实际值的偏差基本上在3%以内，说明本文提出的电缆装盘长度计算方法更符合实际，计算结果更准确，而标准JB/T 8137.1—2013的计算结果与实际值偏差最大，是三者中最保守的。

2) 若每层电缆都能刚好铺满电缆盘内宽或确保各层电缆上下一一对应，在不存在错位的情况下，采用改进算法和标准JB/T 8137.1—2013计算得到的电缆装盘参数是一致的。因此，改进算法中h的取值范围可以是

3) 3种计算方法均可反推出相应的实际装盘余量，且针对装盘电缆未达到电缆盘最大容量的情况，可由已知的电缆长度L0和外直径D推导出实际装盘之后的卷绕圈数、层数和装盘余量等参数的计算公式。

4) 本文提出的计算方法可为海底电缆等电缆铺设工程精确计算电缆装盘参数、确定相关设备要求提供参考。