深水挖溝機電纜絞車的優(yōu)勢及推廣價值

羅金華

（天津市禾厘油氣技術(shù)有限公司，天津　300450）

深水挖溝機電纜絞車的優(yōu)勢及推廣價值

羅金華

（天津市禾厘油氣技術(shù)有限公司，天津300450）

深水挖溝機電纜絞車（簡稱絞車）在海底管線鋪設(shè)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(shè)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(shè)計的絞車的優(yōu)勢及推廣價值。

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(shè)工程，鋪管船上必不可少的有大型的起重設(shè)備、深水挖溝機、承載電纜的絞車等設(shè)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(yù)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(shè)工程也是一項大的工程，因此海底管線鋪設(shè)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(jìn)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(shè)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(jìn)出口的位置采用喇叭口形式及MCT進(jìn)行密封，防止外部的水進(jìn)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(guān)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(yīng)力，計算出滾筒所受的擠壓應(yīng)力，可以粗略的使用擠壓應(yīng)力計算出滾筒壁厚。中心軸是滾筒總成的另一個關(guān)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(jìn)行校核。設(shè)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(hù)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(yīng)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(yīng)位置。采用一絲杠兩導(dǎo)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(yù)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(jìn)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(jìn)行。對于多層電纜絞車，絲杠可以做成單旋往復(fù)絲杠，省去安裝限位開關(guān)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(shè)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(jìn)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(shè)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(fù)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(shè)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(jìn)行調(diào)節(jié)控制?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計有就地和遠(yuǎn)程控制，可以使用遠(yuǎn)程遙控盒進(jìn)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(jìn)入21世紀(jì)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(yīng)該是最佳的運輸方式，因此管道鋪設(shè)必備的絞車必將起到無可替代的作用。