新型線纜沖洗吹干裝置的設(shè)計(jì)

張春林，胡桂銘

（上海中車艾森迪海洋裝備有限公司，上海 201306）

0 引言

現(xiàn)階段，各領(lǐng)域?qū)Ｑ蟮奶綔y及開發(fā)日益增多，其中ROV（Remote Operated Vehicle，遙控?zé)o人潛水器）是使用較多的一類勘探設(shè)備，ROV 在水下工作中，甲板設(shè)備通過臍帶纜與之相連，通過臍帶纜控制ROV。ROV 在水下工作時(shí)，臍帶纜隨之下水，在ROV 結(jié)束工作時(shí)，通過臍帶纜完成對ROV 回收，此時(shí)臍帶纜同樣需回收纏繞至絞車上，臍帶纜表面會(huì)殘留海水和其他雜質(zhì)，而海水中的化學(xué)物質(zhì)對臍帶纜表面有腐蝕效果，若不及時(shí)清理，存在降低臍帶纜的壽命的風(fēng)險(xiǎn)；臍帶纜在運(yùn)動(dòng)過程中，海水滴到甲板上，對工作環(huán)境造成污染，可能帶來安全隱患，則需要一種裝置能對臍帶纜表面的海水和雜質(zhì)進(jìn)行清理。

1 裝置總體方案設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)原則

根據(jù)對現(xiàn)存的臍帶纜回收狀態(tài)的分析和研究，從工作需要出發(fā)，線纜沖洗吹干裝置能提升臍帶纜的清潔程度。結(jié)合現(xiàn)有線纜的使用情況，裝置應(yīng)能滿足多種型號的臍帶纜的使用。綜上，本著裝置經(jīng)濟(jì)，實(shí)用，使用方便等原則，設(shè)計(jì)研究一種線纜沖洗吹干裝置。

1.2 裝置整體結(jié)構(gòu)

線纜沖洗吹干裝置外部的上殼體和下殼體作為整個(gè)裝置的主體結(jié)構(gòu)，既是整個(gè)裝置的支撐件，其中的孔道又能為清水及高壓氣體提供流動(dòng)的通道。殼體的一面安裝相應(yīng)的快插接頭，快插接頭用以與外界的管道聯(lián)通，方便快捷；殼體的兩端安裝導(dǎo)輪組，對線纜進(jìn)行扶正，減少線纜與裝置腔壁的摩擦；裝置內(nèi)部嵌入兩個(gè)半圓型的中間體，中間體由具有彈性的橡膠材質(zhì)制成，兩個(gè)中間體合并形成工作所需要的多個(gè)腔體；殼體的左右兩端裝有耐磨材料制成的去污環(huán)，對線纜進(jìn)行第一道清理。整體外形結(jié)構(gòu)如圖1 所示，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖1 整體外形

圖2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1.3 主要零部件的設(shè)計(jì)

裝置外側(cè)的上、下殼體由不銹鋼材料制成，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。外形呈立方體狀，內(nèi)部具有半圓狀的中空，且為實(shí)現(xiàn)密封件的壓縮效果，半圓的圓心低于立方體下邊緣1 mm。較大的平面具有5 個(gè)凸臺，凸臺中心存在口部帶有管螺紋的貫穿孔，用以安裝接頭及流體的運(yùn)動(dòng)。內(nèi)部的兩端分別有一個(gè)凹槽，用以安裝刮污環(huán)。

圖3 上、下殼體

裝置上、下殼體的去污環(huán)作為第一道清理元件，由聚氨酯材料制成，其結(jié)構(gòu)如圖4 所示。裝置的每端由兩個(gè)去污環(huán)合成一組，中間的凸緣嵌入上下殼體內(nèi)，起到固定位置的作用，并帶有一定的密封效果；內(nèi)孔直徑比臍帶纜的外徑略大，保證臍帶纜能順利通過，又能刮下臍帶纜表面的雜質(zhì)。

圖4 去污環(huán)

中間體是整個(gè)裝置中最重要的部件，由具有彈性的非金屬材料制成（圖5），其外部有5 道徑向溝槽，溝槽的位置分別與殼體的5 個(gè)孔位置相對應(yīng)。內(nèi)部徑向同樣有5 道溝槽，內(nèi)外溝槽之間有相應(yīng)的孔相連。中間體最大外徑略大于殼體內(nèi)孔的直徑，且外部呈溝壑狀，當(dāng)上下殼體壓緊后，能保證密封效果，各個(gè)通道之間不互通；為保證進(jìn)入裝置內(nèi)的氣體具有一定的軸向方向的速度，進(jìn)氣孔位置的內(nèi)外溝槽有一定的錯(cuò)位，則連接內(nèi)外溝槽的孔具有一定的傾斜角度；清理區(qū)域的中間體通道內(nèi)徑大于臍帶纜的直徑，方便臍帶纜的通過和水分及氣體的運(yùn)動(dòng)；兩個(gè)端部位置的內(nèi)徑比臍帶纜的直徑略小，起到一定的密封效果，保證內(nèi)部的氣體與水從指定位置排出。另外，由于臍帶纜最外層為纏繞鋼絲繩，為了使吹干效果更好，在進(jìn)氣孔和排出孔之間的中間體通道內(nèi)壁上加工出螺旋溝槽，使氣體在運(yùn)動(dòng)過程中具有一定的繞中間體內(nèi)壁旋轉(zhuǎn)的速度，能提高清理纏繞鋼絲繩之間縫隙的水分的能力。

圖5 中間體

導(dǎo)輪組的結(jié)構(gòu)如圖6 所示，其主要由3部分組成，分別為支架、導(dǎo)輪及固定導(dǎo)輪的端蓋。支架由螺釘安裝在上下殼體的端部上，導(dǎo)輪中心穿過支架的橫梁，導(dǎo)輪可繞支架橫梁自由轉(zhuǎn)動(dòng)。為固定導(dǎo)輪的橫向位置，在橫梁的端部安裝一個(gè)端蓋，并使用兩個(gè)螺釘固定，減小導(dǎo)輪轉(zhuǎn)動(dòng)使螺釘松動(dòng)的可能性。導(dǎo)輪的凹槽半徑尺寸比臍帶纜外徑略大，且由低摩擦的尼龍材料制成，這樣可減少滑輪與橫梁之間的轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦和臍帶纜在滑輪上運(yùn)動(dòng)的阻力，有效延長導(dǎo)輪的壽命，且由于凹槽的頂部具有更大的開口角度，當(dāng)臍帶纜運(yùn)動(dòng)方向出現(xiàn)較大的偏差時(shí)，導(dǎo)輪仍能使臍帶纜以垂直于裝置的方向，順利地通過線纜沖洗吹干裝置，減少刮污環(huán)、中間體與臍帶纜的摩擦。殼體的一端安裝兩個(gè)導(dǎo)輪組，導(dǎo)輪組之間形成一個(gè)封閉區(qū)域，臍帶纜能在此區(qū)域運(yùn)動(dòng)，又不至于脫離導(dǎo)輪的束縛。

圖6 導(dǎo)輪組

去污環(huán)、中間體及導(dǎo)輪為可拆卸元件，為適應(yīng)多種規(guī)格的臍帶纜，可按照需求，更換不同內(nèi)徑的去污環(huán)和中間體、不同凹槽尺寸的導(dǎo)輪，而其他元件可繼續(xù)使用，可以大大提高產(chǎn)品的使用范圍。

2 裝置的工作過程

安裝完成此裝置，上下殼體之間增加密封墊，并使用長螺栓將上下殼體固定，裝置的所有快插接頭連接相關(guān)氣管或者水管，臍帶纜經(jīng)過導(dǎo)輪組的引導(dǎo)，穿過沖洗吹干裝置，裝置工作原理如圖7 所示。

圖7 工作原理

在裝置作業(yè)過程中，臍帶纜由于外部的牽引，臍帶纜在裝置內(nèi)部穿過。臍帶纜的運(yùn)動(dòng)方向從左至右，當(dāng)臍帶纜移動(dòng)過程中，首先由裝置左端部的去污環(huán)刮除掉臍帶纜表面的雜質(zhì)和部分海水，達(dá)到首次清理的效果。由氣泵通過進(jìn)氣孔往裝置內(nèi)注入氣體，水泵通過進(jìn)水孔往裝置注入相同壓力的清水，清水在進(jìn)入中間體內(nèi)孔后分為兩股分別往左右流動(dòng)，左右兩股清水和兩邊的氣體相遇后，氣和水二者一起從排出孔排至裝置外，再通過排水管將已使用的氣體和水排放至指定位置。裝置內(nèi)部即被分割為4 塊區(qū)域，區(qū)域1、4 為吹干區(qū)，區(qū)域2、3 為沖洗區(qū)。臍帶纜依次通過4 個(gè)區(qū)域，在區(qū)域1 中，有左側(cè)的進(jìn)氣清理掉一定量的海水；達(dá)到區(qū)域2 后，清水由進(jìn)水孔進(jìn)入后，從右至左通過中間體之間的通道，與左側(cè)進(jìn)入的氣體匯合后，從排出孔被排出到裝置外，在此區(qū)域中，臍帶纜經(jīng)歷第一道清洗；臍帶纜進(jìn)入?yún)^(qū)域3，清水從左至右移動(dòng)，臍帶纜達(dá)到第二次清洗的效果；在區(qū)域4 中，氣體對已經(jīng)經(jīng)過兩道清洗的臍帶纜進(jìn)行吹干，區(qū)域3、4 的水和氣體一起從右邊的排出孔排出至裝置外。最終，臍帶纜通過沖洗吹干裝置后，進(jìn)行回收。

為了保證清水和高壓氣體的順利流動(dòng)，外部接頭內(nèi)徑、殼體上的孔道內(nèi)徑、中間體的尺寸以及中間體的孔道內(nèi)徑需滿足一定的關(guān)系。以一組進(jìn)氣孔為例，進(jìn)氣孔接頭與殼體的孔道一一相連，則接頭內(nèi)徑與殼體孔道內(nèi)徑相等。氣體進(jìn)去中間體的溝槽后，會(huì)分為兩股，分別進(jìn)去一個(gè)中間體的氣道內(nèi)，為了以保證氣體的順利流動(dòng)，每個(gè)溝槽的橫截面積至少為殼體孔道截面積的一半，中間體孔道的截面積應(yīng)與溝槽的截面積相等。其他類型的孔道與溝槽截面積也應(yīng)滿足此種關(guān)系。

同理，整個(gè)裝置中流體的進(jìn)入孔為2 個(gè)進(jìn)水孔和4 個(gè)進(jìn)氣孔，廢水廢氣的排出孔為4 個(gè)，為保證內(nèi)部的氣體和水能夠順利地排出，一個(gè)排出孔的截面積大于一個(gè)進(jìn)氣孔與一個(gè)進(jìn)水孔的截面積的1/2 之和。而為了減小裝置孔道被堵，廢水廢氣無法排出的可能性，將一個(gè)排出孔的截面積設(shè)置為大于2 個(gè)進(jìn)氣孔與一個(gè)進(jìn)水孔的截面積的之和，則當(dāng)一個(gè)排出孔被堵時(shí)，其他的排出孔能滿足排出流量的需求。

3 裝置的主要特點(diǎn)

（1）整個(gè)裝置只包含5 個(gè)主要部件，形式簡單、維護(hù)方便。

（2）裝置呈左右對稱分布，可雙向使用，減小了安裝難度，無需考慮裝置安裝的特殊性。

（3）進(jìn)氣道呈斜角布置，可減小高壓氣體的運(yùn)動(dòng)阻力。

（4）螺旋狀氣道是高壓氣體可繞臍帶纜旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，增加臍帶纜外圈螺旋鋼纜縫隙內(nèi)的水分清理能力。

（5）中間體、刮污環(huán)、導(dǎo)輪可根據(jù)需要更換所需尺寸的件，大大提高裝置的使用范圍。

4 結(jié)語

為解決去除臍帶纜表面殘留的海水和其他雜質(zhì)的問題，設(shè)計(jì)一種線纜沖洗吹干裝置。該裝置的社會(huì)效益不限于海工，對普通電纜制造中的吹干問題也有一定的指導(dǎo)意義，且該裝置操作便捷、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、使用方便，值得被推廣。