ROV臍帶纜保護裝置

中國船舶重工集團公司第七一○研究所 楊海鵬

1.引言

ROV的使用很大程度上受到臍帶纜的限制，主要體現在臍帶纜容易被母船甲板、船身、船底纏繞或磨損，有時需要投入多人保護臍帶纜。

臍帶纜保護裝置的功能要求是在臍帶纜絞車始終提供臍帶纜一定的張力條件下，使臍帶纜自動（無需人工干預）避免纏繞或磨損。

從ROV駛離母船開始，到ROV在固定區域或是與母船同步航行進行水中、水面作業，直至回收ROV，各階段臍帶纜的張力、滑速、水中空間位形時刻在變化，且受海流及母船周圍流場的影響，這些變化更加難以預測。

2.設計思路和功能實現方式

臍帶纜保護裝置的主要設計思路是在上述各因素的影響下，臍帶纜可以通過該裝置的導向作用，實現在臍帶纜管理系統出纜端直至水下潛航體尾部區域，通過機械導向結構，使臍帶纜與設備接觸區域始終為安全的滾動摩擦狀態，而且可避開母船船體。

本裝置在臍帶纜絞車在線張力控制并始終保持臍帶纜張緊的作用下，通過水上定向、水下萬向自動將臍帶纜導引至管腔內或輪槽中，并根據臍帶纜在水下因受力而產生的彎矩自動調整到摩擦最小的位置，防止臍帶纜運動過程中受到損傷，保證臍帶纜收放的順暢，實現臍帶纜的安全保護。臍帶纜保護裝置工作示意圖如圖1所示。

圖1 臍帶纜保護裝置工作示意圖Fig.1 Working Diagram of umbilical cable protection equipment

3.設計方案

臍帶纜保護裝置主要由水上保護裝置、安裝構架、水下保護裝置組成（如圖2所示）。

圖2 臍帶纜保護裝置組成圖Fig.2 System components of umbilical cable protection equipment

3.1 水上保護裝置

水上保護裝置主要由水上滾輪、水上壓輪、水上支架組成。

圖3 水上保護裝置結構圖Fig.3 Structure of protection equipment upon water

水上滾輪是一個外圓周設有整圈槽的輪形結構，其所用是將臍帶纜管理系統的出纜導入保護裝置中；水上壓輪的作用是阻攔有可能跳出水上滾輪槽的臍帶纜；水上支架的作用是將水上保護裝置于水上支架連接，并使臍帶纜經滾輪槽后導向至安裝構架管狀結構中心區域。水上保護裝置結構圖如圖3所示。

3.2 水下保護裝置

水下保護裝置由水下萬向輪軸、水下萬向輪、水下滾輪、壓輪、導纜器、導纜器旋轉桿、固定軸、旋轉軸、限位板、出纜保護環、滑動軸承、滾動軸承、以及支架和緊固件等組成。水下保護裝置結構圖如圖4所示。

圖4 水下保護裝置結構圖Fig.4 Structure of protector equipment under water

臍帶纜從管狀的水下萬向輪軸中穿出，進入上下兩個水下滾輪輪槽中（必須經兩個水下滾輪靠近處穿出），沿輪槽經其中一個出纜保護環進入導纜器中的呈“井”字形布置的導輪組的中空處，再經另一個出纜保護環引出。臍帶纜受力滑動時，沿力的豎直分力方向可將導纜器抬起或壓下，水平分力方向帶動水下滾輪及其支架繞萬向輪軸線旋轉，使臍帶纜受導纜器的導引作用始終位于一個（或兩個）水下滾輪輪槽處，并使臍帶纜始終沿水下滾輪切線方向帶動水下滾輪轉動，且與導纜器軸線始終保持基本重疊。無論臍帶纜在水中姿態如何改變，該裝置均能跟隨臍帶纜擺動（豎直方向）、轉動（水平方向），使臍帶纜順利地收放。

圖5 導纜器的結構圖Fig.5 Structure of fair-lead

圖6 水下保護裝置的工作示意圖Fig.6 Working sketch map of protector equipment under water

圖7 安裝構架結構圖Fig.7 Structure of installation frame

在收放電纜時，臍帶纜受力滑動，帶動水下滾輪、水下壓輪、導纜器中的導輪轉動，沿力的豎直分力方向可將導纜器抬起或壓下，水平分力方向帶動水下滾輪及其支架繞萬向輪軸線旋轉。導纜器的作用除了使臍帶纜受其導引作用始終約束于水下滾輪輪槽內，還增加了水下滾輪及其支架繞萬向輪軸線旋轉的力臂長度，使其轉動靈活。導纜器結構圖如圖5所示。導纜器與導纜器旋轉桿各自豎直方向的轉動，可使水下作業載體處于不同水深條件下工作及作業母船受風浪影響起伏時，始終保持臍帶纜、導纜器軸線、水下滾輪切線三者重疊。

在臍帶纜收放過程中，該裝置可通過水下滾輪支架的360°轉動、導纜器的擺動、導纜器旋轉桿的擺動以及水下滾輪、水下壓輪、導纜器導輪的轉動，根據臍帶纜在水下因受力而產生的彎矩自動調整到摩擦最小的位置，保證臍帶纜收放的順暢，且不受損傷。

水下保護裝置工作示意圖如圖6所示。

3.3 安裝構架

安裝構架主要由甲板支撐段和吊臂組成。其結構圖如圖7所示。

甲板支撐段為臍帶纜保護裝置提供在工作母船甲板上的安裝固定結構，吊臂上下分別連接水上保護裝置和水下保護裝置；臍帶纜從其管狀結構吊臂穿過有利于對其進行保護；通過A軸的旋轉可以實現吊臂的布放回收；通過B軸的旋轉可以減小吊臂的流阻（設計角度為45°），并對突變的張力起到一定的緩沖作用。吊臂的長度根據船艉甲板高度確定，應保證臍帶纜從水下保護裝置出纜點低于船底。

4.適應性改進

臍帶纜保護裝置還可根據母船的特點以及工作要求進一步進行改進。例如，若安裝于ROV專用船只上，可在船艉加裝或專門設計收放臍帶纜保護裝置安裝構架的結構，以利于該裝置的布放與回收；再如，若對于臨時使用的干舷較高的船只，可進行適當的改進，將水下保護裝置移至水面以上并伸出船舷外，已避免因安裝構架過重過大導致收放困難。

5.結束語

本文提出的臍帶纜保護裝置，是一種機械式自動保護機構，構思巧妙，維護需求低。要求安裝于母船艉部，安裝后無需人員操作。經某型ROV的多次湖海試驗驗證，滿足臍帶纜保護功能要求。與張力控制絞車配合使用，可完成臍帶纜的自動收放任務，使用便捷可靠，實現了ROV臍帶纜無人操作的智能控制。

[1]朱克強等.隨機波浪下遙控潛水器強非線性耦合空間運動與纜索安全性研究[J].南京:海洋工程,2010(2).

[2]盧其進,楊和振.母船垂蕩導致ROV臍帶纜參量共振的研究[J].天津:海洋技術,2011(3).

[3]習剛,楊興滿,陳衛東.ROV同步航行水下纜索運動仿真[J].北京:艦船科學技術,2011(5).