深水挖溝機電纜絞車的優勢及推廣價值

羅金華

【摘 要】深水挖溝機電纜絞車（簡稱絞車）在海底管線鋪設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、儲運和路上工業系統串聯起來，因此海底管線是最快捷、最安全和經濟的運輸方式。為了完成海底管線鋪設工程，本文主要講述了絞車的結構及各個系統的功能，實現絞車的自動運行，體現出我們設計的絞車的優勢及推廣價值。

【關鍵詞】絞車 滑環 排纜系統 張緊系統 液壓系統

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，也是能源開采系統的重要的組成部分。為了完成海底管線鋪設工程，鋪管船上必不可少的有大型的起重設備、深水挖溝機、承載電纜的絞車等設備。我國的石油資源主要分布在東海、南海、渤海和臺灣海峽，根據我國勘探成果預測，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，都發現了豐富的油氣資源，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，海底管線鋪設工程也是一項大的工程，因此海底管線鋪設必不可少的絞車具有很好的優勢及推廣價值。

2 絞車的主要系統及介紹

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順利進行，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、數字通信對絞電纜及接地線等組成，用于提供監控系統、傳遞動力電源及控制信號。根據作業環境條件及設計要求，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。插入滾筒內部的線頭與滾筒內部的動力接線箱和信號接線箱連接，并在進出口的位置采用喇叭口形式及MCT進行密封，防止外部的水進入到滾筒的內部，這樣就實現自動收放電纜，提高工作效率。

2.2滾筒總成的結構形式

滾筒總成主要是用來纏繞電纜的結構，是絞車的重要的承載部件，主要由滾筒、中心軸、大齒輪及軸套環等組成。滾筒的強度對整臺絞車的安全可靠性至關重要，滾筒的外徑需要根據國內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力，計算出滾筒所受的擠壓應力，可以粗略的使用擠壓應力計算出滾筒壁厚。中心軸是滾筒總成的另一個關鍵零件，需要按照扭矩、彎曲和扭轉合成強度、疲勞強度等方面進行校核。設計成空心軸的形式，一來減輕中心軸的自重，二來方便動力滑環和信號滑環的安裝和拆卸，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越性和實用性。

2.3動力滑環和信號滑環的安裝及作用

動力滑環和信號滑環的結構采用中心軸孔的安裝形式，動力滑環和信號滑環分別安裝在軸孔的兩側，滑環的轉子端蓋與軸端用螺栓連接，底部用四個鎖緊螺母固定并調心對中；定子采用拔銷固定的形式，防止定子的轉動。轉子出來的電纜與滾筒內部的接線箱連接，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。動力滑環和信號滑環做成分體式，主要是了防止動力電纜在通電后產生電磁場，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排纜系統和編碼器系統的應用

排纜系統是絞車另一個重要的機構，作為單獨的整體，可以方便拆卸和安裝在絞車相應位置。采用一絲杠兩導向軸三角結構形式，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，摩擦系數低，有較好的抗膠合能力和耐磨性。排纜系統的轉速不高，因此消除絲杠與螺母之間的間隙和調整預緊的結構形式為墊片式。排纜系統的運動狀態通過編碼器系統輸出信號來決定排纜系統的變頻電機的運行狀態。編碼器系統的傳動齒輪與大齒輪嚙合，通過大齒輪轉動帶動編碼器轉動，將旋轉編碼器的輸出脈沖信號直接輸入給PLC，利用PLC的高速計數器對其脈沖信號進行計數，以獲得測量結果。變頻器利用繼電器接點與PLC相連，得到運行/停止、正轉/反轉、點動等運行狀態控制信號，從而控制變頻電機的運動狀態，可以使排纜框架與滾筒的運轉同步進行。對于多層電纜絞車，絲杠可以做成單旋往復絲杠，省去安裝限位開關的部分。

2.5張緊、噴淋系統的作用

張緊系統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，鏈輪傳動機構集成到一個箱體內，并與大齒輪嚙合。張緊輪采用對合式設置，且張緊輪結構為組合式，一旦張緊輪磨損需要更換時，無需拆除整個系統，只需拆除幾根螺柱就可以方便的進行張緊輪更換，操作簡單，省時省力，提高了工作效率。噴淋系統主要給電纜降溫和供給液壓冷卻泵，在絞車底座設有水箱。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、控制系統的作用

液壓系統及控制系統是整臺絞車的靈魂，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，可實現頻繁啟動和換向，容易實現無級調速，調速范圍較大，運轉平穩，容易吸收沖擊和振動。這些特點操縱簡單，便于實現自動化，特別是和控制系統組成電液復合系統時上述優點更明顯。控制系統集中到控制柜中，實現了絞車自動運行，所有系統設有手動調節和自動調節，在運行中出現偏差時，可以通過手動調節按鈕進行調節控制。控制系統設計有就地和遠程控制，可以使用遠程遙控盒進行控制。

絞車實現了完全自動化，不僅減輕了勞動力，而且提高了工作的效率。所有的系統集成在一個框架之中，運輸方便，結構緊湊，在絞車的制造行業中具有很好的優勢。

3 絞車的推廣價值

進入21世紀后，發展海洋新能源（如可燃冰）是一種必然的趨勢，也是“中國夢”的核心內容，可燃冰產生的能量是煤炭、石油和天然氣的數十倍，而且不會產生任何的雜質，必將成為未來的新能源。可燃冰無論采用哪種開采的方式，管道運輸應該是最佳的運輸方式，因此管道鋪設必備的絞車必將起到無可替代的作用。