電磁吸附式海纜檢測ROV結構設計

楊子赫

（杭州電子科技大學,杭州 310018）

電磁吸附式海纜檢測ROV結構設計

楊子赫

（杭州電子科技大學,杭州 310018）

近年來海底電纜被廣泛投入使用，但海纜檢修困難，故障點尋測難度大；因此設計電磁吸附式海纜檢測潛航器，尋纜后水面操控人員操縱潛航器跨坐于海纜上方，使用電磁吸附裝置吸附海纜，使得潛航器能夠自主沿纜行進，提高檢測效率。

海纜；尋測；潛航器；電磁吸附

1 設計背景

隨著跨地域能源輸送網絡的崛起，具有傳送超高電壓作用的海底電纜被廣泛投入到海底，以減少因異地輸電距離過大產生的高昂電力輸送成本。海纜鋪設于海床之上，由于水深對工程作業的限制，絕大多數海纜未經掩埋，裸露于海床之上，且為方便后期維修，海纜一般投放在水深不超過300米的近海海域，這就意味著海纜面臨著被船只的拖網及錨鉤破壞的危險。實際上，近些年來頻頻發生海底電纜被損害的事件，造成海纜漏電乃至斷路的嚴重后果，給生產生活帶來重大影響。目前診斷海底電纜故障的常規方法是：電力部門能根據供電系統自身功能確定故障點的大概位置，精確位置的確定交由專門的電力施工船定位；電力施工船行駛到故障點大致位置開始下鉤拖纜上船，一段段尋找故障點，以進行補修。該方法操作難度大，工時長，成本高。因此，為克服現有技術的不足，決定設計一種潛至水底，可沿纜前行，攜帶海纜故障檢測設備的水下機器人。

2 系統總體方案介紹

水下機器沿海纜騎行是檢測功能得以實現的關鍵，因故障探棒的探測范圍限制，需使探棒位置保持在海纜上方一定范圍內；而由于海底海流的影響，普通ROV（有纜機器人）的抗流能力都有一定的耐受值，因此若人為操縱ROV攜帶探棒進行海纜檢測，對ROV的綜合性能及操作員的操作技術要求是極高的，且工作效率會大大降低。采用履帶或滾輪坐底式ROV可以滿足跨行海纜檢測的要求，能夠降低對海底電纜尋跡檢測的操作難度。

海纜巡檢的難度主要在于克服海流影響的同時能夠靈活的沿纜前進，而上述分析的設備都是采用螺旋槳、履帶或滾輪實時控制航向。而巡纜檢測關鍵一點在于巡纜，可將海纜視作導軌，水下巡檢機器的動力機構騎行其上，沿導軌前進，并與導軌緊密相連，即可實現對海纜的準確檢測。ROV整體設計圖如圖1所示。

海纜檢測潛航器的需要經施工船載至一定海域，由船上絞車提升釋放，在水面操控人員的操縱下，利用其上的推進型航行到海底電纜附近，使用水下LED燈照明，水下攝像機反饋視頻畫面到甲板，操控人員借此尋纜；尋纜后水面操控人員操縱潛航器跨坐于海纜上方，使用吸附裝置吸附海纜，使得潛航器能夠自主延纜行進，同時利用其上搭載的探測設備進行檢測，提高效率。

3 海纜吸附組件工作原理

由于海纜施工成本高，因此海纜一般直徑在150mm以上，以滿足足夠的電力傳送需求；且海纜為了增加強度，防止普通的損壞，都會在外層纏繞10mm厚度的鋼絲保護層。本發明采用磁力吸住海纜的方案，設計了電磁騎行輪，其內部環布若干條狀電磁鐵，交替供電產生磁力，使得滾輪翻滾向前，從而實現滾輪牽引設備沿纜前進。吸附輪組件的細節結構圖如圖2所示。

下面詳細介紹電磁滾輪如何在通電后連續向前滾動：電磁滾輪在卡入海纜后，由于均勻環布的電磁艙相鄰兩個夾角與正極刷塊的弧角相同，這就保障了電刷與正極刷塊的接觸只有兩種狀態：一是兩個電刷同時與正極刷塊接觸，一是一個電刷與正極刷塊接觸；由于負極刷塊與負極電環是全程摩擦接觸的，這就意味著電刷與正極刷塊接觸便構成了回路，使得相應的電磁艙產生磁力；吸引海纜中的鋼絲保護層，通電的弧形電磁艙會產生向海纜圓柱面貼合的趨勢；在輪轂與海纜的摩擦力阻礙下，電磁滾輪會向前滾動以使電磁艙與海纜圓柱面貼合；當通電的電磁艙貼合到位后，其緊鄰的電磁艙上的電刷便剛好與正極刷塊接觸，此時兩個電磁艙同時通電產生磁力，但二者的合力仍是斜向下的，此時，在力的作用下兩個通電的電磁艙仍會向前滾動，以找到平衡點，但滾動便會帶動預先與海纜貼合的電磁艙上的電刷脫離正極刷塊，磁力消失，回到僅有一個電磁艙具有磁力的狀態，周而復始，電磁滾輪不斷前進，進而牽引設備整體沿纜前進。

[1]張效龍,徐家聲.海纜安全影響因素評述[J].海岸工程,2003(02):1-7.[2017-09-17].

[2]俞宙.一種海纜巡檢ROV的機械結構設計與控制系統開發[D].杭州電子科技大學,2014.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.01.125

楊子赫（1991-）,男,山東棗莊人,研究方向：水下機器人技術。