坐底式船舶測深裝置方案設(shè)計(jì)探討

楊銘雪

（交通運(yùn)輸部煙臺(tái)打撈局，山東 煙臺(tái) 264000）

1 前言

隨著海上風(fēng)電市場的迅猛發(fā)展，風(fēng)電安裝船舶需求量與日俱增，與普通船舶不同的是，坐底式船舶移位拖遣時(shí)可浮于海面，施工作業(yè)時(shí)可坐于海底，抗風(fēng)抗浪能力強(qiáng)，穩(wěn)固性高，海上作業(yè)極具優(yōu)勢。但目前國內(nèi)建造的此類型船舶寥寥無幾，可借鑒的通用性建造經(jīng)驗(yàn)基本全無，其中測深裝置的設(shè)計(jì)安裝就存在很大難點(diǎn)。本文以常規(guī)坐底式船舶為例，本著便捷高效、優(yōu)化功能的原則，重點(diǎn)探討測深裝置方案設(shè)計(jì)。

2 方案設(shè)計(jì)難點(diǎn)

測深裝置是采用回聲測深原理，利用換能器在水中發(fā)出聲波，當(dāng)聲波遇到障礙物反射回?fù)Q能器時(shí)，根據(jù)聲波往返的時(shí)間和所測水域中聲波傳播的速度，通過計(jì)算機(jī)處理，得出障礙物與換能器之間的距離，據(jù)此船舶在航行時(shí)可以快速而準(zhǔn)確地測得水深的連續(xù)數(shù)據(jù)，為船舶航行提供安全保障。

測深裝置十分精密，作為主要部件的換能器承擔(dān)著發(fā)射和接收信號(hào)的作用，如有遮擋或損傷，將嚴(yán)重影響水深的測量。而坐底式船舶的常用坐底工況，將致使換能器本體全部壓在船底，造成不同程度的損壞，嚴(yán)重影響測深裝置的效用。

目前國內(nèi)此類坐底式船舶采用的常規(guī)應(yīng)對措施十分被動(dòng)，即坐底后若換能器損壞就及時(shí)修理，若未損壞則正常使用，基本屬于聽天由命，賭的是每次坐底的海底狀況。但一旦換能器損壞，船舶就必須上塢更換換能器，造成了極大的船舶資源浪費(fèi)，因此，探討坐底式船舶測深裝置的方案設(shè)計(jì)迫在眉睫。

3 方案設(shè)計(jì)總體思路

要設(shè)計(jì)坐底式平臺(tái)的測深裝置，需要從保證換能器完好的角度入手，秉持這一原則，可以設(shè)想加裝護(hù)罩、更換材質(zhì)等方式，但這幾種方式均會(huì)導(dǎo)致?lián)Q能器聲波探測精度受影響。因此，設(shè)計(jì)一種帶海底閥及收放桿的測深裝置，不失為一種良好的問題解決辦法。當(dāng)坐底式船舶在坐底及起浮過程中，根據(jù)坐底速度和距離海底深度，操作海底閥開閉，配合收回及下放換能器，此設(shè)計(jì)不僅解決了坐底式船舶換能器容易損壞的問題，還解決了大多數(shù)船舶換能器修理必須上塢的難題。

4 具體設(shè)計(jì)內(nèi)容

方案設(shè)計(jì)總體思路已經(jīng)確定，具體設(shè)計(jì)難點(diǎn)就集中在海底閥的型式、閥的開閉設(shè)計(jì)及換能器的提升下放設(shè)計(jì)上，具體設(shè)計(jì)內(nèi)容詳述如下。

4.1 整體布局

整套測深裝置的設(shè)計(jì)布局如圖1，主要由測深裝置主機(jī)、換能器接線盒、海底電動(dòng)球閥、導(dǎo)流罩換能器等組成。

圖1

4.2 海底電動(dòng)球閥型式及閥控箱設(shè)計(jì)

（1）電動(dòng)球閥外形圖及配合測深裝置收放桿示意圖如圖2。

圖2

（2）閥控箱控制原理圖如圖3。

圖3

閥控箱控制原理簡述：

開閥：在正常供電狀態(tài)下，合上斷路器QF1，按下自復(fù)位按鈕SB2，KMO接觸器線圈得電，其主觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)閥得電工作，其常開觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)閥自保持得電，電動(dòng)閥逐步打開，在開閥過程中，HL3閃亮，HL2常亮，當(dāng)電動(dòng)閥開到最大限位時(shí)，LS01限位開關(guān)斷開，HL2燈滅，HL3燈常亮。

關(guān)閥：在正常供電狀態(tài)下，合上斷路器QF1，按下自復(fù)位按鈕SB3，KMC接觸器線圈得電，其主觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)閥得電工作，其常開觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)閥自保持得電，電動(dòng)閥逐步關(guān)閉，在關(guān)閥過程中，HL2閃亮，HL3常亮，當(dāng)電動(dòng)閥關(guān)到最大限位時(shí)，LSC1限位開關(guān)斷開，HL3燈滅，HL2燈常亮。

此閥控箱設(shè)置遠(yuǎn)傳控制信號(hào)，可在控制室遠(yuǎn)程控制電動(dòng)閥的開啟及關(guān)閉，同時(shí)設(shè)置了力矩保護(hù)，發(fā)出燈光警示報(bào)警。

4.3 換能器收放設(shè)計(jì)

隨著船舶坐底及起浮狀態(tài)的變化，我們進(jìn)行換能器的收放工作。眾所周知，齒輪傳動(dòng)具有瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定、傳動(dòng)精度高、承載能力大、結(jié)構(gòu)成熟等特點(diǎn)，故在機(jī)電一體化設(shè)備中占據(jù)重要地位。此換能器桿的收放也可采取此種方式。示意圖如圖4。

圖4

若采用齒輪傳動(dòng)方式，則需選擇合適輸出速度的減速電機(jī)，通過軸連接，帶動(dòng)主齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，主齒輪帶動(dòng)負(fù)載齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到換能器桿收放的目的。在測深裝置安裝處附近設(shè)置一控制電箱，主要是控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)，配合限位開關(guān)，達(dá)到一鍵操作換能器桿起升、停止及下放功能。控制箱基本原理圖如圖5。

圖5

控制原理簡述：

換能器桿提升過程：按下啟動(dòng)按鈕SB2，接觸器KM1線圈通電，其常開觸點(diǎn)閉合，以保證KMl線圈持續(xù)通電，串聯(lián)在電動(dòng)機(jī)回路中的KM1的主觸點(diǎn)持續(xù)閉合，電動(dòng)機(jī)連續(xù)正向運(yùn)轉(zhuǎn)，換能器桿緩慢上升,到達(dá)頂部限位開關(guān)后，限位開關(guān)觸點(diǎn)SQ1斷開，換能器停止提升。

換能器桿停止過程：以提升過程中停止為例，按下停止按鈕SB1，接觸器KMl線圈斷電，其輔助觸點(diǎn)斷開，以保證KMl線圈持續(xù)失電，串聯(lián)在電動(dòng)機(jī)回路中的KMl主觸點(diǎn)持續(xù)斷開，切斷電動(dòng)機(jī)定子電源，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，換能器桿提升動(dòng)作停止。

換能器桿下放過程：按下起動(dòng)按鈕SB3，接觸器KM2線圈通電，其輔助常開觸點(diǎn)閉合，以保證KM2線圈持續(xù)通電，串聯(lián)在電動(dòng)機(jī)回路中的KM2的主觸點(diǎn)持續(xù)閉合，電動(dòng)機(jī)連續(xù)反向運(yùn)轉(zhuǎn)，換能器收放桿緩慢下放，到達(dá)底部限位開關(guān)后，限位開關(guān)觸點(diǎn)SQ2斷開，換能器下放停止。

5 未來發(fā)展前景

當(dāng)前，由于國內(nèi)坐底式船舶數(shù)量較少，對測深裝置的改進(jìn)停滯不前，隨著船舶自動(dòng)化水平的不斷提高，測深裝置更自動(dòng)化、更智能化將成為趨勢。可以設(shè)想，在船舶駕駛室設(shè)置一套全自動(dòng)化智能測深裝置，當(dāng)船舶下沉或起浮時(shí)，隨著坐底深度的降低或升高，測深裝置自動(dòng)檢測水深，換能器將接收到的信號(hào)傳輸給閥控箱，自動(dòng)開關(guān)閥，同時(shí)開關(guān)閥信號(hào)自動(dòng)傳輸至換能器收放桿控制箱，自動(dòng)進(jìn)行收放桿工作。整套系統(tǒng)智能流暢、可靠便捷，相信必然是未來船舶智能測深裝置的一大發(fā)展趨勢。

6 結(jié)語

船舶測深裝置作為船舶運(yùn)行的重要組成部分，希望此方案設(shè)計(jì)能為測深裝置的智能發(fā)展提供思路，期待未來能在越來越多的坐底式船舶上得到應(yīng)用。