新型線纜沖洗吹干裝置的設計

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

現階段，各領域對海洋的探測及開發日益增多，其中ROV（Remote Operated Vehicle，遙控無人潛水器）是使用較多的一類勘探設備，ROV 在水下工作中，甲板設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，臍帶纜隨之下水，在ROV 結束工作時，通過臍帶纜完成對ROV 回收，此時臍帶纜同樣需回收纏繞至絞車上，臍帶纜表面會殘留海水和其他雜質，而海水中的化學物質對臍帶纜表面有腐蝕效果，若不及時清理，存在降低臍帶纜的壽命的風險；臍帶纜在運動過程中，海水滴到甲板上，對工作環境造成污染，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進行清理。

1 裝置總體方案設計

1.1 設計原則

根據對現存的臍帶纜回收狀態的分析和研究，從工作需要出發，線纜沖洗吹干裝置能提升臍帶纜的清潔程度。結合現有線纜的使用情況，裝置應能滿足多種型號的臍帶纜的使用。綜上，本著裝置經濟，實用，使用方便等原則，設計研究一種線纜沖洗吹干裝置。

1.2 裝置整體結構

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

圖1 整體外形

圖2 內部結構

1.3 主要零部件的設計

裝置外側的上、下殼體由不銹鋼材料制成，其結構如圖3所示。外形呈立方體狀，內部具有半圓狀的中空，且為實現密封件的壓縮效果，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動。內部的兩端分別有一個凹槽，用以安裝刮污環。

圖3 上、下殼體

裝置上、下殼體的去污環作為第一道清理元件，由聚氨酯材料制成，其結構如圖4 所示。裝置的每端由兩個去污環合成一組，中間的凸緣嵌入上下殼體內，起到固定位置的作用，并帶有一定的密封效果；內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。

圖4 去污環

中間體是整個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 個孔位置相對應。內部徑向同樣有5 道溝槽，內外溝槽之間有相應的孔相連。中間體最大外徑略大于殼體內孔的直徑，且外部呈溝壑狀，當上下殼體壓緊后，能保證密封效果，各個通道之間不互通；為保證進入裝置內的氣體具有一定的軸向方向的速度，進氣孔位置的內外溝槽有一定的錯位，則連接內外溝槽的孔具有一定的傾斜角度；清理區域的中間體通道內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動；兩個端部位置的內徑比臍帶纜的直徑略小，起到一定的密封效果，保證內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，在進氣孔和排出孔之間的中間體通道內壁上加工出螺旋溝槽，使氣體在運動過程中具有一定的繞中間體內壁旋轉的速度，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

導輪組的結構如圖6 所示，其主要由3部分組成，分別為支架、導輪及固定導輪的端蓋。支架由螺釘安裝在上下殼體的端部上，導輪中心穿過支架的橫梁，導輪可繞支架橫梁自由轉動。為固定導輪的橫向位置，在橫梁的端部安裝一個端蓋，并使用兩個螺釘固定，減小導輪轉動使螺釘松動的可能性。導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動摩擦和臍帶纜在滑輪上運動的阻力，有效延長導輪的壽命，且由于凹槽的頂部具有更大的開口角度，當臍帶纜運動方向出現較大的偏差時，導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、中間體與臍帶纜的摩擦。殼體的一端安裝兩個導輪組，導輪組之間形成一個封閉區域，臍帶纜能在此區域運動，又不至于脫離導輪的束縛。

圖6 導輪組

去污環、中間體及導輪為可拆卸元件，為適應多種規格的臍帶纜，可按照需求，更換不同內徑的去污環和中間體、不同凹槽尺寸的導輪，而其他元件可繼續使用，可以大大提高產品的使用范圍。

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氣管或者水管，臍帶纜經過導輪組的引導，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

在裝置作業過程中，臍帶纜由于外部的牽引，臍帶纜在裝置內部穿過。臍帶纜的運動方向從左至右，當臍帶纜移動過程中，首先由裝置左端部的去污環刮除掉臍帶纜表面的雜質和部分海水，達到首次清理的效果。由氣泵通過進氣孔往裝置內注入氣體，水泵通過進水孔往裝置注入相同壓力的清水，清水在進入中間體內孔后分為兩股分別往左右流動，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。裝置內部即被分割為4 塊區域，區域1、4 為吹干區，區域2、3 為沖洗區。臍帶纜依次通過4 個區域，在區域1 中，有左側的進氣清理掉一定量的海水；達到區域2 后，清水由進水孔進入后，從右至左通過中間體之間的通道，與左側進入的氣體匯合后，從排出孔被排出到裝置外，在此區域中，臍帶纜經歷第一道清洗；臍帶纜進入區域3，清水從左至右移動，臍帶纜達到第二次清洗的效果；在區域4 中，氣體對已經經過兩道清洗的臍帶纜進行吹干，區域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，進行回收。

為了保證清水和高壓氣體的順利流動，外部接頭內徑、殼體上的孔道內徑、中間體的尺寸以及中間體的孔道內徑需滿足一定的關系。以一組進氣孔為例，進氣孔接頭與殼體的孔道一一相連，則接頭內徑與殼體孔道內徑相等。氣體進去中間體的溝槽后，會分為兩股，分別進去一個中間體的氣道內，為了以保證氣體的順利流動，每個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與溝槽的截面積相等。其他類型的孔道與溝槽截面積也應滿足此種關系。

同理，整個裝置中流體的進入孔為2 個進水孔和4 個進氣孔，廢水廢氣的排出孔為4 個，為保證內部的氣體和水能夠順利地排出，一個排出孔的截面積大于一個進氣孔與一個進水孔的截面積的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，將一個排出孔的截面積設置為大于2 個進氣孔與一個進水孔的截面積的之和，則當一個排出孔被堵時，其他的排出孔能滿足排出流量的需求。

3 裝置的主要特點

（1）整個裝置只包含5 個主要部件，形式簡單、維護方便。

（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）進氣道呈斜角布置，可減小高壓氣體的運動阻力。

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

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

4 結語

為解決去除臍帶纜表面殘留的海水和其他雜質的問題，設計一種線纜沖洗吹干裝置。該裝置的社會效益不限于海工，對普通電纜制造中的吹干問題也有一定的指導意義，且該裝置操作便捷、結構簡單、成本低、使用方便，值得被推廣。