羅金華

【摘 要】深水挖溝機(jī)電纜絞車（簡(jiǎn)稱絞車）在海底管線鋪設(shè)工程中起到了很重要的作用及在未來(lái)海洋新能源開(kāi)采中的作用。通過(guò)海底管線把集運(yùn)、儲(chǔ)運(yùn)和路上工業(yè)系統(tǒng)串聯(lián)起來(lái)，因此海底管線是最快捷、最安全和經(jīng)濟(jì)的運(yùn)輸方式。為了完成海底管線鋪設(shè)工程，本文主要講述了絞車的結(jié)構(gòu)及各個(gè)系統(tǒng)的功能，實(shí)現(xiàn)絞車的自動(dòng)運(yùn)行，體現(xiàn)出我們?cè)O(shè)計(jì)的絞車的優(yōu)勢(shì)及推廣價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】絞車 滑環(huán) 排纜系統(tǒng) 張緊系統(tǒng) 液壓系統(tǒng)

1 海洋能源分布及海底管線的作用

在海洋能源的開(kāi)采中，無(wú)論采用哪種集運(yùn)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(kāi)采系統(tǒng)的重要的組成部分。為了完成海底管線鋪設(shè)工程，鋪管船上必不可少的有大型的起重設(shè)備、深水挖溝機(jī)、承載電纜的絞車等設(shè)備。我國(guó)的石油資源主要分布在東海、南海、渤海和臺(tái)灣海峽，根據(jù)我國(guó)勘探成果預(yù)測(cè)，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(lái)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(fā)現(xiàn)了豐富的油氣資源，無(wú)疑我國(guó)是世界海洋油氣資源豐富的國(guó)家之一。在這些豐富的資源開(kāi)采過(guò)程中，海底管線鋪設(shè)工程也是一項(xiàng)大的工程，因此海底管線鋪設(shè)必不可少的絞車具有很好的優(yōu)勢(shì)及推廣價(jià)值。

2 絞車的主要系統(tǒng)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(jī)的作業(yè)順利進(jìn)行，通常使用電纜連著深水挖溝機(jī)和絞車。電纜一般由鎧裝層、橡膠層、動(dòng)力電纜、射頻同軸電纜、數(shù)字通信對(duì)絞電纜及接地線等組成，用于提供監(jiān)控系統(tǒng)、傳遞動(dòng)力電源及控制信號(hào)。根據(jù)作業(yè)環(huán)境條件及設(shè)計(jì)要求，電纜直徑和長(zhǎng)度也會(huì)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(nèi)部的線頭與滾筒內(nèi)部的動(dòng)力接線箱和信號(hào)接線箱連接，并在進(jìn)出口的位置采用喇叭口形式及MCT進(jìn)行密封，防止外部的水進(jìn)入到滾筒的內(nèi)部，這樣就實(shí)現(xiàn)自動(dòng)收放電纜，提高工作效率。

2.2滾筒總成的結(jié)構(gòu)形式

滾筒總成主要是用來(lái)纏繞電纜的結(jié)構(gòu)，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(huán)等組成。滾筒的強(qiáng)度對(duì)整臺(tái)絞車的安全可靠性至關(guān)重要，滾筒的外徑需要根據(jù)國(guó)內(nèi)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(yīng)力，計(jì)算出滾筒所受的擠壓應(yīng)力，可以粗略的使用擠壓應(yīng)力計(jì)算出滾筒壁厚。中心軸是滾筒總成的另一個(gè)關(guān)鍵零件，需要按照扭矩、彎曲和扭轉(zhuǎn)合成強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度等方面進(jìn)行校核。設(shè)計(jì)成空心軸的形式，一來(lái)減輕中心軸的自重，二來(lái)方便動(dòng)力滑環(huán)和信號(hào)滑環(huán)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(cè)板中心孔采用過(guò)渡配合、螺栓連接的形式，軸孔與中心軸采用雙鍵過(guò)渡配合、軸肩定位的安裝形式；軸套環(huán)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(shí)對(duì)中心軸也起到了保護(hù)作用，延長(zhǎng)了中心軸的使用壽命，比獨(dú)立連接的形式更具有優(yōu)越性和實(shí)用性。

2.3動(dòng)力滑環(huán)和信號(hào)滑環(huán)的安裝及作用

動(dòng)力滑環(huán)和信號(hào)滑環(huán)的結(jié)構(gòu)采用中心軸孔的安裝形式，動(dòng)力滑環(huán)和信號(hào)滑環(huán)分別安裝在軸孔的兩側(cè)，滑環(huán)的轉(zhuǎn)子端蓋與軸端用螺栓連接，底部用四個(gè)鎖緊螺母固定并調(diào)心對(duì)中；定子采用拔銷固定的形式，防止定子的轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)子出來(lái)的電纜與滾筒內(nèi)部的接線箱連接，定子出來(lái)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(dòng)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(shí)觀察到海底挖溝鋪管的實(shí)施情況。動(dòng)力滑環(huán)和信號(hào)滑環(huán)做成分體式，主要是了防止動(dòng)力電纜在通電后產(chǎn)生電磁場(chǎng)，干涉射頻信號(hào)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(tǒng)和編碼器系統(tǒng)的應(yīng)用

排纜系統(tǒng)是絞車另一個(gè)重要的機(jī)構(gòu)，作為單獨(dú)的整體，可以方便拆卸和安裝在絞車相應(yīng)位置。采用一絲杠兩導(dǎo)向軸三角結(jié)構(gòu)形式，使排纜框架有條不紊的左右移動(dòng)，避免電纜的凌亂。對(duì)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(duì)青銅，摩擦系數(shù)低，有較好的抗膠合能力和耐磨性。排纜系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速不高，因此消除絲杠與螺母之間的間隙和調(diào)整預(yù)緊的結(jié)構(gòu)形式為墊片式。排纜系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)通過(guò)編碼器系統(tǒng)輸出信號(hào)來(lái)決定排纜系統(tǒng)的變頻電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。編碼器系統(tǒng)的傳動(dòng)齒輪與大齒輪嚙合，通過(guò)大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)，將旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出脈沖信號(hào)直接輸入給PLC，利用PLC的高速計(jì)數(shù)器對(duì)其脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，以獲得測(cè)量結(jié)果。變頻器利用繼電器接點(diǎn)與PLC相連，得到運(yùn)行/停止、正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)、點(diǎn)動(dòng)等運(yùn)行狀態(tài)控制信號(hào)，從而控制變頻電機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，可以使排纜框架與滾筒的運(yùn)轉(zhuǎn)同步進(jìn)行。對(duì)于多層電纜絞車，絲杠可以做成單旋往復(fù)絲杠，省去安裝限位開(kāi)關(guān)的部分。

2.5張緊、噴淋系統(tǒng)的作用

張緊系統(tǒng)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(guò)程中壓緊電纜，防止電纜松動(dòng)，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(dòng)形式，鏈輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)集成到一個(gè)箱體內(nèi)，并與大齒輪嚙合。張緊輪采用對(duì)合式設(shè)置，且張緊輪結(jié)構(gòu)為組合式，一旦張緊輪磨損需要更換時(shí)，無(wú)需拆除整個(gè)系統(tǒng)，只需拆除幾根螺柱就可以方便的進(jìn)行張緊輪更換，操作簡(jiǎn)單，省時(shí)省力，提高了工作效率。噴淋系統(tǒng)主要給電纜降溫和供給液壓冷卻泵，在絞車底座設(shè)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(guò)噴淋水給電纜降溫。

2.6液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)的作用

液壓系統(tǒng)及控制系統(tǒng)是整臺(tái)絞車的靈魂，液壓傳動(dòng)裝置和其它類型的傳動(dòng)裝置相比，在同等功率條件下體積小、重量輕，因此慣性小、動(dòng)作靈敏，可實(shí)現(xiàn)頻繁啟動(dòng)和換向，容易實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍較大，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，容易吸收沖擊和振動(dòng)。這些特點(diǎn)操縱簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，特別是和控制系統(tǒng)組成電液復(fù)合系統(tǒng)時(shí)上述優(yōu)點(diǎn)更明顯。控制系統(tǒng)集中到控制柜中，實(shí)現(xiàn)了絞車自動(dòng)運(yùn)行，所有系統(tǒng)設(shè)有手動(dòng)調(diào)節(jié)和自動(dòng)調(diào)節(jié)，在運(yùn)行中出現(xiàn)偏差時(shí)，可以通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)按鈕進(jìn)行調(diào)節(jié)控制?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)有就地和遠(yuǎn)程控制，可以使用遠(yuǎn)程遙控盒進(jìn)行控制。

絞車實(shí)現(xiàn)了完全自動(dòng)化，不僅減輕了勞動(dòng)力，而且提高了工作的效率。所有的系統(tǒng)集成在一個(gè)框架之中，運(yùn)輸方便，結(jié)構(gòu)緊湊，在絞車的制造行業(yè)中具有很好的優(yōu)勢(shì)。

3 絞車的推廣價(jià)值

進(jìn)入21世紀(jì)后，發(fā)展海洋新能源（如可燃冰）是一種必然的趨勢(shì)，也是“中國(guó)夢(mèng)”的核心內(nèi)容，可燃冰產(chǎn)生的能量是煤炭、石油和天然氣的數(shù)十倍，而且不會(huì)產(chǎn)生任何的雜質(zhì)，必將成為未來(lái)的新能源?？扇急鶡o(wú)論采用哪種開(kāi)采的方式，管道運(yùn)輸應(yīng)該是最佳的運(yùn)輸方式，因此管道鋪設(shè)必備的絞車必將起到無(wú)可替代的作用。