CN110601089B - 一种载人潜水器高精度深海铺缆装备 - Google Patents

一种载人潜水器高精度深海铺缆装备 Download PDF

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    • H02G1/10—Methods or apparatus specially adapted for installing, maintaining, repairing or dismantling electric cables or lines for laying cables, e.g. laying apparatus on vehicle in or under water

Abstract

本发明涉及一种载人潜水器高精度深海铺缆装备，包括载人潜水器，所述载人潜水器的中部设置有载人舱，所述载人舱内安装有控制柜，所述载人潜水器艉部从后往前依次安装有分线箱、横向槽道推进器和吊放绞车，所述吊放绞车上缠绕有多层起吊脐带缆，起吊脐带缆的末端连接有自动调整器；所述载人舱下方的载人潜水器上安装有超短基线换能器；所述载人潜水器的艏部安装有垂直槽道推进器，所述载人舱与垂直槽道推进器之间安装有储缆卷筒，所述储缆卷筒的下方安装有输送履带，所述储缆卷筒上缠绕有待铺设的海底光缆，所述海底光缆的起始端从输送履带的上下履带之间穿过，然后穿过自动调整器，通过海底光缆重力的作用，落于海床上。铺设方便。

Description

一种载人潜水器高精度深海铺缆装备
技术领域
本发明涉及载人潜水器深海铺设设备技术领域，尤其是一种载人潜水器高精度深海铺缆装备。
背景技术
随着全球通信、深海海底探测和深海能源开发等需求的不断扩大，深海海缆的使用越来越广泛，特别是在水下信息搜寻、水下观测网建设领域，深海海缆的使用及铺设任务量巨大。然而采用传统的水面铺缆船进行深海海缆的铺设，受海上风浪情况影响较大，作业时间受到一定限制，另外从水面铺缆船上将海缆铺设3000多米水深的海底，由于水面风浪的影响造成船体本身位置的漂移，难以保证铺缆船能够按照预定的铺缆航线航行，同时由于海流的影响，也极易造成从铺缆船上释放至深海段的海缆漂移，造成海缆落地点的位置与预设的位置产生偏移，从而导致海缆铺设路由与预设的路由产生较大的位移偏差，从而造成铺设精度低、铺设余量过大，甚至造成铺设任务失败等状况发生。
发明内容
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种载人潜水器高精度深海铺缆装备，从而有效的克服了水面铺缆船深海铺缆作业存在的易受海面风浪影响大、铺设精度低的缺点，大大提高了使用可靠性，方便铺缆作业。
本发明所采用的技术方案如下：
一种载人潜水器高精度深海铺缆装备，包括载人潜水器，所述载人潜水器的中部设置有载人舱，所述载人舱内安装有控制柜，所述载人潜水器艉部从后往前依次安装有分线箱、横向槽道推进器和吊放绞车，所述吊放绞车上缠绕有多层起吊脐带缆，起吊脐带缆的末端连接有自动调整器；所述载人舱下方的载人潜水器上安装有超短基线换能器；所述载人潜水器的艏部安装有垂直槽道推进器，所述载人舱与垂直槽道推进器之间安装有储缆卷筒，所述储缆卷筒的下方安装有输送履带，所述储缆卷筒上缠绕有待铺设的海底光缆，所述海底光缆的起始端从输送履带的上下履带之间穿过，然后穿过自动调整器，通过海底光缆重力的作用，落于海床上。
其进一步技术方案在于：
所述自动调整器的整体外形呈梭子状。
所述自动调整器的具体结构为：包括基体结构，所述基体结构的顶部呈锥形状，底部呈圆台状，基体结构的顶部中间位置设置有承重头，所述承重头顶部硫化固定在起吊脐带缆上，基体结构上部右侧位置固定有水声信标，位于水声信标下部的基体结构内间隔安装有侧向推进器，位于侧向推进器下方的基体结构上设置有贯通的光缆通道，所述光缆通道内穿过海底光缆；所述基体结构底部圆台中心位置处安装有高度计。
所述侧向推进器有两组，呈左右对称布置在基体结构的内部。
还包括电控系统，所述电控系统的结构为：包括载人舱，所述载人舱的内部设置有控制柜，所述控制柜包括有电源模块和控制器模块，所述载人舱的舱壁上设置有强电水密接插件和弱电水密接插件；
还包括分线箱，所述分线箱的内部设置有强电接线排和弱电接线排，所述分线箱的两端和底部均设置有多组强电水密接插件和弱电水密接插件，在分线箱内部，所有强电水密接插件与强电接线排连接，所有弱电水密接插件与弱电接线排连接；
分线箱的左端通过水密电缆与载人舱连接；
自动调整器上的水声信标、侧向推进器、高度计的设备的尾端均设置有强电水密接插件与弱电水密接插件，每个水密接插件均连接有水密电缆，连接上述三个设备的水密电缆捆绑在一起拧成一股绳，外部铠装钢丝形成起吊脐带缆，在起吊脐带缆的起始端分离出强电水密接插件和弱电水密接插件，而后连接至分线箱底部的水密接插件；
载人潜水器上的垂直槽道推进器、横向槽道推进器、吊放绞车和输送履带均通过各自的电机进行驱动，分别为：垂直槽道推进器电机、横向槽道推进器电机、吊放绞车电机、输送履带电机，上述各电机的尾端均连接有强电水密接插件与弱电水密接插件，超短基线换能器的设备上也连接有强电水密接插件与弱电水密接插件，上述各电机和超短基线换能器的强电水密接插件与弱电水密接插件分别通过水密电缆与分线箱右端的接插件连接。
本发明的有益效果如下：
本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过巧妙的设置自动调整器，并与载人潜水器之间配合作用，克服了水面母船铺缆由于海面风浪的影响造成的铺设航线偏移，以及深海海流的影响造成海缆落地点的位置偏移的缺陷，实现了高精度铺设海底电缆的装备。
本发明通过载人潜水器上搭载的横向槽道推进器实现航迹偏移调整，并通过垂直槽道推进器完成铺设高度的调节，并通过实时监测海缆落地点位置坐标，并通过低阻力梭子状自动调整器的自主机动，完成海缆落地点的位置纠偏，多重手段协同操纵，确保了海底光缆的高精度铺设。同时该套系统提高了铺缆任务的隐蔽性，保证了我国海底信息网络的安全性。
本发明自动调整器的设计，在工作是，发现位置发生偏离铺设轨迹时，操控自动调整器上的两个并排布置的侧向推进器旋转产生推力，以完成自动调整器的机动位置调整，从而实现海底光缆的轨迹纠偏。大大的提高了铺缆的使用可靠性。
本发明为载人潜水器深海作业提供高精度的铺缆装备，确保铺缆作业的可行性和安全性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明自动调整器结构示意图。
图3为图2中沿A-A截面的全剖示意图。
图4为本发明的电控系统连接图。
其中：1、载人潜水器；2、吊放绞车；3、控制柜；4、载人舱；5、储缆卷筒；6、输送履带；7、垂直槽道推进器；8、超短基线换能器；9、起吊脐带缆；10、自动调整器；11、横向槽道推进器；12、分线箱；13、海底光缆；14、水密电缆；15、强电水密接插件；16、弱电水密接插件；
1001、承重头；1002、基体结构；1003、水声信标；1004、侧向推进器；1005、光缆通道；1006、高度计。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1、图2和图3所示，本实施例的载人潜水器高精度深海铺缆装备，包括载人潜水器1，载人潜水器1的中部设置有载人舱4，载人舱4内安装有控制柜3，载人潜水器1艉部从后往前依次安装有分线箱12、横向槽道推进器11和吊放绞车2，吊放绞车2上缠绕有多层起吊脐带缆9，起吊脐带缆9的末端连接有自动调整器10；载人舱4下方的载人潜水器1上安装有超短基线换能器8；载人潜水器1的艏部安装有垂直槽道推进器7，载人舱4与垂直槽道推进器7之间安装有储缆卷筒5，储缆卷筒5的下方安装有输送履带6，储缆卷筒5上缠绕有待铺设的海底光缆13，海底光缆13的起始端从输送履带6的上下履带之间穿过，然后穿过自动调整器10，通过海底光缆13重力的作用，落于海床上。
自动调整器10的整体外形呈梭子状。
自动调整器10的具体结构为：包括基体结构1002，基体结构1002的顶部呈锥形状，底部呈圆台状，基体结构1002的顶部中间位置设置有承重头1001，承重头1001顶部硫化固定在起吊脐带缆9上，基体结构1002上部右侧位置固定有水声信标1003，位于水声信标1003下部的基体结构1002内间隔安装有侧向推进器1004，位于侧向推进器1004下方的基体结构1002上设置有贯通的光缆通道1005，光缆通道1005内穿过海底光缆13；基体结构1002底部圆台中心位置处安装有高度计1006。
侧向推进器1004有两组，呈左右对称布置在基体结构1002的内部。
还包括电控系统，电控系统的结构为：包括载人舱4，载人舱4的内部设置有控制柜3，控制柜3包括有电源模块和控制器模块，载人舱4的舱壁上设置有强电水密接插件15和弱电水密接插件16；
还包括分线箱12，分线箱12的内部设置有强电接线排和弱电接线排，分线箱12的两端和底部均设置有多组强电水密接插件15和弱电水密接插件16，在分线箱12内部，所有强电水密接插件15与强电接线排连接，所有弱电水密接插件16与弱电接线排连接；
分线箱12的左端通过水密电缆14与载人舱4连接；
自动调整器10上的水声信标1003、侧向推进器1004、高度计1006的设备的尾端均设置有强电水密接插件15与弱电水密接插件16，每个水密接插件均连接有水密电缆14，连接上述三个设备的水密电缆14捆绑在一起拧成一股绳，外部铠装钢丝形成起吊脐带缆9，在起吊脐带缆9的起始端分离出强电水密接插件15和弱电水密接插件16，而后连接至分线箱12底部的水密接插件；
载人潜水器1上的垂直槽道推进器7、横向槽道推进器11、吊放绞车2和输送履带6均通过各自的电机进行驱动，分别为：垂直槽道推进器电机、横向槽道推进器电机、吊放绞车电机、输送履带电机，上述各电机的尾端均连接有强电水密接插件15与弱电水密接插件16，超短基线换能器8的设备上也连接有强电水密接插件15与弱电水密接插件16，上述各电机和超短基线换能器8的强电水密接插件15与弱电水密接插件16分别通过水密电缆14与分线箱12右端的接插件连接。
本发明的具体结构为：
主要包括载人潜水器1、吊放绞车2、控制柜3、载人舱4、储缆卷筒5、输送履带6、垂直槽道推进器7、超短基线换能器8、起吊脐带缆9、自动调整器10、横向槽道推进器11、分线箱12、海底光缆13。
其中自动调整器10外形呈梭子状，设置成该种形状的主要目的是减小布放和回收过程中的迎流阻力，其主要包括承重头1001、基体结构1002、水声信标1003、侧向推进器1004、光缆通道1005、高度计1006。其中基体结构1002顶部呈锥形状，底部呈圆台状，承重头1001的底部铰接在基体结构1002的锥形结构顶部，承重头1001顶部硫化固定在起吊脐带缆9上，水声信标1003固定在基体结构1002的右侧结构内部，侧向推进器1004有两组，呈左右对称布置在基体结构1002的内部，高度计1006位于基体结构1002底部圆台中心位置处。
载人舱4位于载人潜水器1的中部，控制柜3位于载人舱4内，吊放绞车2位于载人舱4后部，其上缠绕有多层起吊脐带缆9、起吊脐带缆9末端通过承重头1001连接有自动调整器10。
储缆卷筒5位于载人舱4的前部，其上缠绕有待铺设的海底光缆13，海底光缆13起始端从输送履带6的上下履带之间穿过，之后从自动调整器10的光缆通道1005中穿出，之后由于海底光缆13重力的作用，落于海床上。
垂直槽道推进器7位于载人潜水器1的艏部，沿着艇体方向垂向布置，主要用于载人潜水器1的深度调整。横向槽道推进器11位于载人潜水器1的艉部，沿着艇体横向布置，主要用于载人潜水器1的方向调整。
超短基线换能器8位于载人潜水器1的底部，载人舱4的后方，主要实现对自动调整器10上的水声信标1003进行定位和位置实时测量。
分线箱12位于载人潜水器1的艉部，其主要用来汇集各类设备的动力强电电缆和控制弱电电缆。
其中载人潜水器1上的垂直槽道推进器7、横向槽道推进器11、吊放绞车2和输送履带6均通过各自的电机进行驱动，各自电机的尾端均连接有强电水密接插件15与弱电水密接插件16，超短基线换能器8的设备上也连接有强电水密接插件15与弱电水密接插件16，自动调整器10上的水声信标1003、侧向推进器1004、高度计1006的设备上均连接有强电水密接插件15与弱电水密接插件16。
分线箱12外侧设置有多组强电水密接插件与弱电水密接插件，分线箱12内部设置有强电接线排和弱电接线排。垂直槽道推进器电机、横向槽道推进器电机、吊放绞车电机、输送履带电机、超短基线换能器8的强电水密接插件15均通过水密电缆14连接到分线箱12相对应的强电水密接插件15上，弱电水密接插件16均通过水密电缆14分别连接至分线箱12相对应的弱电水密接插件16上。
自动调整器10上的水声信标1003、侧向推进器1004、高度计1006的设备的尾端均连接有强电水密接插件15与弱电水密接插件16，每个水密接插件均连接有水密电缆14，连接该三类设备的水密电缆14捆绑在一起拧成一股绳，外部铠装钢丝形成起吊脐带缆9，在起吊脐带缆9的起始端分离出强电水密接插件15和弱电水密接插件16，而后连接至分线箱12相对应的水密接插件上。
分线箱12中的强电接线排将各设备的强电电缆进行汇集，而后通过强电水密接插件15和水密电缆14连接至载人舱4上的对应的强电水密接插件上，直至连接至控制柜3内部的电源模块上，分线箱12中的弱电接线排将各设备的弱电电缆进行汇集，而后通过弱电水密接插件16和水密电缆14连接至载人舱4上的对应的弱电水密接插件上，直至连接至控制柜3内部的控制器模块上，从而完成载人舱4的控制柜3与铺缆相关的各设备进行供电和通讯。
实际使用过程中，当载人潜水器1接收到深海光缆铺设任务时，在岸基码头将海底光缆13缠绕在储缆卷筒5上，缠满后，将海底光缆13的起始端从输送履带6的上下层履带间穿过，而后再从自动调整器10的光缆通道1005中穿出，之后通过载人舱4内的控制柜3，操控吊放绞车2回收起吊脐带缆9，直至将自动调整器10回收至载人潜水器1的底部。之后通过水面布放系统将储满海底光缆13的载人潜水器1吊放至海洋中，载人潜水器1航行至指定的铺设海域并下潜至预定深度，保持悬停，此时通过操控载人舱4内的控制柜3，操控输送履带6电机旋转，从而带动储缆卷筒5被动释放海底光缆13，同时操控吊放绞车2同步释放起吊脐带缆9，以将内部穿有海底光缆13的自动调整器10释放出去，由于载人潜水器1距离海底高度常达数千米，为了降低自动调整器10的布放和回收时的阻力，将自动调整器10的外形设计成梭子状，以缩短布放回收时间，提高铺缆作业效率。当自动调整器10底部搭载的高度计1006测量得到的距离海底高度值满足要求时，操控吊放绞车2停止放缆并停车制动。
然后通过载人舱4内的控制柜3操控载人潜水器1按照预定轨迹保持一定航速前进，同时控制输送履带6的输送速度，将海底光缆13同步输送出去，海底光缆13由于其自身重力的作用落于海床上。由于载人潜水器1的下潜深度有限，其距离海底的高度通常达数千米，已经从载人潜水器1上释放出的海底光缆13由于深海海流的作用，导致海底光缆13的落地点会偏离预定轨迹，此时载人潜水器1底部的超短基线换能器8会实时检测水声信标1003的位置，当发现位置偏离铺设轨迹时，操控自动调整器10上的两个并排布置的侧向推进器1004旋转产生推力，以完成自动调整器10的机动位置调整，从而实现海底光缆13的轨迹纠偏。
在海底光缆13铺设过程中，当自动调整器10底部搭载的高度计1006测量得到的距离海底高度值发生较大的变化时，此时表明铺设路径上有海山、海丘的存在，此时通过控制载人潜水器1艏部的垂直槽道推进器7旋转，完成艇体的深度调整，从而保持恒定的铺设高度。若海底光缆13铺设过程中，载人潜水器1偏离指定航线，通过控制其尾部搭载的横向槽道推进器11完成其航线纠偏，从而实现大深度海底光缆13的高精度铺设。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (3)

1.一种载人潜水器高精度深海铺缆装备，其特征在于：包括载人潜水器(1)，所述载人潜水器(1)的中部设置有载人舱(4)，所述载人舱(4)内安装有控制柜(3)，所述载人潜水器(1)艉部从后往前依次安装有分线箱(12)、横向槽道推进器(11)和吊放绞车(2)，所述吊放绞车(2)上缠绕有多层起吊脐带缆(9)，起吊脐带缆(9)的末端连接有自动调整器(10)；所述载人舱(4)下方的载人潜水器(1)上安装有超短基线换能器(8)；所述载人潜水器(1)的艏部安装有垂直槽道推进器(7)，所述载人舱(4)与垂直槽道推进器(7)之间安装有储缆卷筒(5)，所述储缆卷筒(5)的下方安装有输送履带(6)，所述储缆卷筒(5)上缠绕有待铺设的海底光缆(13)，所述海底光缆(13)的起始端从输送履带(6)的上下履带之间穿过，然后穿过自动调整器(10)，通过海底光缆(13)重力的作用，落于海床上；所述自动调整器(10)的具体结构为：包括基体结构(1002)，所述基体结构(1002)的顶部呈锥形状，底部呈圆台状，基体结构(1002)的顶部中间位置设置有承重头(1001)，所述承重头(1001)顶部硫化固定在起吊脐带缆(9)上，基体结构(1002)上部右侧位置固定有水声信标(1003)，位于水声信标(1003)下部的基体结构(1002)内间隔安装有侧向推进器(1004)，位于侧向推进器(1004)下方的基体结构(1002)上设置有贯通的光缆通道(1005)，所述光缆通道(1005)内穿过海底光缆(13)；所述基体结构(1002)底部圆台中心位置处安装有高度计(1006)；所述侧向推进器(1004)有两组，呈左右对称布置在基体结构(1002)的内部。
2.如权利要求1所述的一种载人潜水器高精度深海铺缆装备，其特征在于：所述自动调整器(10)的整体外形呈梭子状。
3.如权利要求1所述的一种载人潜水器高精度深海铺缆装备，其特征在于：还包括电控系统，所述电控系统的结构为：包括载人舱(4)，所述载人舱(4)的内部设置有控制柜(3)，所述控制柜(3)包括有电源模块和控制器模块，所述载人舱(4)的舱壁上设置有强电水密接插件(15)和弱电水密接插件(16)；
还包括分线箱(12)，所述分线箱(12)的内部设置有强电接线排和弱电接线排，所述分线箱(12)的两端和底部均设置有多组强电水密接插件(15)和弱电水密接插件(16)，在分线箱(12)内部，所有强电水密接插件(15)与强电接线排连接，所有弱电水密接插件(16)与弱电接线排连接；
分线箱(12)的左端通过水密电缆(14)与载人舱(4)连接；
自动调整器(10)上的水声信标(1003)、侧向推进器(1004)、高度计(1006)的设备的尾端均设置有强电水密接插件(15)与弱电水密接插件(16)，每个水密接插件均连接有水密电缆(14)，连接上述三个设备的水密电缆(14)捆绑在一起拧成一股绳，外部铠装钢丝形成起吊脐带缆(9)，在起吊脐带缆(9)的起始端分离出强电水密接插件(15)和弱电水密接插件(16)，而后连接至分线箱(12)底部的水密接插件；
载人潜水器(1)上的垂直槽道推进器(7)、横向槽道推进器(11)、吊放绞车(2)和输送履带(6)均通过各自的电机进行驱动，分别为：垂直槽道推进器电机、横向槽道推进器电机、吊放绞车电机、输送履带电机，上述各电机的尾端均连接有强电水密接插件(15)与弱电水密接插件(16)，超短基线换能器(8)的设备上也连接有强电水密接插件(15)与弱电水密接插件(16)，上述各电机和超短基线换能器(8)的强电水密接插件(15)与弱电水密接插件(16)分别通过水密电缆(14)与分线箱(12)右端的接插件连接。
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