CN110949642B - 一种水下充油拖缆拖曳调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下充油拖缆拖曳调节装置，属于水下拖曳探测技术领域。该装置包括拉力计、电滑环、控制舱、浮力调节器、推进器和阻尼伞；浮力调节器安装在控制舱内的尾部，阻尼伞共轴安装在控制舱尾部外侧端面上，推进器固定安装在阻尼伞内部；充油拖缆通过拉力计和电滑环接入控制舱内部；推进器和阻尼伞分别产生推力和阻力共同作用于充油拖缆并牵引充油拖缆展开；调节浮力调节器改变控制舱的俯仰，俯首时，拖动充油拖缆上升，仰首时，拖动充油拖缆下沉，从而具备调节水下充油拖缆深度的能力。本发明具有自动调节拖缆深度功能，采用海流阻力和推进器混合动力，牵引拖缆正常展开和升沉，具有长时间、广水深为拖缆提供拖曳拉力能力。

Description

一种水下充油拖缆拖曳调节装置

技术领域

本发明涉及一种水下充油拖缆拖曳调节装置，属于水下拖曳探测技术领域。

背景技术

海洋探测是海洋发展的关键技术。而水下线列阵探测技术作为海洋探测领域的一种重要技术手段，近年来一直在不断的开拓和发展。水下线列阵探测系统中，线列阵通常安装在充油拖缆中。充油拖缆造价昂贵，长度往往几百上千米，拖缆水下收放和展开，都需要有沿缆长方向拉力的作用；否则拖缆会发生弯曲，导致线列阵工作失效，甚至拖缆发生打绞损害。同时，海水密度随深度发生变化，要满足在不同水深工作，水下线列阵探测系统要具有调节深度的功能。

目前，国内外牵引长线列阵探测复合缆的主要手段包括尾部拖体拖航、锚系系泊等。尾部拖体拖航的方法需要在充油拖缆尾部悬挂一个拖体，需要拖船拖曳，无法长时间作业；锚系系泊方式，一旦布置完毕，不能改变工作深度。因此，研制一种水下充油拖缆拖曳调节装置，用于水下线列阵探测是非常必要的。作为水下线列阵探测领域关键部件的水下充油拖缆拖曳调节装置设计，需从：能持续提供缆长方向拉力特性、深度可调节特性和长时间工作方面综合考虑：

缆长方向拉力特性：水下线列阵探测系统正常工作，充油拖缆需要展开，需要有沿拖缆缆长方向拉力的作用；拖缆收放，也需要有拉力的作用。

深度可调节特性：水下线列阵探测深度，从几十米到上千米，海水密度随水深会发生变化，充油拖缆自身的重浮力特性是固定的。水下线列阵探测系统要实现在不同水深都正常工作，需要配备具有深度调节能力的调节充油拖缆深度的辅助装置。

长时间工作：水下线列阵探测系统探测作业，都是全天候长时间工作。因此，缆长方向拉力也要能长时间提供。

为此，从以上三方面综合考虑，有必要开发出一种能持续提供缆长方向拉力、深度可调节、能长时间工作的水下充油拖缆拖曳调节装置。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种水下充油拖缆拖曳调节装置，该拖缆拖曳调节装置具有自动调节拖缆深度功能，采用海流阻力和推进器混合动力，牵引拖缆正常展开和升沉，具有长时间、广水深为拖缆提供拖曳拉力能力。

一种水下充油拖缆拖曳调节装置，该装置包括拉力计、电滑环、控制舱、浮力调节器、推进器和阻尼伞；所述浮力调节器安装在控制舱内的尾部，所述阻尼伞共轴安装在控制舱尾部外侧端面上，所述推进器固定安装在阻尼伞内部；充油拖缆通过所述拉力计和电滑环接入控制舱内部；所述推进器和阻尼伞分别产生推力和阻力共同作用于充油拖缆并牵引充油拖缆展开；所述调节浮力调节器改变控制舱的俯仰，俯首时，拖动充油拖缆上升，仰首时，拖动充油拖缆下沉，从而具备调节水下充油拖缆深度的能力。

进一步地，当海流流速大于设定值时，利用阻尼伞自身阻力为充油拖缆提供拉力，在海流流速小于设定值时，依靠推进器和阻尼伞混合动力为拖缆提供拉力，所述推进器的启停信号由拉力计测得的拉力值向控制系统反馈后获得。

进一步地，通过提前对整个拖曳调节装置配重或添加浮力材料方式改变拖曳调节装置的初始状态，满足对不同密度充油拖缆的深度进行调节。

进一步地，所述控制舱内装有深度传感器和姿态传感器，监控拖曳调节装置状态。

进一步地，所述调节浮力调节器包括油囊、循环油路、驱动模块和油箱；油囊布置在控制舱外，油囊一侧的表面与控制舱的盖板贴合，控制舱内用紧固件将油囊与盖板锁紧，实现密封；所述驱动模块和油箱密封布置在控制舱内；油囊中心对称设计，布置在整个拖曳调节装置轴线的尾部，循环油路连通油囊和油箱，驱动模块将油箱内的油液通过油路注入油囊或者返回油箱，改变油囊内油量即改变油囊体积，进而改变拖曳调节装置的俯仰状态。

进一步地，所述阻尼伞包括框架、推进器安装座和阻尼蒙皮；所述框架的外形呈圆锥台框架结构，框架的小端与控制舱固定连接，框架的大端沿径向延伸出环形的平面框，平面框具有一个中心孔，阻尼蒙皮固定在平面框上形成一个圆环形的阻尼面，所述推进器安装座同轴固定在框架的内部，推进器安装在推进器安装座后对应框架上的中心孔，确保阻尼伞阻力和推进器推力作用在同一直线上。

进一步地，所述阻尼蒙皮采用聚丙烯材料。

进一步地，所述控制舱的前端加装与控制舱外形平滑过渡的锥形架。

进一步地，所述推进器采用采用对转螺旋桨。

有益效果：

1、本发明通过将拉力计、电滑环、浮力调节器、推进器和阻尼伞布置在调节装置轴线方向上，调节装置轴线与拖缆接头轴线重合，通过调节浮力调节器，改变其体积，进而改变整个拖曳调节装置的俯仰，牵引拖缆上升和下沉，从而调节水下拖缆的深度；同时，采用阻尼伞海流阻力和推进器混合动力，长时间、全天候、广水深为拖缆提供沿缆长方向拉力，使水下线列阵探测系统正常工作和正常收放。

2、本发明前端的锥形架和后端的阻尼伞均为锥型架结构，能够方便水下回收捕捉；整个装置外形平滑过渡，主要的功能型元器件均在框架内部布置，避免水下发生缠绕。

3、本发明的推进器采用对转螺旋桨，消除转矩对整个拖曳调节装置的影响，避免拖曳调节装置拖动拖缆做圆周运动产生缠绕风险；整个拖曳调节装置，垂直方向浮心位于重心之上，提高装置整体的抗倾覆能力。

附图说明

图1为拖缆拖曳调节装置的整体结构图；

图2为浮力调节器结构图；

图3为阻尼伞结构图；

图4为水平拉力对拖缆深度影响示意图。

其中，1-拉力计、2-电滑环、3-控制舱、4-浮力调节器、5-推进器、6-阻尼伞、11-油囊、12-盖板、13-阀、14-驱动器、15-电机、16-流量计、21-框架、22-推进器安装座、23-阻尼蒙皮。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

如附图1所示，本发明提供了一种水下充油拖缆拖曳调节装置，装置包括拉力计1、电滑环2、控制舱3、浮力调节器4、推进器5和阻尼伞6。

其中浮力调节器4和阻尼伞6结构分别见图2和3所示，本发明中，拉力计1、浮力调节器4油囊、推进器5和阻尼伞6沿控制舱3轴线布置，拉力计1接头中心与拖缆接头中心连接，保证阻尼伞阻力和推进器推力作用在同一直线上，保证阻尼伞6阻力和推进器5推力作用在拖缆轴线方向上。

浮力调节器4如图2所示，浮力调节器4由油囊11、阀站13、驱动器14、电机15、流量计16、循环油路和油箱组成。油囊11布置在控制舱3外，为防腐橡胶材料开模加工而成，表面与控制舱3盖板12紧密贴合，控制舱3内用紧固件将油囊11与盖板12锁紧，实现密封，循环油路连通油囊11和油箱；阀13、驱动器14、电机15、流量计16和油箱密封布置在控制舱3内。阀13、驱动器14和电机15组成的驱动模块将油箱内的油液通过油路注入油囊或者返回油箱，流量计16安装在油路上监测油量的变化。油囊11中心对称设计，布置在整个拖曳调节装置轴线的尾部，驱动模块将油箱内的油液通过油路注入油囊或者返回油箱，改变油囊内油量即改变油囊体积，进而改变拖曳调节装置的俯仰状态。

阻尼伞6的结构见图3，阻尼伞由框架21、推进器安装座22和阻尼蒙皮23组成。框架21的外形呈圆锥台框架结构，框架21的小端与控制舱固定连接，框架21的大端沿径向向内部延伸出环形的平面框，平面框具有一个中心孔，阻尼蒙皮23通过压板固定在平面框上形成一个圆环形的阻尼面，推进器安装座22同轴固定在框架的内部，推进器安装在推进器安装座后对应框架上的中心孔，确保阻尼伞阻力和推进器推力作用在同一直线上。

框架21采用不锈钢材料，机加工工艺成型；阻尼蒙皮23采用防腐聚丙烯材料。加工完成后，按图3组装成一个独立的模块。

该拖缆拖曳调节装置具体实施方式为：

步骤一：浮力调节器4组装完成，与控制舱3组装，检查气密；

步骤二：推进器5组装调试完成，与尾部阻尼伞6上的推进器安装座22固定；

步骤三：阻尼伞6整体与控制舱3相连，同心连接；

步骤四：控制舱3前端轴线方向装入拉力计2和电滑环1，装上锥形捕捉架，该拖缆拖曳调节装置组装完成；

步骤五：将电滑环1与拖缆接头连接，装入水下收放平台。

在如附图4所示的实施例中，拖缆为一100m长的水中负浮力1Kg充油缆，该拖曳调节装置装入水下收放平台前，将其调整为正浮力0.5Kg，同时将初始姿态调节为一合适仰角。水下收放平台布放水中后，启动拖曳调节装置，拖动拖缆使其在水中完全展开，负浮力拖缆作用于拖曳调节装置前端，拖曳调节装置仰角变小，再微调调节浮力调节器4，使拖曳调节装置角度在0°左右，将此设定为水下平衡状态。拖缆需要上升时，增大调节器4体积，变为俯角，牵引拖缆上升；反之，减小调节器4体积，变为仰角，拉动拖缆下沉。推进器5与阻尼伞6共同为拖缆提供拉力，牵引拖缆正常展开和升沉，同时配合水下收放绞车实现自动收放，实现水下线列阵探测系统在较大水深范围内均能正常工作。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种水下充油拖缆拖曳调节装置，其特征在于，该装置包括拉力计、电滑环、控制舱、浮力调节器、推进器和阻尼伞；所述浮力调节器安装在控制舱内的尾部，所述阻尼伞共轴安装在控制舱尾部外侧端面上，所述推进器固定安装在阻尼伞内部；充油拖缆通过所述拉力计和电滑环接入控制舱内部；所述推进器和阻尼伞分别产生推力和阻力共同作用于充油拖缆并牵引充油拖缆展开；调节所述浮力调节器改变控制舱的俯仰，俯首时，拖动充油拖缆上升，仰首时，拖动充油拖缆下沉，从而具备调节水下充油拖缆深度的能力；

当海流流速大于设定值时，利用阻尼伞自身阻力为充油拖缆提供拉力，在海流流速小于设定值时，依靠推进器和阻尼伞混合动力为拖缆提供拉力，所述推进器的启停信号由拉力计测得的拉力值向控制系统反馈后获得。

2.如权利要求1所述的水下充油拖缆拖曳调节装置，其特征在于，通过提前对整个拖曳调节装置配重或添加浮力材料方式改变拖曳调节装置的初始状态，满足对不同密度充油拖缆的深度进行调节。

3.如权利要求2所述的水下充油拖缆拖曳调节装置，其特征在于，所述控制舱内装有深度传感器和姿态传感器，监控拖曳调节装置状态。

4.如权利要求3所述的水下充油拖缆拖曳调节装置，其特征在于，所述浮力调节器包括油囊、循环油路、驱动模块和油箱；油囊布置在控制舱外，油囊一侧的表面与控制舱的盖板贴合，控制舱内用紧固件将油囊与盖板锁紧，实现密封；所述驱动模块和油箱密封布置在控制舱内；油囊中心对称设计，布置在整个拖曳调节装置轴线的尾部，循环油路连通油囊和油箱，驱动模块将油箱内的油液通过油路注入油囊或者返回油箱，改变油囊内油量即改变油囊体积，进而改变拖曳调节装置的俯仰状态。

5.如权利要求4所述的水下充油拖缆拖曳调节装置，其特征在于，所述阻尼伞包括框架、推进器安装座和阻尼蒙皮；所述框架的外形呈圆锥台框架结构，框架的小端与控制舱固定连接，框架的大端沿径向延伸出环形的平面框，平面框具有一个中心孔，阻尼蒙皮固定在平面框上形成一个圆环形的阻尼面，所述推进器安装座同轴固定在框架的内部，推进器安装在推进器安装座后对应框架上的中心孔，确保阻尼伞阻力和推进器推力作用在同一直线上。

6.如权利要求5所述的水下充油拖缆拖曳调节装置，其特征在于，所述阻尼蒙皮采用聚丙烯材料。

7.如权利要求6所述的水下充油拖缆拖曳调节装置，其特征在于，所述控制舱的前端加装与控制舱外形平滑过渡的锥形架。

8.如权利要求7所述的水下充油拖缆拖曳调节装置，其特征在于，所述推进器采用对转螺旋桨。

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