电磁吸附式海缆检测ROV结构设计

杨子赫

（杭州电子科技大学,杭州 310018）

电磁吸附式海缆检测ROV结构设计

杨子赫

（杭州电子科技大学,杭州 310018）

近年来海底电缆被广泛投入使用，但海缆检修困难，故障点寻测难度大；因此设计电磁吸附式海缆检测潜航器，寻缆后水面操控人员操纵潜航器跨坐于海缆上方，使用电磁吸附装置吸附海缆，使得潜航器能够自主沿缆行进，提高检测效率。

海缆；寻测；潜航器；电磁吸附

1 设计背景

随着跨地域能源输送网络的崛起，具有传送超高电压作用的海底电缆被广泛投入到海底，以减少因异地输电距离过大产生的高昂电力输送成本。海缆铺设于海床之上，由于水深对工程作业的限制，绝大多数海缆未经掩埋，裸露于海床之上，且为方便后期维修，海缆一般投放在水深不超过300米的近海海域，这就意味着海缆面临着被船只的拖网及锚钩破坏的危险。实际上，近些年来频频发生海底电缆被损害的事件，造成海缆漏电乃至断路的严重后果，给生产生活带来重大影响。目前诊断海底电缆故障的常规方法是：电力部门能根据供电系统自身功能确定故障点的大概位置，精确位置的确定交由专门的电力施工船定位；电力施工船行驶到故障点大致位置开始下钩拖缆上船，一段段寻找故障点，以进行补修。该方法操作难度大，工时长，成本高。因此，为克服现有技术的不足，决定设计一种潜至水底，可沿缆前行，携带海缆故障检测设备的水下机器人。

2 系统总体方案介绍

水下机器沿海缆骑行是检测功能得以实现的关键，因故障探棒的探测范围限制，需使探棒位置保持在海缆上方一定范围内；而由于海底海流的影响，普通ROV（有缆机器人）的抗流能力都有一定的耐受值，因此若人为操纵ROV携带探棒进行海缆检测，对ROV的综合性能及操作员的操作技术要求是极高的，且工作效率会大大降低。采用履带或滚轮坐底式ROV可以满足跨行海缆检测的要求，能够降低对海底电缆寻迹检测的操作难度。

海缆巡检的难度主要在于克服海流影响的同时能够灵活的沿缆前进，而上述分析的设备都是采用螺旋桨、履带或滚轮实时控制航向。而巡缆检测关键一点在于巡缆，可将海缆视作导轨，水下巡检机器的动力机构骑行其上，沿导轨前进，并与导轨紧密相连，即可实现对海缆的准确检测。ROV整体设计图如图1所示。

海缆检测潜航器的需要经施工船载至一定海域，由船上绞车提升释放，在水面操控人员的操纵下，利用其上的推进型航行到海底电缆附近，使用水下LED灯照明，水下摄像机反馈视频画面到甲板，操控人员借此寻缆；寻缆后水面操控人员操纵潜航器跨坐于海缆上方，使用吸附装置吸附海缆，使得潜航器能够自主延缆行进，同时利用其上搭载的探测设备进行检测，提高效率。

3 海缆吸附组件工作原理

由于海缆施工成本高，因此海缆一般直径在150mm以上，以满足足够的电力传送需求；且海缆为了增加强度，防止普通的损坏，都会在外层缠绕10mm厚度的钢丝保护层。本发明采用磁力吸住海缆的方案，设计了电磁骑行轮，其内部环布若干条状电磁铁，交替供电产生磁力，使得滚轮翻滚向前，从而实现滚轮牵引设备沿缆前进。吸附轮组件的细节结构图如图2所示。

下面详细介绍电磁滚轮如何在通电后连续向前滚动：电磁滚轮在卡入海缆后，由于均匀环布的电磁舱相邻两个夹角与正极刷块的弧角相同，这就保障了电刷与正极刷块的接触只有两种状态：一是两个电刷同时与正极刷块接触，一是一个电刷与正极刷块接触；由于负极刷块与负极电环是全程摩擦接触的，这就意味着电刷与正极刷块接触便构成了回路，使得相应的电磁舱产生磁力；吸引海缆中的钢丝保护层，通电的弧形电磁舱会产生向海缆圆柱面贴合的趋势；在轮毂与海缆的摩擦力阻碍下，电磁滚轮会向前滚动以使电磁舱与海缆圆柱面贴合；当通电的电磁舱贴合到位后，其紧邻的电磁舱上的电刷便刚好与正极刷块接触，此时两个电磁舱同时通电产生磁力，但二者的合力仍是斜向下的，此时，在力的作用下两个通电的电磁舱仍会向前滚动，以找到平衡点，但滚动便会带动预先与海缆贴合的电磁舱上的电刷脱离正极刷块，磁力消失，回到仅有一个电磁舱具有磁力的状态，周而复始，电磁滚轮不断前进，进而牵引设备整体沿缆前进。

[1]张效龙,徐家声.海缆安全影响因素评述[J].海岸工程,2003(02):1-7.[2017-09-17].

[2]俞宙.一种海缆巡检ROV的机械结构设计与控制系统开发[D].杭州电子科技大学,2014.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.01.125

杨子赫（1991-）,男,山东枣庄人,研究方向：水下机器人技术。