坐底式船舶测深装置方案设计探讨

杨铭雪

（交通运输部烟台打捞局，山东 烟台 264000）

1 前言

随着海上风电市场的迅猛发展，风电安装船舶需求量与日俱增，与普通船舶不同的是，坐底式船舶移位拖遣时可浮于海面，施工作业时可坐于海底，抗风抗浪能力强，稳固性高，海上作业极具优势。但目前国内建造的此类型船舶寥寥无几，可借鉴的通用性建造经验基本全无，其中测深装置的设计安装就存在很大难点。本文以常规坐底式船舶为例，本着便捷高效、优化功能的原则，重点探讨测深装置方案设计。

2 方案设计难点

测深装置是采用回声测深原理，利用换能器在水中发出声波，当声波遇到障碍物反射回换能器时，根据声波往返的时间和所测水域中声波传播的速度，通过计算机处理，得出障碍物与换能器之间的距离，据此船舶在航行时可以快速而准确地测得水深的连续数据，为船舶航行提供安全保障。

测深装置十分精密，作为主要部件的换能器承担着发射和接收信号的作用，如有遮挡或损伤，将严重影响水深的测量。而坐底式船舶的常用坐底工况，将致使换能器本体全部压在船底，造成不同程度的损坏，严重影响测深装置的效用。

目前国内此类坐底式船舶采用的常规应对措施十分被动，即坐底后若换能器损坏就及时修理，若未损坏则正常使用，基本属于听天由命，赌的是每次坐底的海底状况。但一旦换能器损坏，船舶就必须上坞更换换能器，造成了极大的船舶资源浪费，因此，探讨坐底式船舶测深装置的方案设计迫在眉睫。

3 方案设计总体思路

要设计坐底式平台的测深装置，需要从保证换能器完好的角度入手，秉持这一原则，可以设想加装护罩、更换材质等方式，但这几种方式均会导致换能器声波探测精度受影响。因此，设计一种带海底阀及收放杆的测深装置，不失为一种良好的问题解决办法。当坐底式船舶在坐底及起浮过程中，根据坐底速度和距离海底深度，操作海底阀开闭，配合收回及下放换能器，此设计不仅解决了坐底式船舶换能器容易损坏的问题，还解决了大多数船舶换能器修理必须上坞的难题。

4 具体设计内容

方案设计总体思路已经确定，具体设计难点就集中在海底阀的型式、阀的开闭设计及换能器的提升下放设计上，具体设计内容详述如下。

4.1 整体布局

整套测深装置的设计布局如图1，主要由测深装置主机、换能器接线盒、海底电动球阀、导流罩换能器等组成。

图1

4.2 海底电动球阀型式及阀控箱设计

（1）电动球阀外形图及配合测深装置收放杆示意图如图2。

图2

（2）阀控箱控制原理图如图3。

图3

阀控箱控制原理简述：

开阀：在正常供电状态下，合上断路器QF1，按下自复位按钮SB2，KMO接触器线圈得电，其主触点闭合，电动阀得电工作，其常开触点闭合，电动阀自保持得电，电动阀逐步打开，在开阀过程中，HL3闪亮，HL2常亮，当电动阀开到最大限位时，LS01限位开关断开，HL2灯灭，HL3灯常亮。

关阀：在正常供电状态下，合上断路器QF1，按下自复位按钮SB3，KMC接触器线圈得电，其主触点闭合，电动阀得电工作，其常开触点闭合，电动阀自保持得电，电动阀逐步关闭，在关阀过程中，HL2闪亮，HL3常亮，当电动阀关到最大限位时，LSC1限位开关断开，HL3灯灭，HL2灯常亮。

此阀控箱设置远传控制信号，可在控制室远程控制电动阀的开启及关闭，同时设置了力矩保护，发出灯光警示报警。

4.3 换能器收放设计

随着船舶坐底及起浮状态的变化，我们进行换能器的收放工作。众所周知，齿轮传动具有瞬时传动比恒定、传动精度高、承载能力大、结构成熟等特点，故在机电一体化设备中占据重要地位。此换能器杆的收放也可采取此种方式。示意图如图4。

图4

若采用齿轮传动方式，则需选择合适输出速度的减速电机，通过轴连接，带动主齿轮转动，主齿轮带动负载齿轮转动，达到换能器杆收放的目的。在测深装置安装处附近设置一控制电箱，主要是控制电机正反转运转，配合限位开关，达到一键操作换能器杆起升、停止及下放功能。控制箱基本原理图如图5。

图5

控制原理简述：

换能器杆提升过程：按下启动按钮SB2，接触器KM1线圈通电，其常开触点闭合，以保证KMl线圈持续通电，串联在电动机回路中的KM1的主触点持续闭合，电动机连续正向运转，换能器杆缓慢上升,到达顶部限位开关后，限位开关触点SQ1断开，换能器停止提升。

换能器杆停止过程：以提升过程中停止为例，按下停止按钮SB1，接触器KMl线圈断电，其辅助触点断开，以保证KMl线圈持续失电，串联在电动机回路中的KMl主触点持续断开，切断电动机定子电源，电动机停转，换能器杆提升动作停止。

换能器杆下放过程：按下起动按钮SB3，接触器KM2线圈通电，其辅助常开触点闭合，以保证KM2线圈持续通电，串联在电动机回路中的KM2的主触点持续闭合，电动机连续反向运转，换能器收放杆缓慢下放，到达底部限位开关后，限位开关触点SQ2断开，换能器下放停止。

5 未来发展前景

当前，由于国内坐底式船舶数量较少，对测深装置的改进停滞不前，随着船舶自动化水平的不断提高，测深装置更自动化、更智能化将成为趋势。可以设想，在船舶驾驶室设置一套全自动化智能测深装置，当船舶下沉或起浮时，随着坐底深度的降低或升高，测深装置自动检测水深，换能器将接收到的信号传输给阀控箱，自动开关阀，同时开关阀信号自动传输至换能器收放杆控制箱，自动进行收放杆工作。整套系统智能流畅、可靠便捷，相信必然是未来船舶智能测深装置的一大发展趋势。

6 结语

船舶测深装置作为船舶运行的重要组成部分，希望此方案设计能为测深装置的智能发展提供思路，期待未来能在越来越多的坐底式船舶上得到应用。