针对水下变径缆的压力补偿式自主收放装置及控制方法与流程

本发明涉及水下作业设备的，具体地，涉及一种针对水下变径缆的压力补偿式自主收放装置及控制方法。

背景技术：

1、随着海洋资源开发和深海探测技术的快速发展，水下自主收放装置作为关键作业设备面临着越来越严苛的技术要求。在海洋科考探测、深海观测网布设、水下机器人作业等应用场景中，收放装置不仅需要适应从浅海到深海的巨大压力变化，还要能够稳定收放直径变化范围较大的探测设备，同时还需保证长期水下作业的可靠性和维护便捷性。目前，水下收放装置主要分为液力驱动和电力驱动两种类型，传统液压收放装置虽然输出扭矩大，适合深海重载作业，但其液压系统存在泄漏风险，可能造成海洋环境污染，且需要配备复杂的液压动力单元，占用空间大，维护成本高昂；传统电动收放装置虽然结构紧凑、控制精度高，但在深水高压环境下面面临严重的电机密封问题，普通潜水电机在高压下容易渗水导致绝缘失效。此外，现有水下收放装置亦无法满足对变直径柔性收放对象的自主工作要求。

2、针对上述问题，现需一种可适应水下高压环境的自主收放装置，该装置驱动类型选用合理，在交变高压下仍具有良好的旋转密封特性；并具备变径自主收放的能力，可实时监测收放缆长自主完成变径缆的紧密排布；该装置需具备良好的运行可靠性，各执行系统之间协同控制精度高。查阅现有专利和文献，未发现关于基于压力补偿的水下变径自主收放的相关技术研究。因此，为满足水下高压环境下变径缆的回收与布放工作要求，亟需一种针对水下变径缆的压力补偿式自主收放装置。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种针对水下变径缆的压力补偿式自主收放装置及方法。

2、根据本发明提供的一种针对水下变径缆的压力补偿式自主收放装置，包括：

3、储缆卷筒，用于缠绕变径缆；

4、排缆器，用于引导缆绳并在所述储缆卷筒上横向移动；

5、湿式卷筒电机，用于驱动所述储缆卷筒旋转；

6、湿式排缆电机，通过排缆丝杆驱动所述排缆器横向移动；

7、压力补偿器，通过压力补偿油管与所述湿式卷筒电机和湿式排缆电机的内腔连通，用于使电机内部油压与外界水压保持动态平衡；

8、主控舱，根据预存的收放对象参数和来自所述湿式卷筒电机的旋转变压器信号，实时计算所述排缆器的目标位置，并向所述湿式排缆电机下发控制指令，实现对变径缆的排布与收放控制。

9、优选地，所述装置还包括左基座立板和右基座立板，所述储缆卷筒通过左板法兰和右板法兰支撑于所述左基座立板和右基座立板之间；所述左基座立板和右基座立板通过多根导向杆相互连接。

10、优选地，所述排缆器上设置有变径导轮，用于兼容不同直径的缆段，并使变径缆在排布时始终处于排缆器中心。

11、优选地，所述湿式卷筒电机和湿式排缆电机均包含机械密封组件和旋转变压器；

12、所述机械密封组件用于防止外部介质侵入并控制内部油液泄漏；所述旋转变压器用于检测电机的旋转角度和圈数。

13、优选地，所述机械密封组件为一对同轴嵌套设置的硬质合金环，包括动环和静环，所述动环随电机转轴旋转，所述静环固定在电机壳体上，密封面之间的间隙采用补偿油膜填充。

14、优选地，所述旋转变压器包括定子和转子，所述定子固定在电机壳体上，所述转子随电极转轴旋转，定子包含两组空间正交分布的绕组，分别为正弦绕组和余弦绕组，转子则采用环形绕组；

15、当施加励磁信号时，会在定子绕组中感应出转子角度的调制信号，通过对于该信号的转换分析实现旋转圈数的测量。

16、优选地，所述预存的收放对象参数包括容缆层数、容缆圈数、粗缆收放长度、细缆收放长度以及变径过渡段位置信息。

17、优选地，采用一个所述压力补偿器同时为所述湿式卷筒电机和湿式排缆电机提供压力补偿。

18、优选地，所述装置能够收放变径比为1:3的变径缆。

19、根据本发明提供的一种针对水下变径缆的压力补偿式自主收放方法，基于所述针对水下变径缆的压力补偿式自主收放装置，包括以下步骤：

20、通过旋转变压器实时获取湿式卷筒电机的旋转圈数与角度，并换算为实时缆长；

21、主控舱根据所述实时缆长和预存的收放对象参数，计算排缆器的实时目标位置；

22、将所述实时目标位置转换为湿式排缆电机的目标旋转角度，并对湿式排缆电机进行位置闭环控制；

23、当所述实时缆长接近变径过渡段位置时，主控舱控制湿式排缆电机变速运行，以适应缆径变化。

24、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

25、1、本发明通过采用囊式压力补偿器与湿式电机相结合的压力补偿式驱动系统，实现了电机内部油压与外界水压的实时动态平衡，从根本上解决了深水高压环境下电机密封与绝缘失效的难题。该被动补偿机制响应迅速，能有效应对平台快速下潜上浮带来的压力突变，显著提高了装置在交变高压水下环境中的长期运行可靠性。

26、2、本发明基于旋转变压器的高精度位置反馈和预存的收放对象参数，通过变径自主控制算法，实现了储缆卷筒旋转与排缆器横移的精确协同控制。该系统能够实时监测缆长，精确捕捉变径过渡段，并即时调整排缆速度，确保了变径比高达1:3的缆绳在卷筒上排列紧密、有序，解决了现有技术无法有效收放变直径柔性对象的难题。

27、3、本发明中各子系统维修维护成本低，各子系统采用耐腐蚀性高的材料研制，可应对海洋极端环境要求，使用寿命长不易损坏；整体空间占用小，体积规模适中，可降低运输成本。

1.一种针对水下变径缆的压力补偿式自主收放装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的针对水下变径缆的压力补偿式自主收放装置，其特征在于，所述装置还包括左基座立板（2）和右基座立板（3），所述储缆卷筒（1）通过左板法兰（5）和右板法兰（9）支撑于所述左基座立板（2）和右基座立板（3）之间；所述左基座立板（2）和右基座立板（3）通过多根导向杆（4）相互连接。

3.根据权利要求1所述的针对水下变径缆的压力补偿式自主收放装置，其特征在于，所述排缆器（18）上设置有变径导轮（25），用于兼容不同直径的缆段，并使变径缆在排布时始终处于排缆器中心。

4.根据权利要求1所述的针对水下变径缆的压力补偿式自主收放装置，其特征在于，所述湿式卷筒电机（10）和湿式排缆电机（11）均包含机械密封组件（35）和旋转变压器（38）；

5.根据权利要求4所述的针对水下变径缆的压力补偿式自主收放装置，其特征在于，所述机械密封组件（35）为一对同轴嵌套设置的硬质合金环，包括动环和静环，所述动环随电机转轴旋转，所述静环固定在电机壳体上，密封面之间的间隙采用补偿油膜填充。

6.根据权利要求4所述的针对水下变径缆的压力补偿式自主收放装置，其特征在于，所述旋转变压器38包括定子和转子，所述定子固定在电机壳体上，所述转子随电极转轴旋转，定子包含两组空间正交分布的绕组，分别为正弦绕组和余弦绕组，转子则采用环形绕组；

7.根据权利要求1所述的针对水下变径缆的压力补偿式自主收放装置，其特征在于，所述预存的收放对象参数包括容缆层数、容缆圈数、粗缆收放长度、细缆收放长度以及变径过渡段位置信息。

8.根据权利要求1所述的针对水下变径缆的压力补偿式自主收放装置，其特征在于，采用一个所述压力补偿器（14）同时为所述湿式卷筒电机（10）和湿式排缆电机（11）提供压力补偿。

9.根据权利要求1所述的针对水下变径缆的压力补偿式自主收放装置，其特征在于，所述装置能够收放变径比为1:3的变径缆。

10.一种针对水下变径缆的压力补偿式自主收放控制方法，基于权利要求1至9中任一所述针对水下变径缆的压力补偿式自主收放装置，其特征在于，包括以下步骤：