一种水下设备、作业船及防扭方法与流程

本申请涉及水下工程，特别涉及一种水下设备、作业船及防扭方法。

背景技术：

1、水下设备是指在水下进行作业或探测的设备，如海底钻机、可视化抓斗、水下机器人和水下采样器等，水下设备通常需要通过铠装脐带缆与作业船(母船)相连，以实现水下设备的供电、通信和控制。脐带缆是一种集成了电缆、光缆和其它管的复合缆，可以传输电力、信号、液压流体、化学药剂等。然而，在水下作业、布放和回收过程中，受水深影响，放缆长度动辄几百上千米，脐带缆容易受到浪涌、海流、水下设备运动和载荷变化等因素的影响，产生扭曲、缠绕、拉伸等变形，从而影响脐带缆的正常工作，甚至导致铠装层的疲劳损伤、脐带缆的扭结、缆端的过载等问题，影响脐带缆的使用寿命和安全性。

2、相关技术中，有两方面的措施有助于减少铠装脐带缆的扭缆问题。一是铠装层的结构优化，例如通过改变铠装层的钢丝数量、直径、角度、方向、间距等参数，调节铠装层的刚度、柔度、扭转特性等，从而减小铠装层的应力和应变，提高铠装层的抗扭能力。然而，铠装层的结构优化会增加脐带缆的设计和制造难度，需要考虑多种因素的影响，如海流、涌浪、水深、温度等，同时也会增加脐带缆的成本。二是脐带缆的张力控制，例如通过使用张力器、卷缆机、绞车等设备，可以对脐带缆的张力进行实时监测和调节，保持脐带缆的恒张力或变张力，从而减小脐带缆的扭转和弯曲，提高脐带缆的稳定性。而这需要依赖于专门的张力控制系统，如绞车、张力计、反馈控制器等，这些系统的可靠性和精度直接影响脐带缆的张力水平，如果出现故障或误差，可能会导致脐带缆的过载或松弛，从而加剧扭缆的程度。因此这种方式只能在一定程度上减少扭缆，而不能完全解决扭缆问题。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题中的至少之一，本申请提供一种水下设备、作业船及防扭方法，能够防止或解除脐带缆的扭曲状况，提高脐带缆使用可靠性和耐用性，所采用的技术方案如下。

2、第一方面，本申请所提供的水下设备，包括设备本体、脐带缆和推进组件，所述脐带缆用于将所述设备本体连接于作业船；推进组件设置于所述设备本体，所述推进组件包括驱动件和运动件，所述驱动件用于驱动所述运动件以第一模式运动，以带动所述设备本体在水下移动，以调节所述脐带缆的位置，所述驱动件还用于驱动所述运动件以第二模式运动，以产生可用于带动所述设备本体在水中沿所述脐带缆扭曲方向的反方向转动的力矩。

3、本申请第一方面的某些实施例中，所述驱动件用于驱动所述运动件转动以产生推进动力，所述运动件包括第一螺旋件和第二螺旋件，所述第一螺旋件与所述第二螺旋件相对于所述设备本体的旋转中心偏心设置；

4、所述运动件以第一模式运动时，所述第一螺旋件和第二螺旋件产生的扭矩相互抵消；所述运动件以第二模式运动时，所述第一螺旋件与所述第二螺旋件产生扭矩不相等，以产生用于推进所述设备本体自转的力矩。

5、本申请第一方面的某些实施例中，所述运动件以第一模式运动时，所述第一螺旋件和第二螺旋件的推动力相互叠加，以形成用于推动所述设备本体移动的合力。

6、本申请第一方面的某些实施例中，所述设备本体包括支架，所述支架的沿高度方向的投影为矩形，所述矩形的两条对角线的交点构成所述旋转中心，所述脐带缆的一端连接在所述矩形的两条对角线的交点上，所述第一螺旋件与所述第二螺旋件分别设置在所述矩形的两条对角线上，所述支架还包括位于所述第一螺旋件和所述第二螺旋件之间的第一侧边；

7、所述运动件以第一模式运动时，所述第一螺旋件和第二螺旋件的推进力同时朝向或背离所述第一侧边；所述运动件以第二模式运动时，所述第一螺旋件和第二螺旋件中的其中一者的推进方向朝向所述第一侧边，其中另一者的推进方向背离所述第一侧边。

8、本申请第一方面的某些实施例中，所述水下设备还包括控制组件，所述控制组件电连接于所述驱动件，以控制切换所述第一螺旋件、第二螺旋件的转动方向，所述第一螺旋件、第二螺旋件通过切换转动方向以切换推进方向。

9、本申请第一方面的某些实施例中，所述水下设备还包括第一角度传感器，所述第一角度传感器设置于所述设备本体，并用于检测所述设备本体的转动角度。

10、第二方面，本申请提供一种作业船，包括母船、布放回收组件以及如第一方面提供的水下设备，所述布放回收组件设置于所述母船，所述脐带缆的一端连接于所述设备本体，另一端连接于所述布放回收组件，所述水下设备通过所述布放回收设备从所述母船投放至水下或者从水下回收至母船。

11、本申请第二方面的某些实施例中，所述脐带缆的连接于所述布放回收组件的一端还设有第二角度传感器，所述第二角度传感器用于检测所述脐带缆的扭转方向和扭转角度。

12、第三方面，本申请还提供一种防扭方法，包括利用第二角度传感器检测脐带缆的扭转方向和扭转角度；当脐带缆的扭转角度超过设定值时，驱动件驱动第一螺旋件和第二螺旋件沿相反方向转动，以对设备本体产生沿脐带缆扭转方向的反方向转动的力矩。

13、本申请第三方面的某些实施例中，所述利用第二角度传感器检测脐带缆的扭转方向和扭转角度的检测时机包括以下场景中的至少一种：水下设备布放的过程中；或者水下设备回收的过程中；或者水下设备执行任务的过程中。

14、本申请的实施例至少具有以下有益效果：一方面，通过使推进组件的运动件在切换至第二模式运动时，能够对设备本体产生转动的力矩，从而使得设备本体能够产生自转运动或自转的运动趋势，从而抵消水流对设备本体的扭转作用，进而减少设备本体扭转对脐带缆造成的扭曲影响，或者在脐带缆已经扭曲至一定程度后，通过设备本体沿扭转方向的反方向转动而解除扭曲，避免脐带缆发生扭结、缆端过载等问题，也降低脐带缆表面的铠装层产生疲劳损伤的风险，从而提高脐带缆的耐用性和使用可靠性。另一方面，推进组件还能够在运动件切换至第一模式运动时满足水下设备执行水下任务过程中移动的需求，也即，推进设备本体移动和转动的两套运动系统共用同一个运动件，能够进一步缩小推进组件在设备本体中占用的空间，实现水下设备的简约化和小型化设计。在推进组件满足推进设备本体移动的需求前提下，对推进组件进一步设计推进设备本体转动的功能，使得推进组件的功能更为丰富实用。

技术特征：

1.一种水下设备，其特征在于：包括

2.根据权利要求1所述的水下设备，其特征在于：所述驱动件用于驱动所述运动件转动以产生推进动力，所述运动件包括第一螺旋件和第二螺旋件，所述第一螺旋件与所述第二螺旋件相对于所述设备本体的旋转中心偏心设置；

3.根据权利要求2所述的水下设备，其特征在于：所述运动件以第一模式运动时，所述第一螺旋件和第二螺旋件的推动力相互叠加，以形成用于推动所述设备本体移动的合力。

4.根据权利要求2所述的水下设备，其特征在于：所述设备本体包括支架，所述支架的沿高度方向的投影为矩形，所述矩形的两条对角线的交点构成所述旋转中心，所述脐带缆的一端连接在所述矩形的两条对角线的交点上，所述第一螺旋件与所述第二螺旋件分别设置在所述矩形的两条对角线上，所述支架还包括位于所述第一螺旋件和所述第二螺旋件之间的第一侧边；

5.根据权利要求4所述的水下设备，其特征在于：所述水下设备还包括控制组件，所述控制组件电连接于所述驱动件，以控制切换所述第一螺旋件、第二螺旋件的转动方向，所述第一螺旋件、第二螺旋件通过切换转动方向以切换推进方向。

6.根据权利要求1至5任一项所述的水下设备，其特征在于：所述水下设备还包括第一角度传感器，所述第一角度传感器设置于所述设备本体，并用于检测所述设备本体的转动角度。

7.一种作业船，其特征在于：包括母船、布放回收组件以及如权利要求至任一项所述的水下设备，所述布放回收组件设置于所述母船，所述脐带缆的一端连接于所述设备本体，另一端连接于所述布放回收组件，所述水下设备通过所述布放回收设备从所述母船投放至水下或者从水下回收至母船。

8.根据权利要求7所述的作业船，其特征在于：所述脐带缆的连接于所述布放回收组件的一端还设有第二角度传感器，所述第二角度传感器用于检测所述脐带缆的扭转方向和扭转角度。

9.一种防扭方法，其特征在于：包括

10.根据权利要求9所述的防扭方法，其特征在于：所述利用第二角度传感器检测脐带缆的扭转方向和扭转角度的检测时机包括以下场景中的至少一种：

技术总结本申请公开了一种水下设备、作业船及防扭方法，水下设备包括设备本体、脐带缆和推进组件，脐带缆用于将设备本体连接于作业船；推进组件设置于设备本体，推进组件包括驱动件和运动件，驱动件用于驱动运动件以第一模式运动，以带动设备本体在水下移动，以调节脐带缆的位置，驱动件还用于驱动运动件以第二模式运动，以产生可用于带动设备本体在水中沿脐带缆扭曲方向的反方向转动的力矩。利用推进组件能够对设备本体产生转动的力矩，从而使得设备本体能够产生自转运动或自转的运动趋势，抵消水流对设备本体的扭转作用，或者在脐带缆已经扭曲至一定程度后，通过设备本体沿扭转方向的反方向转动而解除扭曲，避免脐带缆发生扭结问题。技术研发人员：杨志轩,罗旭龙,田烈余,肖锐,耿成园,邓朝亮,刘勇受保护的技术使用者：广州海洋地质调查局技术研发日：技术公布日：2024/5/29