ROV設(shè)計(jì)之電纜
大多數(shù)ROV需要電纜傳輸機(jī)械負(fù)載,功率和信號到潛器,或者從潛器傳輸回來。也有潛器是自動或半自動控制(通過聲學(xué)鏈接),或者通過易損壞的光纖微型線纜控制。潛器的尺寸,重量和操作深度以及潛器的發(fā)動機(jī),子系統(tǒng)和搭載設(shè)備共同決定了ROV的電纜設(shè)計(jì)。對于使用機(jī)電纜的標(biāo)準(zhǔn)ROV,主要有兩種電纜:臍帶纜(從船到ROV或者臍帶纜管理系統(tǒng)TMS),系留電纜(TMS到ROV)。開始設(shè)計(jì)電纜需要考慮電功率,信號和強(qiáng)度情況。
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功率要求
功率需求按安培計(jì)算。對于每一安培使用足夠多的材料保證電源到達(dá)最遠(yuǎn)端使非常有必要的。大多數(shù)導(dǎo)體對電流的流動性有阻力,會造成電壓的降低。因此使用低阻力的材料使非常有必要的,比如常用的銅。
另外需要考慮的使導(dǎo)體上的絕緣層需要能保持電能,ROV電纜通常使用熱塑材料比如聚四氟乙烯作為絕緣體。無論怎樣,由于熱塑材料容易軟化或熱熔化,弄清楚操作環(huán)境和電流需要情況使非常有必要的。
操作電壓是另一個(gè)需要考慮的電纜設(shè)計(jì)因素。在絕緣層上限制電壓的應(yīng)力是非常有必要的。如果電壓太高將使絕緣層失效,使電能在到達(dá)目標(biāo)之前先離開導(dǎo)體,這將造成危險(xiǎn)狀況。因此在電纜設(shè)計(jì)時(shí)如何處理電壓應(yīng)力時(shí)非常重要的。同樣,設(shè)計(jì)一個(gè)單獨(dú)的應(yīng)急接地導(dǎo)體作為保護(hù)是非常常見的,以防絕緣體發(fā)生故障。
信號要求
信號要求需要轉(zhuǎn)化為衰減損耗。無論電還是光信號都會在通過導(dǎo)體和絕緣體時(shí)衰減。這些衰減根據(jù)信號傳輸?shù)慕橘|(zhì)和頻率不同而不同。
信號傳輸可以時(shí)模擬的或者數(shù)字的,也可以是電的或者光的。通常用銅導(dǎo)體加上熱塑材料來傳輸電信號。信號傳輸線經(jīng)常需要屏蔽電磁干擾(EMI)和射頻干擾(RFI).同樣將信號傳輸線纜和電源傳輸導(dǎo)體分離開是常見的方式。有平衡和不平衡的電力傳輸方案,這取決于系統(tǒng)的需求。典型的平衡線纜是雙絞線,不平衡的是同軸纜。其他需要考慮的因素包括:阻抗,電容和頻率。
你同樣可以通過多模和單模的光纖纜來進(jìn)行信號傳輸。無論哪種光纖纜需要考慮:衰減,帶寬和波長。
強(qiáng)度要求
這個(gè)強(qiáng)度提供了與ROV的機(jī)械連接。通常需要支持電纜重量,ROV和附加的負(fù)載,應(yīng)對動態(tài)負(fù)載。同樣,由于拉力原因電纜的尺寸會影響電纜上的負(fù)載。因此,選擇電纜強(qiáng)度時(shí)有很多變量需要考慮。
鋼是臍帶纜常用的材質(zhì);通常會在鋼外面包括一層碳素鋼絲和鍍鋅涂層來防止它被腐蝕。這個(gè)材料的抗張強(qiáng)度,模量和抗磨性會保護(hù)電纜在使用時(shí)免受損壞。
合成纖維,比如杜邦公司的凱夫拉可以減少重量。合成纖維被常用來作為系留纜,同樣在深水系統(tǒng)中作為臍帶纜。合成纖維的強(qiáng)度需要一個(gè)保護(hù)層來增加抗磨性。合成纖維通常比鋼纜要貴很多,但是重量的差異時(shí)相當(dāng)明顯的。對于超深水,使用合成纖維是能達(dá)到必需深度的唯一途徑。
總的來說,ROV臍帶纜或者系留纜的設(shè)計(jì)對于成功操作系統(tǒng)來說是至關(guān)重要的。無論怎樣,技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到一定水平來應(yīng)對會發(fā)生的設(shè)計(jì)問題,優(yōu)秀的電纜也可以應(yīng)對各種應(yīng)用要求,無論是用于大壩檢測的低成本ROV或者用于搜索馬里亞納海溝底部的KAIKO。
下期我們將帶來ROV設(shè)計(jì)之推進(jìn)力,敬請期待!