深水多波束EM710的導流罩研發(fā)與應用

梁春江 張飛

【摘 要】 本文針對深水多波束測深儀EM710在海洋石油709進行船底安裝方式需要加裝導流罩的實際技術需求，對EM710型深水多波束的生產廠家設計的導流罩進行升級設計，分別對導流罩的外形、尺寸、法蘭接口、管道進行改裝設計，并按照設計圖紙經車床加工出了導流罩，最后經實際工程應用證明研發(fā)設計的導流罩滿足多波束的數據采集需求，并帶來經濟效益，為深水多波束設備的導流罩的研發(fā)應用推廣提供了參考，拓展了深水多波束的導流罩的設計技術和深水多波束測深儀的安裝技術手段。

【關鍵詞】 深水多波束 EM710 導流罩

【Abstract】 As for missions of the actual technical demand of installing the EM710 multi-beam on the vessel Hai Yang Shi You 709，Upgrading the original blister designed by the multi-beam factory， including the shape、the size、the interface、the pipes， And according the planned chart， producing a new blister， By the feedback information of engineering application， the self-designed blister， as well as the direct economic benefit， which provides the technical support and engineering reference value for the EM710 multi-beam equipment. And it expands technology designing of the blister of the multi-beam and multi-beam installing technical means.

【Key words】 Deep-sea multi-beam； EM170； Blister

目前，中國南海深水多波束測量項目越來越多，由于南海深水井場海底地形復雜，而且水深大多大于1000米，同樣的一套多波束設備在該類深水井場中測量的數據由于換能器的安裝角度偏差所引起測量誤差將被大幅放大，導致數據失真。

由于海洋石油709船此次要求安裝的深水多波束測深儀的換能器尺寸較大，換能器的安裝角度誤差導致的安裝距離誤差就會相應較大，這就要求換能器的導流罩加工精度要足夠高。

由于此次海洋石油709船要求將EM710深水多波束安裝于船底，就要充分考慮船艏的水流和氣泡，加之海洋石油709船有一個長*寬：5.4m*5.4m的月池，還要考慮月池產生的水流和氣泡對換能器的影響（如圖1）。

由于此次海洋石油709船進塢還要同時安裝一套OS75 ADCP，就要考慮到深水多波束EM710的換能器與ADCP的換能器的相對位置關系和聲學影響。

由于廠家只提供家標配的只適用于自帶船底導流罩的新造船的導流罩圖紙，鑒于海洋石油709船船底沒有導流罩，所以只能自主研發(fā)導流罩。

本文通過自主研發(fā)深水多波束EM710的導流罩，以工程項目應用為研究背景，研發(fā)出了一套適用于沒有船底導流罩的船舶加裝深水多波束導流罩，可以等同于自帶導流罩的新造船加裝深水多波束，實現船底多波束的安裝，降低了生產成本，為深水多波束設備的導流罩的研發(fā)應用推廣提供了參考，拓展了深水多波束的安裝技術手段。

1 EM710的導流罩的需求分析

1.1 EM710原廠導流罩圖紙分析

原裝的導流罩圖紙雖然不適用此次船底安裝，但其部分設計仍然具有參考價值。（如圖2所示）

1.1.1 換能器的開孔位置和尺寸

鑒于EM710的發(fā)射換能器和接收換能器的尺寸是固定的，而且原廠設計中將發(fā)射換能器安裝于接收換能器的前面，能夠與多波束數據采集軟件ISIS缺省配置相匹配。

1.1.2 導流罩的外形設計

原廠的導流罩圖紙的外形系水滴形設計，這種設計盡量避免了導流罩本身在船舶航行中產生的水流和氣泡對聲學數據采集的影響，同時也盡量降低了將導流罩本體產生的水阻。

1.2 換能器的固定支架

原廠提供的換能器固定支架結構圖紙雖然簡單，但由于換能器安裝角度的誤差主要決定于固定支架，加工誤差將直接影響多波束采集時的波束腳印誤差。

所以換能器的固定支架本身需要較高的加工精度。

2 EM710導流罩設計關鍵技術點

2.1 導流罩的外形設計

為了盡量避免了導流罩本身在船舶航行中產生的水流和氣泡對聲學數據采集的影響，同時也盡量降低了將導流罩本體產生的水阻，采用水滴形外形設計。（如圖3所示）

2.2 EM710換能器的開孔位置和尺寸

為了能夠與多波束數據采集軟件ISIS缺省配置相匹配，采用廠家圖紙設計，將長*寬：1080mm*560mm的發(fā)射換能器區(qū)布置于導流罩的前部，將寬長*寬：680mm*540mm的接收換能器布置于導流罩的后部，導流罩底部做相應的開孔區(qū)。

因發(fā)射換能器應與接收換能器垂直布放，所以兩換能器區(qū)垂直布放，相距95mm。

2.3 ADCP換能器的開孔位置和尺寸

表1 聲學屬性表

Table.1 Table of Sounding Attributes

考慮到多波束的EM710的工作頻率高于ADCP的工作頻率，特別是多波束的波束數量遠高于ADCP的波束數量，為了避免聲學干擾，將ADCP布放于多波束EM710的后方設計如圖4所示：

圖4中的紅色區(qū)域用來布放多波束EM710。藍色區(qū)域用來布放ADCP。ADCP的導流罩圖紙如圖5所示：

設計將ADCP的換能器安裝于固定法蘭盤的下方，便于進塢對換能器進行維護保養(yǎng)和維修。

由于ADCP的導流罩是固定安裝于多波束EM710的導流罩內部的，的開孔位置就是在多波束換能器的后方開直徑635mm，將ADCP的導流罩整體固定安裝進去。

2.4 多波束換能器的固定支架

為了保證固定支架的加工精度，首先要保證所以鋼板材料不會發(fā)生形變，這就要求選擇制作過程中只有冷工作業(yè)，沒有熱工。

將固定支架在結構上分解為依靠法蘭和緊固件組裝，各個部件經過車床冷工加工而成，在固定支架的每個部件的制作過程中沒有使用熱工，不會導致金屬受熱后發(fā)生微小形變而導致整個固定支架發(fā)生扭曲變形。

發(fā)射換能器的固定支架：分解為4塊縱向版，6塊橫向板，6個連桿螺栓，底部攻絲8個內螺紋孔，用于緊固換能器。

接收換能器的固定支架：分解為4塊縱向版，4塊橫向板，6個連桿螺栓，底部攻絲8個內螺紋孔，用于緊固換能器。

換能器的固定支架整體設計如圖6所示：

2.5 電纜通道設計

電纜通道是導流罩內的設備的電纜延伸到導流罩外與甲板單元連節(jié)的通道。導流罩的電纜通道在頂部，需要開孔，開孔尺寸依據電纜的尺寸信息（見表2）。

表2 電纜表

Table.1 Table of cable infor

在船底自帶導流罩的電纜通道孔徑廠家建議為150mm，電纜未經彎曲垂直穿過船底板通向聲吶艙，電纜通道截面積利用率較高，但因海洋石油709船此次安裝導流罩的同時，無法在船底板開孔，電纜通道為在導流罩側后方開孔，到達月池后拐向90度向上，150mm孔顯然無法使14條電纜全部順利通過，經綜合考慮電纜信息表，將開孔直徑設計為220mm，以便于電纜通道的順暢。

2.6 水密設計

鑒于導流罩的電纜通道是自其側后方延伸月池邊沿，然后垂直向上直至主甲板，已高出水線2米多，雖然與原廠設計不同，但同樣達到了開放式水密結構的效果。

3 EM710導流罩實效測試

3.1 水阻測試

通過相同的主機負荷和在加裝導流罩之前的航速對比，發(fā)現導流罩對航速的影響是僅降低了0.1節(jié)，驗證了自助設計的水滴形外形的實用性。

3.2 噪音測試

通過實時數據采集和多波束后處理專業(yè)軟件Caris的分析，接收換能器沒有收到雜訊，多波束成像上沒有出現空白點，說明導流罩有效地將多波束的換能器與船艏的產生的水流和氣泡隔離開，滿足多波束作業(yè)的聲學需求。

4 EM710經濟效益

4.1 直接經濟效益

節(jié)約了海洋石油709船改造聲吶艙，加裝船底自帶式導流罩以及采購原廠原裝導流罩的支出成本約100萬元。增強了海洋石油709船的設備搭載能力和深水井場調查的市場競爭力。

4.2 間接經濟效益

使用自主設計制造的多波束EM710的導流罩，同時容納了ADCP的導流罩，達到了深水多波束EM710和OS75 ADCP可以同時作業(yè)的效果，降低了為ADCP單獨設計加工導流罩的成本，為后期的項目實施提供了堅強的技術支撐。

5 結語

基于一艘沒有自帶船底導流罩的船舶加裝深水多波束EM710的任務需求，本文通過分析深水多波束EM710原廠設計的導流罩的圖紙，研發(fā)設計出一套自助設計研發(fā)多波束導流罩的技術方法，并通過加工完成，在實際海洋測量項目中驗證了導流罩的技術性能，為多波束導流罩的研發(fā)技術應用與推廣奠定了良好的基礎。

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