Казарезов Проеектування пристроiв и систем пiдводных апаратiв

ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОЇВ І СИСТЕМ ПІДВОДНИХ АПАРАТІВ

нювальних кілець від радіальних розтягів затвор виконують з обмежувальним буртом чи кільцем.

Для виготовлення металевих прокладок найбільш широко застосовують свинець, мідь, алюміній, вуглецеві, леговані і нержавіючі сталі, монель-метал, нікель. Матеріал металевих прокладок, їхня форма і межі застосування наведені в табл. 3.11

Таблиця 3.11. Характеристики металевих прокладок

141

Комбіновані прокладки, поєднуючи позитивні властивості металевих і неметалевих прокладок, мають пружність, міцність, не потребують великих зусиль обтиснення, допускають зниження точності і чистоти обробки ущільнювальних поверхонь фланців. Комбіновані прокладки виготовляють з листового алюмінію, свинцю, міді, нікелю, монель-металу, вуглецевої, легованої і нержавіючої сталі. Як наповнювачі застосовують азбестовий картон або шнур, фторопласт. Азбестові наповнювачі використовують для прокладок у з'єднаннях трубопроводів з температурою робочого середовища до 770…970 К, фторопласт – до 525 К. На рис. 3.14 показані основні типи комбінованих прокладок.

Хвилясті прокладки виготовляють методом штампування з тонких металевих листів товщиною 0,25…0,50 мм. Крок хвиль складає 3…6 мм, висота прокладки – 2…4 мм. У заглибини між хвилями по обидва боки укладають азбестовий шнур на клею, а потім поверхню прокладки графітують. Азбометалеві хвилясті прокладки з мідною основою застосовують для ущільнення з'єднань трубопроводів живильної води і пари при тиску до 2,5 МПа і температурі до 525 К, з основою з вуглецевої чи нержавіючої сталі – для трубопроводів при тиску до 6,4 МПа і температурі до 750 К. При високих тиску і температурі робочого середовища використовують переважно закриті хвилясті прокладки. Їхня металева основа виконується з мідного, алюмініє-

142

ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОЇВ І СИСТЕМ ПІДВОДНИХ АПАРАТІВ

вого листа або з тонкого листа маловуглецевої чи нержавіючої сталі, наповнювачем є азбестовий картон. Також застосовують точені хвилясті прокладки, у канавки яких укладають азбестовий шнур. Вони мають більшу міцність у порівнянні зі штампованими і можуть використовуватися при більш високих параметрах робочого середовища.

Рис. 3.14. Прокладки комбіновані:

а – металева точена з азбестовим шнуром; б, в, е, є – плоскі закриті; г, д – напівзакриті; ж – хвиляста закрита; з – кругла й овальна закриті; и – хвилясті; і, к – складені

Закриті плоскі прокладки складаються з м'якого наповнювача, покритого металевим кожухом. Завдяки високій пружності вони добре забезпечують ущільнення з'єднань трубопроводів в умовах релаксації напруг у деталях з'єднань. Азбометалеві прокладки з нікельним кожухом застосовують для трубопроводів пари з температурою до 573 К і тиском до 5,0 МПа, з мідним кожухом – для трубопроводів з температурою до 523 К і тиском до 3,5 МПа.

Використовують також складені прокладки із зубчастої металевої прокладки і кожуха з неметалевого матеріалу. Матеріал зубчастої прокладки і кожуха вибирають у залежності від середовища, що

143

А.Я. Казарєзов, А.Ф. Галь, С.М. Пишнєв

проводиться, та його параметрів. Звичайно як покривний кожух служать пароніт і фторопласт. Наявність кожуха з неметалевих матеріалів знижує зусилля обтиснення і поліпшує ущільнення з'єднань.

Спірально навиті прокладки виконують із профільованої стрічки сталі ОХ18Н10 товщиною 0,25 мм і паронітової стрічки товщиною 0,3…0,5 мм або стрічки з азбестового паперу товщиною 0,3…0,4 мм (рис. 3.15). Спірально навиті прокладки відрізняються високою пружністю. При деформації прокладки в процесі обтиснення на 30 % після зняття навантаження її розмір відновлюється до 80…85 % початкової товщини. Випробування спірально навитих прокладок показують, що завдяки пружності і релаксаційній стійкості вони можуть забезпечити герметичність фланцевих з'єднань трубопроводів пари при тиску до 7,5 МПа і температурі до 750…775 К при різких змінах температури.

Рис. 3.15. Прокладка спірального навита:

1, 3 – обмежувальні кільця; 2 – спіральна частина (сталева стрічка

істрічка-наповнювач)

Угідросистемах ПА для ущільнення поршнів застосовують U-подібні манжети і поршневі кільця з гуми, для поршнів великих діаметрів іноді використовують металеві кільця. Робоча рідина надходить в порожнину манжети, розпирає її і щільно притискає до ущіль-

144

ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОЇВ І СИСТЕМ ПІДВОДНИХ АПАРАТІВ

нювальних поверхонь. На рис. 3.16 показані існуючі види ущільнювальних манжетів.

Для тисків до 200...300 атм застосовують гумові ущільнювальні кільця круглого перерізу, здатні працювати протягом більше 100 000 циклів.

в

Рис. 3.16. Ущільнювальні манжети:

а – U-подібні; б – кутикові; в – чашкові; г – шевронні; д – кільця круглого перерізу

3.8. Кабелі й електромережі

Кабельні лінії і мережі ненаселених ПА за своїм розташуванням відносно міцних корпусів апарата поділяються на внутрішні і зовнішні.

Для мереж внутрішньої комутації використовується весь асортимент електротехнічних монтажних дротів і арматури загальнопромислового застосування [56], а кабельні мережі зовнішньої забортної комутації потребують більш детального розгляду.

Для з'єднання силових електромеханізмів із джерелами струму на малих і середніх глибинах (до 2000 м) широко застосовують суднові кабелі з гумовою ізоляцією типу НРШМ. У цьому випадку затікання води всередину кабелю запобігається герметизацією кабельних вводів.

Кабелі типу НРШМ складаються з різного числа струмопровідних жил (звичайно від 2 до 19), закритих загальною подвійною гумо-

145

А.Я. Казарєзов, А.Ф. Галь, С.М. Пишнєв

вою оболонкою. Кабелі зі звичайною гумовою ізоляцією поступово витискуються важкозаймистими кабелями з ізоляцією із етиленпропіленової чи силіконової гуми, рідше – з неорганічною ізоляцією. Широко використовуються для ненаселених ПА кабелі високого тиску типу КВД, які мають подовжню герметизацію струмопровідних жил з гуми, а також кабелі типу СМПЭВГ із полівініловою ізоляцією і зовнішнім екраном, заповнені всередині желеподібним ізопропиленовим спиртом.

Зовнішній вигляд деяких кабелів перерахованих типів наведений на рис. 3.17, а їх характеристики – в табл. 3.12.

4

Рис. 3.17. Поперечний переріз кабелів типу НРШМ 4 × 4,5 (а),

КВДН-100-4 × 1,5 (б), СМПЭВГ-100-19 × 0,75 (в):

1 – зовнішня оболонка; 2 – прокладка з лавсанової стрічки; 3 – внутрішня ізоляція провідників; 4 – заповнювач із твердої гуми; 5 – заповнювач желеподібний

Особливо складною є задача створення кабелів для прив'язних телекерованих і буксированих ПА, які одночасно є вантажонесучим елементом і каналом передачі енергії й інформації. Через обмеженість ємності барабанів суднових лебідок діаметр таких кабелів звичайно не перевищує 19…25 мм при довжині 6000…8000 м. Варіанти конструктивного виконання кабелів-тросів [46, 56] зображені на рис. 3.18. Останніми роками як вантажонесучі елементи кабель-тросів використовують синтетичні матеріали кевлар [4, 5] і філістран, які мають густину, близьку до густини води, і дозволяють зменшувати масу кабелю в 6...10 разів, а також створювати кабелі з нульовою і позитивною плавучістю (табл. 3.14).

146

А.Я. Казарєзов, А.Ф. Галь, С.М. Пишнєв

кабелю в 6...10 разів, а також створювати кабелі з нульовою і позитивною плавучістю (табл. 3.13).

5

1

3

в

Рис. 3.18. Кабель-троси конструкцій:

а – із внутрішнім вантажонесучим тросом; б – із зовнішнім вантажонесучим обплетенням з дроту; в – із зовнішнім вантажонесучим обплетенням із синтетичного матеріалу; 1 – зовнішня пластикова оболонка; 2 – наповнювачі; 3 – внутрішня гнучка оболонка; 4 – центральний вантажний трос; 5 – електричні провідники в ізоляції; 6 – дротові вантажонесучі елементи; 7 – вантажонесуче обплетення із синтетики

Таблиця 3.13. Характеристики синтетичних матеріалів вантажонесучих еле-

ментів кабель-тросів

148

ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОЇВ І СИСТЕМ ПІДВОДНИХ АПАРАТІВ

Експлуатація кабель-тросів із внутрішнім вантажонесучим тросом виявила їх істотний недолік, неминучий для даної конструкції, який виявляється в ушкодженні ізоляції електричних провідників при перетисканні їх силовим тросом. Кращі результати в порівнянні з багатожильними конструкціями показав одножильний коаксіальний кабель-трос із зовнішньою вантажонесучою оболонкою [12, 56].

Коаксіальна пара кабелю здійснює пропускання сигналів з мінімальним згасанням і фазовим спотворенням і передачу силового живлення з мінімальними втратами. Кабелі типів КГП1/9 із згасанням сигналу 19·10–3 дБ/м і КГП4/13 зі згасанням 9·10–3 дБ/м при частоті 6 МГц використовуються для електроживлення буксированих апаратів серії "Звук" [46, 56].

Велику увагу останнім часом приділяють застосуванню для ненаселених ПА кабелів з волоконно-оптичним інформаційним каналом, які забезпечують мале згасання сигналів, широкий частотний діапазон і абсолютну незалежність від перешкод з боку силових ліній електроживлення. Крім того, їхня маса і діаметр можуть бути значно зменшені в порівнянні з традиційними кабелями.

Лабораторні зразки волоконних кабелів мають згасання порядку (0,5...2,0)·10–3 дБ/м, але зразки, що випускаються промисловістю, поки забезпечують згасання (10...20)·10–3 дБ/м і смугу пропускання 30...3000 МГц/км. Телекерований робочий ненаселений ПА "Scorpio" обладнаний волоконно-оптичною лінією зв'язку (ВОЛЗ) зовнішнім діаметром 25,4 мм. Оглядовий ненаселений ПА "Маркос" керується за допомогою ВОЛЗ з обплетенням з кевларової стрічки. ВОЛЗ містить шість оптичних каналів, його зовнішній діаметр 34 мм. При довжині кабелю 500 м згасання в лінії, включаючи втрати в розніманнях, становить 7 дБ. Розривне зусилля кабелю 98 кН. У більш сучасних розробках оглядових ненаселених ПА RTV-400 і RTV-100 діаметр кабелю зменшений відповідно до 26 мм і 12,5 мм при зниженні загальних утрат у каналі.

ВОЛЗ зв'язує ненаселений ПА із судном-носієм, забезпечуючи живлення електричним струмом бортових електроспоживачів ПА, передачу на нього керуючих сигналів і одержання від нього інформації. У ВОЛЗ замість коаксіальних пар застосоване тонке кварцове волокно діаметром 20...25 мкм. Воно укладено в двошарову захисну трубчасту оболонку з поліетилену зовнішнім діаметром близько 120 мкм.

У 90-х роках XX століття освоєна технологія застосування у ВОЛЗ кварцової мононитки, так званого "мода", діаметром 7...10 мкм. Це дало можливість зменшити діаметр каналу до 35...40 мкм і створити

149

А.Я. Казарєзов, А.Ф. Галь, С.М. Пишнєв

дво-, триканальні інформаційні кабелі для глибин більше 1000 м довжиною до 10 км із зовнішнім діаметром 2,6...2,8 мм.

Як силові елементи в конструкції ВОЛЗ використовуються волокна синтетичного матеріалу кевлар (аналог волокна СВМ). Міцність на розрив волокон матеріалу кевлар дорівнює міцності на розрив сталевого дроту, а питома маса в 5,35 разу менше. Струмоведучі жили в кабелях, що мають кевларові міцні елементи, виконані з міді. Основні технічні характеристики деяких ненаселених ПА, що використовують ВОЛЗ, наведені в табл. 3.14.

Таблиця 3.14. Характеристики ненаселених підводних апаратів

з оптико-волоконними кабелями

150