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(jìn)行船底安裝方式需要加裝導(dǎo)流罩的實(shí)際技術(shù)需求，對EM710型深水多波束的生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)的導(dǎo)流罩進(jìn)行升級設(shè)計(jì)，分別對導(dǎo)流罩的外形、尺寸、法蘭接口、管道進(jìn)行改裝設(shè)計(jì)，并按照設(shè)計(jì)圖紙經(jīng)車床加工出了導(dǎo)流罩，最后經(jīng)實(shí)際工程應(yīng)用證明研發(fā)設(shè)計(jì)的導(dǎo)流罩滿足多波束的數(shù)據(jù)采集需求，并帶來經(jīng)濟(jì)效益，為深水多波束設(shè)備的導(dǎo)流罩的研發(fā)應(yīng)用推廣提供了參考，拓展了深水多波束的導(dǎo)流罩的設(shè)計(jì)技術(shù)和深水多波束測深儀的安裝技術(shù)手段。

【關(guān)鍵詞】 深水多波束 EM710 導(dǎo)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(xiàng)目越來越多，由于南海深水井場海底地形復(fù)雜，而且水深大多大于1000米，同樣的一套多波束設(shè)備在該類深水井場中測量的數(shù)據(jù)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(dǎo)致數(shù)據(jù)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(dǎo)致的安裝距離誤差就會相應(yīng)較大，這就要求換能器的導(dǎo)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(chǎn)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(jìn)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(guān)系和聲學(xué)影響。

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

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

1 EM710的導(dǎo)流罩的需求分析

1.1 EM710原廠導(dǎo)流罩圖紙分析

原裝的導(dǎo)流罩圖紙雖然不適用此次船底安裝，但其部分設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(shù)據(jù)采集軟件ISIS缺省配置相匹配。

1.1.2 導(dǎo)流罩的外形設(shè)計(jì)

原廠的導(dǎo)流罩圖紙的外形系水滴形設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)盡量避免了導(dǎo)流罩本身在船舶航行中產(chǎn)生的水流和氣泡對聲學(xué)數(shù)據(jù)采集的影響，同時也盡量降低了將導(dǎo)流罩本體產(chǎn)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(jié)構(gòu)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(dǎo)流罩設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)

2.1 導(dǎo)流罩的外形設(shè)計(jì)

為了盡量避免了導(dǎo)流罩本身在船舶航行中產(chǎn)生的水流和氣泡對聲學(xué)數(shù)據(jù)采集的影響，同時也盡量降低了將導(dǎo)流罩本體產(chǎn)生的水阻，采用水滴形外形設(shè)計(jì)。（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(shù)據(jù)采集軟件ISIS缺省配置相匹配，采用廠家圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，將長*寬：1080mm*560mm的發(fā)射換能器區(qū)布置于導(dǎo)流罩的前部，將寬長*寬：680mm*540mm的接收換能器布置于導(dǎo)流罩的后部，導(dǎo)流罩底部做相應(yīng)的開孔區(qū)。

因發(fā)射換能器應(yīng)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(xué)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(shù)量遠(yuǎn)高于ADCP的波束數(shù)量，為了避免聲學(xué)干擾，將ADCP布放于多波束EM710的后方設(shè)計(jì)如圖4所示：

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

設(shè)計(jì)將ADCP的換能器安裝于固定法蘭盤的下方，便于進(jìn)塢對換能器進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)和維修。

由于ADCP的導(dǎo)流罩是固定安裝于多波束EM710的導(dǎo)流罩內(nèi)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(dǎo)流罩整體固定安裝進(jìn)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(jié)構(gòu)上分解為依靠法蘭和緊固件組裝，各個部件經(jīng)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(dǎo)致金屬受熱后發(fā)生微小形變而導(dǎo)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(nèi)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(nèi)螺紋孔，用于緊固換能器。

換能器的固定支架整體設(shè)計(jì)如圖6所示：

2.5 電纜通道設(shè)計(jì)

電纜通道是導(dǎo)流罩內(nèi)的設(shè)備的電纜延伸到導(dǎo)流罩外與甲板單元連節(jié)的通道。導(dǎo)流罩的電纜通道在頂部，需要開孔，開孔尺寸依據(jù)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(dǎo)流罩的電纜通道孔徑廠家建議為150mm，電纜未經(jīng)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(dǎo)流罩的同時，無法在船底板開孔，電纜通道為在導(dǎo)流罩側(cè)后方開孔，到達(dá)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(jīng)綜合考慮電纜信息表，將開孔直徑設(shè)計(jì)為220mm，以便于電纜通道的順暢。

2.6 水密設(shè)計(jì)

鑒于導(dǎo)流罩的電纜通道是自其側(cè)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(shè)計(jì)不同，但同樣達(dá)到了開放式水密結(jié)構(gòu)的效果。

3 EM710導(dǎo)流罩實(shí)效測試

3.1 水阻測試

通過相同的主機(jī)負(fù)荷和在加裝導(dǎo)流罩之前的航速對比，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)流罩對航速的影響是僅降低了0.1節(jié)，驗(yàn)證了自助設(shè)計(jì)的水滴形外形的實(shí)用性。

3.2 噪音測試

通過實(shí)時數(shù)據(jù)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(xiàn)空白點(diǎn)，說明導(dǎo)流罩有效地將多波束的換能器與船艏的產(chǎn)生的水流和氣泡隔離開，滿足多波束作業(yè)的聲學(xué)需求。

4 EM710經(jīng)濟(jì)效益

4.1 直接經(jīng)濟(jì)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(dǎo)流罩以及采購原廠原裝導(dǎo)流罩的支出成本約100萬元。增強(qiáng)了海洋石油709船的設(shè)備搭載能力和深水井場調(diào)查的市場競爭力。

4.2 間接經(jīng)濟(jì)效益

使用自主設(shè)計(jì)制造的多波束EM710的導(dǎo)流罩，同時容納了ADCP的導(dǎo)流罩，達(dá)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(dú)設(shè)計(jì)加工導(dǎo)流罩的成本，為后期的項(xiàng)目實(shí)施提供了堅(jiān)強(qiáng)的技術(shù)支撐。

5 結(jié)語

基于一艘沒有自帶船底導(dǎo)流罩的船舶加裝深水多波束EM710的任務(wù)需求，本文通過分析深水多波束EM710原廠設(shè)計(jì)的導(dǎo)流罩的圖紙，研發(fā)設(shè)計(jì)出一套自助設(shè)計(jì)研發(fā)多波束導(dǎo)流罩的技術(shù)方法，并通過加工完成，在實(shí)際海洋測量項(xiàng)目中驗(yàn)證了導(dǎo)流罩的技術(shù)性能，為多波束導(dǎo)流罩的研發(fā)技術(shù)應(yīng)用與推廣奠定了良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]朱鵬利，陳志剛，陳天福，孟強(qiáng).提高多波束測量有效條幅覆蓋寬度的方法研究.海洋技術(shù)學(xué)報，2009.

[2]江禮思，周亮，何建平.低噪聲導(dǎo)流罩的設(shè)計(jì).船舶工程，2008.

[3]陳銳.多波束換能器安裝方式性能比較.船舶科學(xué)技術(shù)，2014.

[4]方開翔，唐春麗，江國和，顧振福.導(dǎo)流罩和聲障板對聲納尾部聲場影響的數(shù)值模擬.噪聲與振動控制，2004.

[5]應(yīng)曉偉.水下突體和聲吶導(dǎo)流罩的降噪設(shè)計(jì)研究.聲學(xué)與電氣工程，2014.

[6]楊帆，牛文達(dá)，孫強(qiáng).基于降噪研究的導(dǎo)流罩設(shè)計(jì).機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2012.

[7]唐春麗，方開翔.聲納導(dǎo)流罩聲輻射的數(shù)值模擬研究.江蘇船舶，2005.

[8]程宏軒，陳建偉.聲吶導(dǎo)流罩的軟接口研究.聲學(xué)與電子工程，1995.

[9]梁向東.聲吶導(dǎo)流罩安裝方式對自身振動特性的影響.噪聲與振動控制，2001.