胡珍伍，陳世海

（交通運(yùn)輸部 上海打撈局，上海 200090）

0 引 言

海底電纜通常分為電力電纜和通信電纜（光纜）2種，其不僅是島嶼與大陸之間、海洋平臺(tái)之間和海上風(fēng)電場(chǎng)之間等場(chǎng)所間傳輸電力的紐帶，而且承擔(dān)著全球90%以上的跨洋通信服務(wù)，對(duì)社會(huì)發(fā)展有重要的促進(jìn)作用[1]。海底電纜鋪設(shè)工程屬于海洋工程范疇，至今已有近170年的歷史，電纜裝盤是其中一個(gè)重要環(huán)節(jié)。相比普通電纜，海底電纜外徑大，鋪設(shè)路徑長(zhǎng)，裝載海底電纜的盤具的尺寸大多超出了JB/T 8137.1—2013[2]的規(guī)定，且該標(biāo)準(zhǔn)附錄A中提供的電纜裝盤長(zhǎng)度計(jì)算公式與實(shí)際情況不符，裝盤余量與實(shí)際情況有較大偏差[3-4]，不利于確定海底電纜鋪設(shè)方案中的電纜盤尺寸和施工船舶主尺度要求，甚至?xí)绊戫?xiàng)目實(shí)施方案的可行性和經(jīng)濟(jì)性。因此，有必要在項(xiàng)目實(shí)施方案中對(duì)電纜裝盤參數(shù)進(jìn)行更為準(zhǔn)確的計(jì)算。

1 電纜裝盤參數(shù)理論計(jì)算方法

理論上電纜裝盤之后應(yīng)緊密規(guī)整地排列，不存在相互錯(cuò)位的情況。圖1為理想電纜裝盤示意，其中：d1為電纜盤側(cè)板直徑，mm；d2為筒體直徑（其大小應(yīng)滿足GB/T 12706.1—2008中的彎曲半徑要求[5]），mm；l1為電纜盤外寬，mm；l2為內(nèi)寬，mm；D為電纜外直徑，mm；t為裝盤余量，其最小取值范圍為1.3D～1.5D。

圖1 理想電纜裝盤示意

1.1 JB/T 8137.1—2013中的計(jì)算公式

按照?qǐng)D1所示線纜緊密規(guī)整排列的情況，卷繞層數(shù)為

每層卷繞圈數(shù)為

式(2)中：δ為電纜盤內(nèi)寬裝載有效系數(shù)，其值可根據(jù)實(shí)際情況確定，本文取0.95。

單圈線纜的平均直徑為

電纜裝盤長(zhǎng)度為

式(4)中：π取3.1416；p、n和L的數(shù)值只取整數(shù)部分。

基于標(biāo)準(zhǔn)公式計(jì)算卷繞層數(shù)p（整數(shù)），由此可反推出實(shí)際的裝盤余量為

另外，若選定的電纜盤尺寸較大，需要裝盤的電纜沒有達(dá)到電纜盤的最大容量，則可根據(jù)已知的電纜長(zhǎng)度L0和直徑D推算出裝盤之后的卷繞圈數(shù)（同式(2)，略）、層數(shù)p′和相應(yīng)的裝盤余量t′，有

計(jì)算得到的p′需向上取整。

1.2 體積法[4]

電纜裝載如圖1所示，對(duì)于每層電纜，裝盤截面積1A和電纜截面積2A滿足

卷繞層數(shù)的計(jì)算同式(1)，每層卷繞圈數(shù)的計(jì)算同式(2)，則電纜總體積V2與裝盤體積1V之比為

設(shè)Lv為電纜裝盤長(zhǎng)度，則有

結(jié)合式(10)～式(12)，可推出電纜裝盤長(zhǎng)度為

式(10)～式(13)中各變量的符號(hào)同前所述，p、n和Lv的數(shù)值只取整數(shù)部分，不進(jìn)位。

同樣地，可反推出實(shí)際的裝盤余量為

若選定的電纜盤尺寸較大，需要裝盤的電纜未達(dá)到電纜盤的最大容量，也可根據(jù)已知的電纜長(zhǎng)度L0和直徑D推算出裝盤之后的卷繞圈數(shù)（同式(2)，略）、理論裝盤余量t0、層數(shù)p′和實(shí)際裝盤余量t′，有

計(jì)算得到的p′需向上取整。

2 電纜裝盤參數(shù)改進(jìn)計(jì)算方法

通過觀察電纜裝盤的實(shí)際情況可知，并非如圖1所示規(guī)整地排列，而是上下層之間有相互錯(cuò)位的情況出現(xiàn)，尤其是當(dāng)單層電纜不能剛好鋪滿電纜盤內(nèi)寬時(shí)，表現(xiàn)較為明顯，典型的實(shí)際電纜裝盤示意見圖2。

圖2 典型的實(shí)際電纜裝盤示意

圖2中電纜周圍截面圓彼此外切，由幾何關(guān)系可知，除了第一層電纜占據(jù)電纜盤的高度為D以外，后續(xù)各層線纜占據(jù)電纜裝盤的高度h均為

則卷纜層數(shù)p可表示為

每層電纜卷繞圈數(shù)n為

若裝盤各圈電纜可視為同心圓，則第i層電纜的長(zhǎng)度iL為

將所有p層電纜長(zhǎng)度相加，可得到電纜裝盤長(zhǎng)度eL為

式(18)～式(22)中各變量的符號(hào)同前所述，p、n和Le的數(shù)值只取整數(shù)部分，不進(jìn)位。

進(jìn)一步地，可反推出實(shí)際的裝盤余量t為

若選定的電纜盤尺寸較大，需要裝盤的電纜沒有達(dá)到電纜盤的最大容量，亦可根據(jù)已知的電纜長(zhǎng)度L0和直徑D推算出裝盤后的卷繞圈數(shù)（同式(2)，略）、層數(shù)和相應(yīng)的裝盤余量，有

計(jì)算得到的p′需向上取整。

3 電纜裝盤容量3種計(jì)算方法計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析

分別采用前述3種計(jì)算方法對(duì)電纜裝盤長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果與實(shí)際值相對(duì)比，結(jié)果見表1。

表1 電纜裝盤長(zhǎng)度計(jì)算結(jié)果對(duì)比

從表1中可看出，在不考慮電纜裝載受壓變形和相關(guān)制造誤差的情況下，對(duì)于不同的電纜盤尺寸，采用3種方法計(jì)算得到的電纜裝盤長(zhǎng)度（電纜盤最大容量）均比實(shí)際值小，采用改進(jìn)算法得到的計(jì)算值最大，體積法次之，采用標(biāo)準(zhǔn)JB/T 8137.1—2013算法得到的計(jì)算值最??；采用改進(jìn)算法得到的計(jì)算值與實(shí)際值的偏差基本上在3%以內(nèi)，采用體積法的計(jì)算結(jié)果偏差在10%～15%，采用標(biāo)準(zhǔn)JB/T 8137.1—2013的計(jì)算結(jié)果偏差在12%～20%。

4 結(jié) 語(yǔ)

1) 在實(shí)際電纜裝盤上下層錯(cuò)位的情況下，采用本文提出的改進(jìn)方法計(jì)算的裝盤長(zhǎng)度與實(shí)際值的偏差基本上在3%以內(nèi)，說明本文提出的電纜裝盤長(zhǎng)度計(jì)算方法更符合實(shí)際，計(jì)算結(jié)果更準(zhǔn)確，而標(biāo)準(zhǔn)JB/T 8137.1—2013的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際值偏差最大，是三者中最保守的。

2) 若每層電纜都能剛好鋪滿電纜盤內(nèi)寬或確保各層電纜上下一一對(duì)應(yīng)，在不存在錯(cuò)位的情況下，采用改進(jìn)算法和標(biāo)準(zhǔn)JB/T 8137.1—2013計(jì)算得到的電纜裝盤參數(shù)是一致的。因此，改進(jìn)算法中h的取值范圍可以是

3) 3種計(jì)算方法均可反推出相應(yīng)的實(shí)際裝盤余量，且針對(duì)裝盤電纜未達(dá)到電纜盤最大容量的情況，可由已知的電纜長(zhǎng)度L0和外直徑D推導(dǎo)出實(shí)際裝盤之后的卷繞圈數(shù)、層數(shù)和裝盤余量等參數(shù)的計(jì)算公式。

4) 本文提出的計(jì)算方法可為海底電纜等電纜鋪設(shè)工程精確計(jì)算電纜裝盤參數(shù)、確定相關(guān)設(shè)備要求提供參考。