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摘 要：通过保航维修及调研分析，发现耙吸挖泥船耙管水下电气设备频繁出现故障跟电气安装工艺有很大的关系。为此，我们对以往建造工艺进行解析，并模拟水下环境作压力试验，创新设置了三层水密填料函的解决方案。同时阐述了耙管水下电缆敷设工艺的优化、分线盒及相关填料函水密施工方法的改良。
关键词：疏浚；耙管；电装；工艺；水密
1 前 言
挖泥船疏浚施工是一项水下作业，施工人员无法目睹水底情况，施工过程中有很多可变因素。耙管设置相关传感器，发出检测监控信号，通过电缆传导至PLC机柜采集，工作站通过运行SCADA软件，业面显示耙臂姿态、深度、角度等实际位置，以使操耙手能及时掌握施工进展情况，从而实现人机合一控制疏浚施工质量，提高施工效率。
挖泥船耙管是疏浚系统专用水下挖泥设备，在水下承受泥沙冲刷及浪涌冲击的恶劣环境，对相关传感器、分线盒及电缆保护、分线填料函等安装工艺及水密要求极高。一旦受外力损坏，波及电缆损伤水密失效，将损坏传感器等相关电气设备，耙臂失去监控，存在安全隐患。
如何更完善保护并延长水下电气设备使用寿命，保障耙管安全使用问题，目前国内相关工艺技术资料和规范不多，仅凭经验施工，是挖泥船建造过程中耙管电气系统施工质量、效率难以控制的瓶颈。
挖泥时耙管电气系统需承受以下几种恶劣工况：
（1）耙吸挖泥船耙管工作在20～50米水下，挖泥船航行时泥泵高压水冲松泥沙，泥沙冲刷及震动带来电缆位移磨损伤害；
（2）耙管十字绞架电缆悬空加上浪涌冲击摆动，加速了电缆扭动损坏；
（3）水下电缆一旦有破损口，在水压力浸透下，海水顺着电缆芯束线分别向传感器、分线盒等漫延，电缆线芯DC24电压和海水产生电解腐蚀损坏传感器接头。
水下压力、泥沙、浪涌冲击及电缆槽钢意外折弯变形等环境条件，目前是无法改变的。只有加强电缆保护，对分线盒和传感器相关水密填料函等进行工艺技术提升，以达到延长水下电气设备使用寿命、保障耙管安全使用的目的。
2 耙管电缆槽钢及电缆优化布置
2.1 存在问题
（1）耙管传感器信号不稳定、失效；
（2） PLC柜显示绝缘低报警；
（3）耙管十字绞点电缆易折断，电缆出现破损点。
2.2 改进措施
针对以上故障，对耙管电缆槽钢及电缆敷设绑扎进行优化设置，如图1所示：
（1）槽钢作为水下电缆保护支架及固定点，需将槽钢设置为背部迎向挖泥方向，电缆内置槽钢内，再加上扁铁覆盖，采用316不锈钢扎带绑扎牢固；
（2）槽钢设置为立式安装。在耙管施工过程中，存积在电缆上的泥沙在水流作用下卸漏在槽钢外，减少电缆槽管内遗留淤泥；
（3）电缆直接绑扎在电缆槽内，挖泥工作时电缆裸露既容易遭泥沙冲击磨损，同时浪涌的摆动造成电缆绑扎松动位移磨损。采用电缆整条预穿胶管，再固定在电缆槽管或液压软管里面。既增加电缆外皮保护、防震效能，又减少电缆移动空间，从而加强了对电缆更有效的施工保护；
（4）电缆槽钢分支到接线盒或传感器的电缆管出口角度，由90°更改为120°，从而减小电缆弯曲受力及转角边缘的摩擦；管口再加胶皮和橡胶管对电缆进行包扎，加强了对电缆紧固，消除引出管口电缆线根部震动及磨损；
（5）电缆保护采用穿液压软管，两法兰分别固定在绞点的左、右电缆槽钢上，以适应下耙管和上耙管弯曲施工需要。当电缆在敷设或使用弯曲半径一定时，电缆半径越大，护套外侧伸长率越大；重量越大，无支撑横跨敷设时下垂张力越大，越容易造成护套开裂。
如图2所示， A 、B 、C 三点均为弯曲受力点， A 点和C点固定在左右电缆槽钢上，电缆本身重量形成的下垂对电缆上侧产生外拉力， B点为电缆弯曲和重力造成的下垂点。这是因为一方面绞点弯曲工作时造成电缆弯曲，另一方面电缆本身重量带来下垂张力，两者共同作用点使B点电缆的下侧相对的伸长率和摆动增大。再加上浪涌冲击加速下，A点和C点受力更大，更容易裂开。
基于上述原因分析，在弯曲绞点电缆敷设安装时应采取以下几点措施：
（A）满足耙管绞点电缆弯曲半径需要的同时，尽可能将液压保护软管拉直设置；
（B）减小其重力造成的下垂张力，给予横跨电缆支撑。采用不锈钢链条绑扎，并张紧在左右电缆槽钢端口上，整体拖住电缆，减轻其下垂张力；
（C）减少摆动阻力。不锈钢链条不仅是良好的耐腐蚀及抗拉构件，而且对减小护套弯曲应力有良好的作用。
（6）对耙管上的电缆敷设、安装纳入报验项目，施工质量全程监控减少施工遗留隐患。
2.3 改进后效果
（1）试用在GWS411、GWS412挖泥船上， 耙管上电缆槽钢整体布置合理，转弯角流畅，电缆穿胶管加强保护，在电缆槽钢内空间充实并有减震效能，不锈钢扎带绑扎牢固可靠，重点消除了震动对电缆带来的松动磨损隐患。实践证明，延长电缆的使用周期1倍以上。
（2）从管理和工艺两方面进行改进，按新工艺技术规范施工，节约生产成本，提高工作效率，工程质量得到提升。
3 耙管分线盒设置改进
3.1 问题提出
（1）耙管上分线盒和出现故障的传感器内有水，接线端已锈断损坏；
（2）延伸水密填料函法兰固定螺栓易扭断。
3.2 改进措施
挖泥船两侧耙管上的分线盒及水密填料函，工作在20～50米水底，压力达0.3-0.5 MPa，这就要求分线盒及填料函的壳体、盖板接口部分、及电缆进线处的密封性能均能承受这样的压力。
（1）连接方式改为迷宫密封加密封圈的方式，属双重密封。原4个M6的螺丝改为6个M6的螺丝紧固。迷宫式密封为一配合齿口，并可间接承受侧面径向的撞击力；另外，从密封角度考虑，海水必须经过齿口后才能进入密封圈的密封层，然后才能进入分线盒内部，比原来的密封方式多了一层水密。 （2）座体的优化设计包含以下几个方面：
（A）盖板与壳体也采用双重密封设计；
（B）底板与套管的焊接处改为紧配入的齿口后再焊接。当水压压向套管时，齿口可承受相当强的压力；
（C）改进后2/2进出线水密填料函安装好后， 分线盒盖板紧固， 封堵3个出口，加水压至0.5 Mpa，保压20分钟，满足使用要求。
4 耙管水密填料函改进
4.1 存在问题
传感器信号中断或P L C绝缘低报警，检查传感器及分线盒内进海水腐蚀电气元件。
4.2 电缆及填料函水密试验
对供应商提供的分线盒及传感器水密填料解体分析研究，并抽取耙管使用中的水下电缆，模拟电缆破损作水下密性试验。希望从试验中探索、分析、查明电缆至填料函及传感器进水的原因、路径，从中找出相应的解决方法。
传感器填料函接入电缆并安置在密封加水压的管道中，模拟电缆断裂水压从裂口向水密填料函作浸透试验。
水下电缆12x0.75 mm?，长度1米。电缆线整段设置在密封管内，管一端安装在水密填料函内，另一端连接试压管、压力表、开关阀和加压水泵。压力范围0～0.6 Mpa，试验工装如图3所示。
4.3 新型水密填料函电缆工艺改进
通过对电缆解剖、分析、实验得知，电缆破损进水渗漏有三个途径，分别是电缆护套、线芯束间隙及线芯多股铜芯导线间隙有渗漏。根据线芯多股铜芯导线间隙路径长、渗漏阻力增大的特点，以密封填料可重复拆装不伤电缆为目标，采用不同填料层层封堵，为更换电缆争取了时间，且达到易于灵活拆装、更换电缆、方便施工的目的。
（1）层用螺帽机械紧迫填料和电缆护套间隙来达到密封效能；
（2）将延伸过来的线芯束灌注密封剂，即完成对填料函内腔的电缆线芯束之间的间隙实现技术封闭；
（3）线芯预栽好长度，将线芯剥去塑胶皮，露出铜芯线，冷压线耳，线耳垂直向上，在线耳与导线胶皮口处滴满 “495” 瞬干胶（包括接地线），2分钟后 “495” 胶水凝固，将线耳接触导电位置胶水刮去，实现了对多股塑胶铜芯软线进行填料函技术封闭；
（4）电缆穿入进线口，填料函法兰与外壳法兰用M8x12的不锈钢内六角螺丝对接，完成整套水密填料函的电缆水密工艺安装工作；
（5）加水压至0.5 Mpa，保压20分钟，满足使用要求。
5 结束语
电缆填料函三级填料水密装置成功投入使用，阻隔水从填料函沿电缆芯线进入损坏传感器的路径，延长电缆使用寿命，减少由于不良工艺造成的电器损坏及故障，提高了整个系统的可靠性。此外，新型水密填料函与新填封工艺应用，使拆装灵活、易于更换电源、施工方便、缩短正常维修时间。经GWS411、 GWS412耙吸挖泥船耙管安装使用一年以来，未出现因安装工艺技术和施工方法引起的耙管电气故障，电缆及传感器各增加1倍以上使用寿命。本文对建造耙吸挖泥船耙管电气设备安装工作的同行，有一定的参考价值。
参考文献
[1] 顾龙祥. 挖泥船耙管位置监视器和产量计算系统. 船舶电气， 2000年
[2] 郑恳. 船舶电工工艺.哈尔滨工程工业大学出版社， 2006年
[3] 陆祥润. 船舶电气实用指南. 大连海运学院出版社， 1993年
关键词：疏浚；耙管；电装；工艺；水密
1 前 言
挖泥船疏浚施工是一项水下作业，施工人员无法目睹水底情况，施工过程中有很多可变因素。耙管设置相关传感器，发出检测监控信号，通过电缆传导至PLC机柜采集，工作站通过运行SCADA软件，业面显示耙臂姿态、深度、角度等实际位置，以使操耙手能及时掌握施工进展情况，从而实现人机合一控制疏浚施工质量，提高施工效率。
挖泥船耙管是疏浚系统专用水下挖泥设备，在水下承受泥沙冲刷及浪涌冲击的恶劣环境，对相关传感器、分线盒及电缆保护、分线填料函等安装工艺及水密要求极高。一旦受外力损坏，波及电缆损伤水密失效，将损坏传感器等相关电气设备，耙臂失去监控，存在安全隐患。
如何更完善保护并延长水下电气设备使用寿命，保障耙管安全使用问题，目前国内相关工艺技术资料和规范不多，仅凭经验施工，是挖泥船建造过程中耙管电气系统施工质量、效率难以控制的瓶颈。
挖泥时耙管电气系统需承受以下几种恶劣工况：
（1）耙吸挖泥船耙管工作在20～50米水下，挖泥船航行时泥泵高压水冲松泥沙，泥沙冲刷及震动带来电缆位移磨损伤害；
（2）耙管十字绞架电缆悬空加上浪涌冲击摆动，加速了电缆扭动损坏；
（3）水下电缆一旦有破损口，在水压力浸透下，海水顺着电缆芯束线分别向传感器、分线盒等漫延，电缆线芯DC24电压和海水产生电解腐蚀损坏传感器接头。
水下压力、泥沙、浪涌冲击及电缆槽钢意外折弯变形等环境条件，目前是无法改变的。只有加强电缆保护，对分线盒和传感器相关水密填料函等进行工艺技术提升，以达到延长水下电气设备使用寿命、保障耙管安全使用的目的。
2 耙管电缆槽钢及电缆优化布置
2.1 存在问题
（1）耙管传感器信号不稳定、失效；
（2） PLC柜显示绝缘低报警；
（3）耙管十字绞点电缆易折断，电缆出现破损点。
2.2 改进措施
针对以上故障，对耙管电缆槽钢及电缆敷设绑扎进行优化设置，如图1所示：
（1）槽钢作为水下电缆保护支架及固定点，需将槽钢设置为背部迎向挖泥方向，电缆内置槽钢内，再加上扁铁覆盖，采用316不锈钢扎带绑扎牢固；
（2）槽钢设置为立式安装。在耙管施工过程中，存积在电缆上的泥沙在水流作用下卸漏在槽钢外，减少电缆槽管内遗留淤泥；
（3）电缆直接绑扎在电缆槽内，挖泥工作时电缆裸露既容易遭泥沙冲击磨损，同时浪涌的摆动造成电缆绑扎松动位移磨损。采用电缆整条预穿胶管，再固定在电缆槽管或液压软管里面。既增加电缆外皮保护、防震效能，又减少电缆移动空间，从而加强了对电缆更有效的施工保护；
（4）电缆槽钢分支到接线盒或传感器的电缆管出口角度，由90°更改为120°，从而减小电缆弯曲受力及转角边缘的摩擦；管口再加胶皮和橡胶管对电缆进行包扎，加强了对电缆紧固，消除引出管口电缆线根部震动及磨损；
（5）电缆保护采用穿液压软管，两法兰分别固定在绞点的左、右电缆槽钢上，以适应下耙管和上耙管弯曲施工需要。当电缆在敷设或使用弯曲半径一定时，电缆半径越大，护套外侧伸长率越大；重量越大，无支撑横跨敷设时下垂张力越大，越容易造成护套开裂。
如图2所示， A 、B 、C 三点均为弯曲受力点， A 点和C点固定在左右电缆槽钢上，电缆本身重量形成的下垂对电缆上侧产生外拉力， B点为电缆弯曲和重力造成的下垂点。这是因为一方面绞点弯曲工作时造成电缆弯曲，另一方面电缆本身重量带来下垂张力，两者共同作用点使B点电缆的下侧相对的伸长率和摆动增大。再加上浪涌冲击加速下，A点和C点受力更大，更容易裂开。
基于上述原因分析，在弯曲绞点电缆敷设安装时应采取以下几点措施：
（A）满足耙管绞点电缆弯曲半径需要的同时，尽可能将液压保护软管拉直设置；
（B）减小其重力造成的下垂张力，给予横跨电缆支撑。采用不锈钢链条绑扎，并张紧在左右电缆槽钢端口上，整体拖住电缆，减轻其下垂张力；
（C）减少摆动阻力。不锈钢链条不仅是良好的耐腐蚀及抗拉构件，而且对减小护套弯曲应力有良好的作用。
（6）对耙管上的电缆敷设、安装纳入报验项目，施工质量全程监控减少施工遗留隐患。
2.3 改进后效果
（1）试用在GWS411、GWS412挖泥船上， 耙管上电缆槽钢整体布置合理，转弯角流畅，电缆穿胶管加强保护，在电缆槽钢内空间充实并有减震效能，不锈钢扎带绑扎牢固可靠，重点消除了震动对电缆带来的松动磨损隐患。实践证明，延长电缆的使用周期1倍以上。
（2）从管理和工艺两方面进行改进，按新工艺技术规范施工，节约生产成本，提高工作效率，工程质量得到提升。
3 耙管分线盒设置改进
3.1 问题提出
（1）耙管上分线盒和出现故障的传感器内有水，接线端已锈断损坏；
（2）延伸水密填料函法兰固定螺栓易扭断。
3.2 改进措施
挖泥船两侧耙管上的分线盒及水密填料函，工作在20～50米水底，压力达0.3-0.5 MPa，这就要求分线盒及填料函的壳体、盖板接口部分、及电缆进线处的密封性能均能承受这样的压力。
（1）连接方式改为迷宫密封加密封圈的方式，属双重密封。原4个M6的螺丝改为6个M6的螺丝紧固。迷宫式密封为一配合齿口，并可间接承受侧面径向的撞击力；另外，从密封角度考虑，海水必须经过齿口后才能进入密封圈的密封层，然后才能进入分线盒内部，比原来的密封方式多了一层水密。 （2）座体的优化设计包含以下几个方面：
（A）盖板与壳体也采用双重密封设计；
（B）底板与套管的焊接处改为紧配入的齿口后再焊接。当水压压向套管时，齿口可承受相当强的压力；
（C）改进后2/2进出线水密填料函安装好后， 分线盒盖板紧固， 封堵3个出口，加水压至0.5 Mpa，保压20分钟，满足使用要求。
4 耙管水密填料函改进
4.1 存在问题
传感器信号中断或P L C绝缘低报警，检查传感器及分线盒内进海水腐蚀电气元件。
4.2 电缆及填料函水密试验
对供应商提供的分线盒及传感器水密填料解体分析研究，并抽取耙管使用中的水下电缆，模拟电缆破损作水下密性试验。希望从试验中探索、分析、查明电缆至填料函及传感器进水的原因、路径，从中找出相应的解决方法。
传感器填料函接入电缆并安置在密封加水压的管道中，模拟电缆断裂水压从裂口向水密填料函作浸透试验。
水下电缆12x0.75 mm?，长度1米。电缆线整段设置在密封管内，管一端安装在水密填料函内，另一端连接试压管、压力表、开关阀和加压水泵。压力范围0～0.6 Mpa，试验工装如图3所示。
4.3 新型水密填料函电缆工艺改进
通过对电缆解剖、分析、实验得知，电缆破损进水渗漏有三个途径，分别是电缆护套、线芯束间隙及线芯多股铜芯导线间隙有渗漏。根据线芯多股铜芯导线间隙路径长、渗漏阻力增大的特点，以密封填料可重复拆装不伤电缆为目标，采用不同填料层层封堵，为更换电缆争取了时间，且达到易于灵活拆装、更换电缆、方便施工的目的。
（1）层用螺帽机械紧迫填料和电缆护套间隙来达到密封效能；
（2）将延伸过来的线芯束灌注密封剂，即完成对填料函内腔的电缆线芯束之间的间隙实现技术封闭；
（3）线芯预栽好长度，将线芯剥去塑胶皮，露出铜芯线，冷压线耳，线耳垂直向上，在线耳与导线胶皮口处滴满 “495” 瞬干胶（包括接地线），2分钟后 “495” 胶水凝固，将线耳接触导电位置胶水刮去，实现了对多股塑胶铜芯软线进行填料函技术封闭；
（4）电缆穿入进线口，填料函法兰与外壳法兰用M8x12的不锈钢内六角螺丝对接，完成整套水密填料函的电缆水密工艺安装工作；
（5）加水压至0.5 Mpa，保压20分钟，满足使用要求。
5 结束语
电缆填料函三级填料水密装置成功投入使用，阻隔水从填料函沿电缆芯线进入损坏传感器的路径，延长电缆使用寿命，减少由于不良工艺造成的电器损坏及故障，提高了整个系统的可靠性。此外，新型水密填料函与新填封工艺应用，使拆装灵活、易于更换电源、施工方便、缩短正常维修时间。经GWS411、 GWS412耙吸挖泥船耙管安装使用一年以来，未出现因安装工艺技术和施工方法引起的耙管电气故障，电缆及传感器各增加1倍以上使用寿命。本文对建造耙吸挖泥船耙管电气设备安装工作的同行，有一定的参考价值。
参考文献
[1] 顾龙祥. 挖泥船耙管位置监视器和产量计算系统. 船舶电气， 2000年
[2] 郑恳. 船舶电工工艺.哈尔滨工程工业大学出版社， 2006年
[3] 陆祥润. 船舶电气实用指南. 大连海运学院出版社， 1993年