Барабанное устройство

1 Настоящее изобретение касается барабанного устройства, в частности барабанного устройства для использования в шпилевой лебедке типа, который применяется для развертывания и наматывания кабелей, используемых под водой и на морском дне, например, сейсмических кабелей. Такие шпилевые лебедки используют для уменьшения натяжения в сейсмических кабелях,которые перед их пропуском к накопительной лебедке обычно делают несколько витков вокруг шпилевой лебедки. Вспомогательная(шпилевая) и накопительная лебедки приводятся в действие таким образом, чтобы поддерживать постоянное натяжение в отрезке кабеля между двумя лебедками. Кроме того, вспомогательная лебедка действует для выравнивания кабеля с расположенной после нее накопительной лебедкой посредством, например, центрирования кабеля при его прохождении вокруг барабана вспомогательной,шпилевой лебедки. Это связано с приложением поперечных сил к кабелю, находящемуся под натяжением, что приводит к скручиванию или в худшем случае к повреждению кабеля. Задачей настоящего изобретения является смягчение этой проблемы. Согласно изобретению предлагается барабанное устройство и вспомогательная шпилевая лебедка с встроенным в нее барабанным устройством, содержащим барабан, установленный для вращения и имеющий по существу цилиндрическую поверхность, на которую может быть намотан кабель, и пару по существу кольцевых плавающих фланцевых элементов, установленных для вращения с барабаном и поддерживаемых таким образом, что плоскости, в которых они вращаются, сходятся друг к другу; по существу цилиндрическая поверхность барабана снабжена множеством чередующихся выступов и канавок, проходящих от одного фланцевого элемента к другому, а фланцевые элементы имеют каждый образованные на их по существу кольцевой поверхности, которая при соответствующем направлении вращения соприкасается с кабелем, наматываемым на барабан, множество чередующихся наклонных фасок, которые соответствуют чередующимся выступам и канавкам на по существу цилиндрической поверхности барабана; чередующиеся наклонные фаски наклонены таким образом, что наклонные фаски,образованные на двух фланцевых элементах,которые соответствуют каждому выступу, образованному на барабане, являются по существу параллельными друг другу, а наклонные фаски,образованные на двух фланцевых элементах и соответствующие каждой канавке, образованной на барабане, выполнены сходящимися друг к другу, так что значительные поперечные силы прикладываются к наматываемому на барабан кабелю только тогда, когда кабель перекрывает канавки, образованные на барабане. 2 Так как плавающие фланцевые элементы прикладывают поперечную силу к кабелю по существу только тогда, когда он перекрывает канавки, образованные на барабане, то уменьшается трение между кабелем и барабаном, что дает возможность кабелю легче скользить вбок. Таким образом, уменьшается риск повреждения кабеля. Обычно фланцевые элементы сходятся друг к другу симметрично по отношению к плоскости, перпендикулярной к оси вращения барабана. В предпочтительном варианте воплощения изобретения указанное множество наклонных фасок образовано множеством плавно изогнутых элементов, закрепленных с возможностью съема по кольцевой поверхности каждого фланцевого элемента, а указанное множество выступов и канавок образовано множеством изогнутых частей, закрепленных с возможностью съема по цилиндрической поверхности барабана. Теперь, в качестве примера, будет подробно описан вариант воплощения изобретения со ссылкой на чертежи, на которых фиг. 1 - вид сбоку шпилевой, вспомогательной лебедки с встроенным в нее барабанным устройством согласно настоящему изобретению; фиг. 2 - вид спереди вспомогательной лебедки на фиг. 1; фиг. 3 - вид в разрезе по линии III-III на фиг. 2; фиг. 4 - вид в разрезе, аналогичный виду на фиг. 3 и показывающий предпочтительное выполнение выступов и канавок на барабанном устройстве вспомогательной лебедки на фиг. 13, и фиг. 5 и 6 показывают предпочтительный вариант конструкции фланцев барабанного устройства вспомогательной лебедки на фиг. 1-4. Шпилевая, вспомогательная лебедка 10,показанная на чертежах, предназначена для использования при развертывании, буксировании и выбирании вводных и сейсмических кабелей,применяемых под водой или на морском дне. Вспомогательная лебедка 10 расположена между кормой судна, с которого необходимо развертывать кабель, и главной накопительной лебедкой и действует с накопительной лебедкой для уменьшения натяжения кабеля. Вспомогательная лебедка 10 контролирует скорость, с которой наматывается и сматывается кабель,тогда как накопительная лебедка действует для поддержания постоянного натяжения в отрезке кабеля между вспомогательной лебедкой 10 и накопительной лебедкой. Как вспомогательная лебедка 10, так и главная накопительная лебедка приводятся в действие и находятся под управлением обычных гидродвигателей и контрольных схем (не показаны). Обычно кабель делает несколько витков вокруг вспомогатель 3 ной лебедки 10 до того, как быть направленным к главной накопительной лебедке. Как показано на чертежах, вспомогательная лебедка 10 состоит из единственного барабана 12, поддерживаемого двумя несущими кронштейнами 14, которые снабжены фланцами, посредством которых кронштейны 14 могут быть скреплены болтами с палубой судна, на котором требуется использовать лебедку 10. Барабан 12 снабжен приводным средством с гидродвигателем и гидравлической схемой управления (не показаны), так что при необходимости можно вращать барабан 12 относительно несущих кронштейнов 14 для наматывания кабеля по направлению к главной накопительной лебедке или от нее. Окружная поверхность барабана 12 профилирована с образованием множества равномерно распределенных канавок или углублений 18, простирающихся по существу параллельно оси вращения барабана 12. Следовательно, когда кабель намотан на и вокруг барабана 12, он соприкасается с поверхностью барабана 12 только в приподнятых местах (или выступах) 19 между канавками или углублениями 18. Барабан 12 снабжен плавающими фланцами 20, которые установлены таким образом, что могут двигаться или "плавать" относительно барабана 12, но вращаться с ним, т.е. они прикреплены к периферии барабана 12 не непосредственно, а радиально отстоят от нее с небольшим зазором. Как можно видеть наиболее ясно на фиг. 2, плавающие фланцы 20 не параллельны друг другу, а во время вращения они скорее сохраняют постоянный наклон друг к другу и к центральной осевой плоскости барабана 12 (которая совпадает с линией разреза IIIIII на фиг. 2). Плавающие фланцы широко отстоят друг от друга наверху барабана 12 и наклонены таким образом, что они симметрично сходятся друг к другу в диаметрально противоположной нижней точке барабана 12. Это расположение фланцев 20 достигается посредством установки каждого фланца 20 для вращения вокруг оси, несколько наклоненной к оси, вокруг которой вращается барабан 12. Фланцы 20 предпочтительно приводят в движение вращением самого барабана 12, например,посредством зацепления одного или большего числа приводных пальцев, выступающих из барабана 12, с соответствующими опорными поверхностями, образованными на фланцах 20. Конечно, эти опорные поверхности должны быть профилированы для распределения явного осевого смещения между барабаном 12 и фланцами 20, которое имеет место в каждой точке по периферии барабана 12, когда он делает полный оборот. Для предотвращения какого-либо повреждения кабеля, возможного в случае захвата кабеля между барабаном 12 и фланцами 20, выше 001347 4 упомянутый небольшой радиальный зазор между фланцами 20 и барабаном 12 намного меньше толщины кабеля и обычно составляет около 6 мм. Однако, это достаточно для допущения видимого осевого движения между барабаном 12 и плавающими фланцами 20. Для направления сейсмического кабеля во вспомогательную лебедку и от нее к верху соответствующих кронштейнов 14 прикреплены две кольцевые входная/выходная направляющие. Эти направляющие очень схематически показаны позицией 21 на фиг. 1, где, как можно видеть, их оси простираются по существу тангенциально к верху барабана 12. Положение направляющих 21 относительно оси барабана 12 является таким, что они располагаются по одной с каждой стороны и в непосредственной близости к зазору, определяемому соответствующими вертикальными плоскостями, которые перпендикулярны к оси барабана и которые проходят через фланцы в их нижних и самых близких друг к другу точках. Действие сходящихся плавающих фланцев 20 заключается в том, что при вращении барабана 12 в любом направлении один из плавающих фланцев 20 соприкасается с краем кабеля,наматываемого на вспомогательную лебедку 10,и поджимает его по направлению к другому плавающему фланцу 20. Вместе с соответствующими входной/выходной направляющими 21 это обеспечивает то, что, когда кабель покидает вспомогательную лебедку 10, он является прямым и надлежащим образом выравненным с любым оборудованием перед или позади вспомогательной лебедки 10, например, с накопительной лебедкой. Понятно, что, хотя вышеизложенное описание относится к схождению плавающих фланцев 20 от "верха" к "низу" барабана 12,надлежащее выравнивание кабеля из барабана 12 будет достигаться при условии, что плавающие фланцы сходятся, независимо от ориентации направления схождения относительно вспомогательной лебедки 10. Как упоминалось выше, важно обеспечить,чтобы не происходило скручивание кабеля при его наматывании на вспомогательную лебедку 10. Для сведения к минимуму скручивания кабеля противоположные кольцевые поверхности 22 плавающих фланцев 20, которые соприкасаются с кабелем для его поджатия к центральной части барабана 12, являются не плоскими, а профилированными для взаимодействия с канавками 18, образованными на цилиндрической поверхности барабана 12. Как можно видеть на фиг. 2, кольцевые поверхности 22 плавающих фланцев 20 имеют чередующиеся наклонные фаски 24 и 26, которые по окружности соответствуют канавкам 18,образованным на поверхности барабана 12, и выступам 19, которые разделяют эти канавки 18. 5 Таким образом, если выступы 19 и канавки 18 будут иметь одинаковую ширину, то тогда фаски 26 и 24, которые соответствуют им, будут иметь одинаковую протяженность по окружности, но если, с другой стороны, канавки 18 будут уже, чем выступы 19, которые разделяют их, то тогда фаски 26, которые соответствуют выступам 19, будут иметь большую протяженность, измеренную в окружном направлении,чем фаски 24, которые соответствуют канавкам 18. Как упоминалось выше, плавающие фланцы 20 установлены таким образом, что их вращают с барабаном 12, например, посредством роликовых опор 28 между плавающими фланцами 20 и противоположными поверхностями кронштейнов 14. Следовательно, во время вращения барабана 12 фаски 24 и 26 на кольцевых поверхностях 22 плавающих фланцев 20 всегда остаются вровень с соответствующими канавками 18 и выступами 19. Наклон фасок 24 и 26, образованных на плавающих фланцах 20, выбирают в зависимости от угла, под которым сходятся плавающие фланцы 20. Углы, под которыми располагают фаски 24 и 26, выбирают так, чтобы, как можно видеть на фиг. 2, фаски 24, которые соответствуют канавкам 18, сходились друг к другу в том же самом направлении, что и плавающие фланцы 20, тогда как фаски 26 являются по существу параллельными друг другу. Следовательно, когда кабель наматывается на барабан 12, единственная боковая сила, прилагаемая плавающими фланцами 20 к кабелю для его поджатия по направлению к центральной части барабана 12, прикладывается фасками 24, которые соприкасаются с кабелем только там, где кабель перекрывает канавки 18. По существу не прикладывается никакой поперечной силы фасками 26, которые по существу параллельны друг другу и перпендикулярны к оси вращения барабана 12. В результате этого уменьшаются до минимума силы трения,действующие на кабель. На фиг. 4 показана предпочтительная конструкция барабана для использования в барабанном устройстве согласно изобретению. В этой конструкции выступы и канавки 18 и 19 образованы посредством крепления по периферии барабана 12 множества изогнутых частей 50, каждая из которых проходит по существу в направлении оси барабана 12. Части 50 выполнены с равномерным поперечным сечением,причем у каждой из них наружная поверхность 52 имеет меньший радиус кривизны, чем внутренняя поверхность 54, которая плотно пригнана к поверхности барабана 12. Части 50 прикреплены посредством соответствующих крепежных деталей 56, которые расположены в канавках 18, образованных соседними частями 50, где они не будут соприкасаться с кабелем, что устраняет любой риск повреждения кабелей крепежными деталями 56. 6 Как можно видеть на фиг. 4, выступы 19 образованы центральными выступающими местами изогнутых частей 50, которые вследствие меньшего радиуса кривизны наружной поверхности 52 выступают дальше в радиальном направлении, чем края изогнутых частей 50. Эта конструкция предпочтительна потому, что изогнутые части непрерывно изогнуты и не имеют никаких кромок, которые могли бы повредить сейсмический кабель. Кроме того, в случае износа или повреждения детали 50 ее можно легко заменить без замены всего барабана 12. Подобным же образом наклонные фаски 24 и 26 плавающих фланцев 20 образованы множеством отдельных, плавно изогнутых элементов 60 типа, показанного на фиг. 5 и 6. Эти изогнутые элементы 60 с возможностью съема закреплены по кольцевой поверхности 22 фланцев 20 с помощью утопленных винтов 62, и каждый из них образует одну целую наклонную фаску 24 и половину из ее каждых примыкающих фасок 26. Понятно, что изогнутые элементы 60 для одного фланца 20 являются зеркальными отображениями изогнутых элементов 60 для другого фланца 20. Кроме того, этот вариант конструкции предпочтителен потому, что благодаря плавной кривизне элементов 60 устраняются кромки, которые могли бы повредить кабель, и потому, что поврежденные элементы 60 могут быть легко заменены по отдельности. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Барабанное устройство для использования во вспомогательной шпилевой лебедке, содержащее барабан, установленный для вращения и имеющий по существу цилиндрическую поверхность, на которую может быть намотан кабель, и два по существу кольцевых плавающих фланцевых элемента, установленных для вращения с барабаном и поддерживаемых таким образом, что плоскости, в которых они вращаются, сходятся друг к другу; по существу цилиндрическая поверхность барабана снабжена множеством чередующихся выступов и канавок,проходящих от одного фланцевого элемента к другому, а фланцевые элементы имеют каждый образованное на их по существу кольцевой поверхности, которая при соответствующем направлении вращения соприкасается с кабелем,наматываемым на барабан, множество чередующихся наклонных фасок, которые соответствуют чередующимся выступам и канавкам на по существу цилиндрической поверхности барабана; чередующиеся наклонные фаски наклонены таким образом, что наклонные фаски, образованные на двух фланцевых элементах и соответствующие каждому выступу, образованному на барабане, являются по существу параллельными друг другу, а наклонные фаски, образованные на двух фланцевых элементах и соответствующие каждой канавке, образованной на 7 барабане, выполнены сходящимися друг к другу, так что значительные поперечные силы прикладываются к наматываемому на барабан кабелю только тогда, когда кабель перекрывает канавки, образованные на барабане. 2. Барабанное устройство по п.1, в котором фланцевые элементы сходятся друг к другу симметрично по отношению к плоскости, перпендикулярной к оси вращения барабана. 3. Барабанное устройство по п.1 или 2, в котором множество наклонных фасок образовано множеством плавно изогнутых элементов,закрепленных с возможностью съема по кольцевой поверхности каждого фланцевого элемента. 8 4. Барабанное устройство по любому предшествующему пункту, в котором множество выступов и канавок образовано множеством изогнутых частей, закрепленных с возможностью съема по цилиндрической поверхности барабана. 5. Вспомогательная лебедка, имеющая барабанное устройство согласно любому предшествующему пункту. 6. Вспомогательная лебедка по п.5, кроме того, содержащая соответствующие входные/выходные направляющие для направления кабеля в пространство между указанными фланцевыми элементами и из него.