ROV及外接设备接口研究

王杰文， 齐兵兵， 黄佳瀚， 王晓龙， 李丽娜

（1.深圳海油工程水下技术有限公司，广东 深圳 518067；2.海洋石油工程股份有限公司，天津 300450）

0 引言

目前ROV及外接设备主要由国外公司提供。由于种种原因，各公司提供的ROV及外接设备接口标准不同、形式不同、材料不同，海上施工期间经常出现水下作业设备之间的连接问题。例如在东海某电缆检测项目中，ROV携带TSS350进行电缆检测。由于TSS350设备外接接口为6针电子接口，而ROV提供的外接电子接口为8针电子接口。现场找不到6针转8针的电子接口，无法实现TSS350探测设备和ROV的匹配，严重影响施工效率。

文中通过对现有ROV及外接设备接口进行研究，提出国内ROV及外接设备接口统一标准化设计建议，以期对未来水下维修设备国产化提供参考和帮助。

1 ROV接口

ROV提供的外接接口通常可分为两类：电子接口和液压接口。

1）电子接口主要连接电力驱动的水下作业工具，动力较小，只能进行检测、探测等工作，为搭载设备提供电力传输、信号传输、信号控制等作用。ROV的电子接口有3针、6针、8针3种。3针接口通常连接具有单一作用的外接工具，比如检测电位的探头或者照明用的水下探照灯。6针接口连接具有两种功能的外接工具。8针接口连接具有两种功能或三种功能的外接工具。用于两种功能的外接工具时，其中2针作为备用线路。若线路出现故障，外接设备功能受阻，可立即将该功能转接至其他备用线路上。一台ROV只能提供3针和6针，或者3针和8针两种电子接口。常见电子接口的形式有以下4种：a.接口面成圆形，整体针位排列成不规则形状；b.接口面是圆形，针位排列规则，另外设计一定位功能的针位来保证接口连接的正确性，定位作用的针位明显大于或小于其他针位，且材质也不同；c.接口面是圆形，针位排列规则，接口双方的外壳上带有明显导向对应标记，确保连接无误；d.接口平面是不对称形状，但针位排列成规则。

2）液压接口主要连接液压驱动的水下作业工具，动力较大，能进行水下安装、拆除、维修、清洗、切割等工作,为搭载设备提供液压动力。ROV提供的液压接口大小有1/4 in、1/2 in、3/8 in、3/4 in、1 in 等等。ROV 本体通过液压接口将液压油输送至搭载设备上，通过ROV液压油路上的阀门来控制搭载设备运行相关功能。为确保液压油形成完整回路，通常液压接口都是成对设计的。常见的ROV外接液压接口有3种形式：a.JIC形式，利用接口公头一端的外锥形面进行密封；b.NPT形式，NPT利用螺纹锥面进行密封；c.SWAGELOK形式，利用母头一端的内锥形面进行密封。

不同公司生产的ROV提供的电子和液压外接接口有所不同。因技术垄断、生产成本等原因，一台ROV上的电子和液压接口通常只采用一种形式，但接口大小有多种。例如海油工程购置的ROV外接电子接口为上述第一种形式，线路为3针和8针两种。液压接口为JIC形式，大小有 1/4 in、1/2 in、3/4 in。

2 ROV外接工具接口

ROV常用的配套工具有CP探头、TSS350/440、液压扭矩扳手、吹泥泵、液压剪、液压切割锯、高压水枪等。只有外接工具与ROV接口一致，配套使用，才能完成水下作业任务。

CP探头用来探测水下结构物上面的阳极电位。工作时由自身电池提供动力，将检测得到的信号通过电子接口连接至ROV，通过ROV脐带缆将信号传输至甲板。探头功能简单，仅需要两针的电子接口与ROV相连即可实现水下阳极电位检测作业。Deepwater Corrosion Services Inc.公司生产的CP探头为3针电子接口，其中一针起定位作用，两针作为信号传输线路。

TSS440主要用于海管路由调查、安装后调查和海管年检。通常安装于ROV前部，由ROV携带入水进行相关作业。TSS440工作时既需要ROV提供110V电源，同时还需要传输检测信号和控制信号。故TSS440连接的外接电子接口为6针接口，针位排列规则，接口平面为不对称形。

ROV用扭矩扳手的生产厂家有Forum Subsea Technologies，OceanWorks International，Inc， UES（Underwater Engineering Services），Oceaneering 等 等 。ForumSubseaTechnologise公司生产的扭矩扳手接口采用ISO13628-8标准，电子接口形式为8针接口，液压接口为JIC形式。UES生产的ROV扭矩扳手采用API 17H（Hi-Torque），标准，液压接口类型为1/2 in BSP螺纹接口。Oceaneering生产的ROV扭矩扳手液压接口形式为1/2 in或3/8 in JIC形式。

吹泥泵需要动力较大，液压油管直径比其他设备相比都较大，需要ROV提供的外接接口直径也较大。根据吹泥泵功率的大小，采用的油管与接口也不同。常见的接口有3/8in、3/4in、1in。不同厂家生产的吹泥泵采用的液压油管不一样，且与ROV连接的接口大小与形式也有所不同。例如VORTEX International Ltd公司生产的4in吹泥泵需要ROV提供的液压油流量为38 L/min，压力为20.6MPa。ROV提供液压动力接口形式为1/2 in JIC，吹泥泵液压回路与ROV连接接口形式为3/8 in JIC。Tritech生产的吹泥泵可以同时进行吹、吸泥作业。吹泥泵与ROV连接接口为1 in BSP形式。

ROV液压剪，可以用于剪断155 mm以内的钢缆和锚缆。液压剪根据可剪断钢缆的大小分为115 mm液压剪、75 mm液压剪、54 mm液压剪、38 mm液压剪等等。不同型号的液压剪剪切能力不同，需要ROV提供的液压接口也不一样。Northfield Hydraulic Services Ltd（NHS）生产的115 mm液压剪主剪刀油缸接口为3/8 in NPT形式，辅助油缸接口为1/4 in NPT形式。该司生产的38 mm液压剪与ROV只有两个接口，均是1/4 in NPT形式。Webtool公司生产的75 mm液压剪与ROV相连接的4个液压接口均为1/4 in BSP形式。该公司生产的54 mm液压剪与ROV只有两个接口，均是1/4in BSP形式。

Kystdesign公司生产的AC57 92 mm锚链切割锯，有3个功能，共6个液压接口与ROV连接：1）控制切割锯片旋转切割作业的主油缸与ROV两个接口形式为1/2 in JIC；2）控制夹紧的油缸与ROV两个接口形式为 1/4 in JIC；3）控制进刀、退刀的油缸与ROV两个接口形式为1/4 in JIC。水下切割作业时，先由夹紧油缸工作抓紧锚链，使ROV及切割锯保持稳定，其次打开刀片旋转阀门，使其旋转达到工作状态，然后打开进刀、退刀阀门，控制旋转的刀片逐渐切向锚链。切割时，刀片必须与切割点锚链保持垂直角度，否则容易损毁刀片。

ROV高压水枪广泛应用于水下管线、结构物清洗上。Forum Subsea Technologies生产的 0～52 MPa高压水枪与ROV连接液压接口形式为3/4 in JIC形式，引流管接口形式为1/4 in JIC形式。

3 国内ROV及外接工具接口设计建议

通过对国外ROV及其搭载的水下设备接口研究发现，功能不同的设备接口采用的标准不同，接口大小、形式不统一。即使是同一种功能的设备，不同生产厂家提供的设备接口也有很大差别。国内在研究和设计ROV及其外接工具时，应统筹安排，制定统一的接口标准，减少设备之间的连接问题，提高海上作业效率。文章在ROV及外接工具接口设计时有以下建议：

ROV及其外接设备的电子接口和液压接口形式在设计时统一为一种。例如电子接口可采用接口平面不对称形状，但针位排列成规则的形式；液压接口可采用JIC形式。若要重新设计接口形式，设计时应考虑密封性能、拆装方便、易于保养、连接后牢固等方面的因素。

将ROV及其外接设备接口大小类型进行缩减。例如将6针电子接口统一为8针接口，所有ROV只提供3针接口和8针接口。外接设备的6针电子接口改为8针接口，其中两针作为备用线路。将 1/8 in、1/4 in、3/8 in、1/2 in、5/8 in、3/4 in、1 in等等种类繁多的液压接口缩减为1/4 in，1/2 in两种液压接口。或者将液压接口设计为同尺寸公制的接口。

4 结语

国外公司提供的ROV及外接设备接口的不同导致设备在水下作业时出现各种问题。ROV及外接设备接口统一化，标准化是未来深水水下设备发展的必然要求，它不仅可以降低经济成本，同时也可减少各设备之间的连接问题。国内ROV及外接设备设计研究刚处于起步阶段，在设计和生产设备接口时统筹规划，尽快制定统一标准，少走弯路，为深水水下设备国产化战略提供指导和参考。

［1］ 刘鑫，魏延辉，高延滨.ROV运动控制技术综述［J］.重庆理工大学学报（自然科学版），2014（7）：80-85.

［2］ 金碧霞，方勇.用于水下安保的ROV总体结构设计［J］.机械研究与应用，2014（2）：141-144，147.

［3］ 彭学伦.水下机器人的研究现状与发展趋势［J］.机器人技术与应用，2004（4）：43-47.

［4］ 奚崇德.水下机器人［J］.船艇，1987（12）：17.

［5］ 滕宇浩，张将，刘健.水下机器人多功能作业工具包［J］.机器人，2002（6）：492-496，507.

［6］ Petroleum and natural gas industries design and operation of subsea production systems Part 8∶Remotely Operated Vehicle（ROV）Interfaces on Subsea Production Systems：ISO13628-8-2002［S］.

［7］ Qualification Procedures for New Technology：DNV-RP-A203-2001［S］.

［8］ 海洋石油工程股份有限公司.ROV作业规程（试行版）Q/HS GC011-2009［S］.

［9］ Association of Diving Contractors International.Consensus Standards for Commercial Diving and Underwater Operations（Fifth Edition）［S］.Associationof Diving Contractors International，2004.

［10］ SKAARJC，JURENAJ，WITTINGF.Technical and Commercial Influences ofJumper Connectors with Emphasis on Decision Methodology［C］//Proceedings of the 18th Deep Offshore Technology International（DOT） Conference&Exhibition.Houston，Texas，USA，28-30 November，2006.

［11］ Aker Solutions，Subsea Tie-in，Tools and Connection Systems Catalogue［EB/OL］.［2014-04-29］.Http：//www.akersolutions.Com/en/Global-menu/Products -and -Services/Subsea -technologies-and-services/Subsea-production-systems-andtechnologies/Tie-in-connections-and-tooling/.