تواجه العمليات البحرية تحديًا صعبًا: حيث تكون السفينة على السطح بينما تكون المعدات تحت الماء، ويفصل بينها عمود مائي يبلغ عمقه عشرات أو حتى مئات الأمتار. كيف يمكنك نقل النفط والكهرباء والإشارات إلى هناك؟ الكابلات الصلبة؟ سوف ينقطع في اللحظة التي ملتوية فيها. لاسلكي؟ يعد توهين الإشارة تحت الماء شديدًا جدًا بحيث لا يمكن الاعتماد عليه.
الحل هو بكرة الخرطوم .
يتم تثبيت بكرة كبيرة على السفينة وملفوفة بالخراطيم. يتصل أحد الطرفين بأنظمة السفينة، بينما يتم إنزال الطرف الآخر تحت الماء بالمعدات. يمكن للبكرة أن تدفع الخرطوم وتسحبه: عندما تتحرك السفينة للأمام، يتم نشر الخرطوم؛ عندما تحتاج السفينة إلى المغادرة، تقوم البكرة بإعادة الخرطوم إلى الداخل.
هنا تكمن المشكلة: يتم لف الخرطوم في طبقات متعددة حول البكرة. كلما تحركت السفينة، تدور البكرة. يؤدي هذا الدوران إلى التواء خطوط الزيت الداخلية وكابلات الطاقة وخطوط الإشارة. قد يكون من الممكن التحكم في بعض المنعطفات، لكن الالتواء المفرط يؤدي إلى الكسر.
المفصل الدوار يحل هذه المشكلة. يتم تركيبها على المحور المركزي للبكرة، مما يضمن بقاء القنوات الداخلية مفتوحة بغض النظر عن كيفية دوران البكرة. يتدفق الزيت الهيدروليكي من الوعاء، من خلال المفصل الدوار، إلى الخرطوم ليتم توصيله تحت الماء؛ تتبع إشارات الطاقة والبيانات نفس المسار، حيث تمر عبر المفصل الدوار وتنتقل عبر الخرطوم إلى المعدات الموجودة تحت الماء.
ببساطة، يعمل المفصل الدوار بمثابة "محطة نقل" للبكرة-التي تتصل بأنظمة السفينة من أحد طرفيها والخرطوم تحت الماء من الطرف الآخر، مع الحفاظ على مسارات مستمرة للنفط والكهرباء والإشارات على الرغم من الدوران.
في البحر، يتم استخدام هذا المكون بشكل شائع لتشغيل ROVs (المركبات التي يتم تشغيلها عن بعد). يتم التحكم في هذه الروبوتات تحت الماء بواسطة المشغلين على متن السفينة لأداء مهام مثل القطع واللحام والفحص. عندما يقوم المشغل بدفع عصا التحكم، يتم تحويل الأوامر إلى إشارات كهربائية ويتم إرسالها عبر المفصل الدوار إلى المركبة ROV، مما يؤدي إلى بدء الحركة. في الوقت نفسه، يوفر المفصل الدوار الزيت الهيدروليكي-الضروري للأذرع الآلية للمركبة ROV للإمساك بالأشياء أو تدوير البراغي عبر الأسطوانات الهيدروليكية-مع تدفق الزيت المضغوط من الوعاء عبر المفصل إلى الوحدة الموجودة تحت الماء. يعد توصيل الطاقة أمرًا بالغ الأهمية أيضًا، حيث تعتمد أجهزة الدفع والكاميرات والأضواء الخاصة بالمركبة ROV على الكهرباء. يجب تسليم ثلاثة عناصر-السائل الهيدروليكي والطاقة الكهربائية وإشارات البيانات-في وقت واحد؛ لا يمكن للمركبة ROV أن تعمل في حالة فقدان واحدة. يجب أن تمر هذه العناصر عبر أسطوانة ونش تدور باستمرار، وهي مهمة يتم التعامل معها بالكامل بواسطة المفصل الدوار.
البيئة البحرية تفرض متطلبات شديدة عليهاالمفاصل الدوارة. لا يمكن للأختام القياسية أن تصمد أمام مزيج من تآكل المياه المالحة والضغط العالي ودرجات الحرارة المنخفضة الموجودة في المياه العميقة. غالبًا ما تدمج الوصلات الدوارة الحديثة حلقات الانزلاق الكهربائية، وتجمع بين القنوات الهيدروليكية والكهربائية في وحدة مدمجة تنقل السوائل والطاقة والإشارات في نفس الوقت. تعمل بعض نماذج أعماق البحار- عند ضغوط تتجاوز 40 ميجا باسكال، وهي مصممة لعمر خدمة يصل إلى عشر سنوات دون استبدال.
عندما تقوم رافعة السفينة بدفع الكابل واستعادته بشكل متكرر، يدور المفصل الدوار بشكل مستمر داخل الأسطوانة. إنها تعمل بصمت وبشكل غير ملحوظ، ولكن بدونها، لا يمكن نشر المركبة ROV، ولا يمكن القيام بأي عمل تحت الماء.