一种水下浮体及其安装方法
【专利摘要】本发明涉及船舶【技术领域】，特别涉及一种水下浮体及其安装方法，浮体包括分舱及耐压舱，浮体左右两侧是对称设置的分舱，浮体前后侧是分舱，浮体前侧的分舱提供的浮力大于浮体后侧的分舱提供的浮力，或浮体后侧的分舱提供的浮力大于浮体前侧的分舱提供的浮力。耐压舱穿过分舱且与分舱的舱壁固定连接。浮体的浮心与浮体的重心在同一竖直线上，且浮体浮心的位置高于浮体重心的位置。耐压舱上设有充气阀，分舱上设有透气系统及通水系统。方法包括：向耐压舱充气及向分舱注水。将水下浮体下放到工作水域。向分舱内充入气体排出分舱内的部分水，使分舱产生向上的浮力。本发明提供的水下浮体及其安装方法，可一次性到达工作水域，节约了大量的人力和物力。
【专利说明】一种水下浮体及其安装方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及船舶【技术领域】，特别涉及一种水下浮体及其安装方法。
【背景技术】
[0002]浮式生产储卸装置(FPSO)作为海上油气资源开发的装备，广泛应用各种水深条件下的油气开发。而对于深水浮式生产储卸装置(FPSO)而言，其水下浮体的工作位置一般处于深水处，浮体外部会承受很大的水压。要使浮体结构不会因承受较大的水压而破坏，就必须让浮体内部存在着和外部水压相当的压力。传统的水下浮体是基于非耐压结构设计的，浮体结构为非耐压结构，耐压能力有限，因此非耐压水下浮体需要在不承受较大压力的前提下才能安全正常的安装并投入工作。传统的水下浮体通常向浮体内部充气使浮体内部产生较大压强以平衡浮体外部水压，即浮体处于水下任何位置的时候都通过充气的方式增大浮体内部压强，使浮体内部压强与外部水压相当，以保护浮体的结构不被较高的水压破坏，基于以上原因，传统的水下浮体的安装过程较为繁杂。对于传统的水下浮体而言，在其安装过程中，随着水深的不断变化，需要不断的调节浮体内部压力，同时不断调整浮体的姿态。也就是说，随着水深的增加，浮体所受外部水压也在不断增大，为使浮体不用承受过大的压力，需不断的往浮体内部充气，增大浮体内部压力以平衡外部水压。而由于浮体结构承受压力能力有限，所以往浮体内部充气的过程须逐段进行，即每到一定水位就要进行一次压力和平衡的调整，例如某水下浮体的工作水深在300米左右，若按每5米(根据浮体耐压能力设置)进行一次这样的操作来算，那么整个安装过程就需要几十次这样的压力调整和浮体水下姿态调整操作。并且传统的水下浮体安装过程都是在水下通过控制系统在水下操作系统(ROV)的帮助下完成的，故其安装过程实现难度较大。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是提供一种能够一次性下水安装、同时能够节省大量人力及物力的水下浮体及其安装方法。
[0004]为解决上述技术问题，本发明提供了一种水下浮体，包括分舱及耐压舱。所述浮体左右两侧是所述分舱，所述浮体左右两侧的所述分舱提供的浮力相同。所述浮体前后两侧是所述分舱，所述浮体前侧的所述分舱提供的浮力大于所述浮体后侧的所述分舱提供的浮力，或所述浮体后侧的所述分舱提供的浮力大于所述浮体前侧的所述分舱提供的浮力。所述耐压舱穿过所述分舱且与所述分舱的舱壁固定连接。所述浮体的浮心与所述浮体的重心在同一竖直线上，且所述浮体浮心的位置高于所述浮体重心的位置。所述耐压舱上设置有充气阀。所述分舱上设置有透气系统及通水系统。
[0005]进一步地，所述浮体前侧的所述分舱提供的浮力大于所述浮体后侧的所述分舱提供的浮力，或所述浮体后侧的所述分舱提供的浮力大于所述浮体前侧的所述分舱提供的浮力。
[0006]所述浮体前侧的所述分舱的个数大于所述浮体后侧的所述分舱的个数，或所述浮体后侧的所述分舱的个数大于所述浮体前侧的所述分舱的个数。
[0007]进一步地，所述耐压舱至少为一个。
[0008]进一步地，还包括姿态监测系统及控制器。所述姿态监测系统、透气系统及所述通水系统分别与所述控制器连接。所述姿态监测系统对所述浮体的位置进行监测，监测所述浮体处于平衡状态或倾斜状态，当所述浮体处于倾斜状态时，所述控制器控制所述透气系统向所述浮体上向下倾斜的一端的所述分舱内充入气体，直到所述浮体不再倾斜为止。
[0009]进一步地，所述姿态监测系统由四个位置传感器组成。四个所述位置传感器分别安装在所述浮体四周的四个角上；四个所述位置传感器分别与所述控制器连接。
[0010]本发明还提供了一种水下浮体的安装方法，包括:分别向所述耐压舱充气及向所述分舱注水。将所述水下浮体下放到工作水域。向所述分舱内充入气体以排出所述分舱内的水，使所述分舱产生向上的正浮力。
[0011]进一步地，所述分别向所述耐压舱充气及向所述分舱注水包括:将水面的充气系统与每个所述耐压舱上的充气阀连接，通过所述水面充气系统给所述耐压舱内部充气，当所述耐压舱内的气压与工作水域的水压一致时关闭所述耐压舱上的充气阀及水面充气系统。将每个所述分舱上的通气系统打开，保持每个所述分舱上的通气系统为常压状态。通过通水系统将每个所述分舱内注满水。
[0012]进一步地，所述将水下浮体下放到工作水域包括:将所述耐压舱及所述分舱下放到水中，直到所述耐压舱及所述分舱完全被水浸没。用牵引系统将所述浮体向下牵引。利用牵引系统上的传感器对整个浮体的姿态进行监控，当浮体发生倾斜时利用牵引系统将浮体矫正。当所述水下浮体到达工作水域后，牵引系统停止牵引动作。
[0013]进一步地，所述向所述分舱内充入气体以排出所述分舱内的部分水，使所述分舱产生向上的正浮力包括:通过所述控制器控制所述通气系统向每个所述分舱内充入气体，使每个所述分舱内的部分水排出。向每个所述分舱充气完毕后关闭每个所述分舱上的通气系统，使每个所述分舱提供向上的正浮力。
[0014]进一步地，还包括:在每个所述分舱充入气体之后，通过所述浮体四周的四个角上分布的四个所述位置传感器对所述浮体的位置进行监测，监测所述浮体处于平衡状态或倾斜状态，当所述浮体处于倾斜状态时，所述控制器控制所述透气系统向所述浮体上向下倾斜的一端的所述分舱内充入气体，直到所述浮体不再倾斜为止。
[0015]本发明提供的水下浮体，浮体左侧设置的分舱所能够提供的最大浮力与浮体右侧设置的分舱所能提供的最大浮力相等，因此能够保证浮体的左右侧趋于平稳状态。浮体的前侧设置的分舱所能提供的最大浮力与浮体的后侧设置的分舱所能提供的最大浮力不同，因此能够根据深海管线不同侧重力的不同实现对深海管线的搭载。同时，浮体浮心的位置与重心的位置在同一竖直线上，且浮心的位置高于重心的位置，能够保证整个浮体在工作状态时保持平稳状态。
[0016]耐压舱可满足承受较大压强的要求，在耐压舱内充满气体后，浮体下水的过程中，耐压舱提供向上的浮力，从而克服浮体自身的重力，使浮体能够平稳的下水；由于耐压舱提供的向上的浮力与浮体向下的重力的合力较小，浮体基本趋于平稳状态，因此减小了牵引系统对浮体的施力强度，降低了分舱上与牵引系统连接处的结构强度要求。分舱在工作水域充气后，提供了向上的正浮力，使水下浮体正常工作。[0017]本发明提供的水下浮体安装方法，姿态调整过程简单可控，安装可一次性到达预定水深，无需逐步调整，提高了安装效率，节省了大量的人力和物力。浮体整个下水过程中，没有任何充气排气操作，耐压舱内的压力一直处于自平衡状态。同时，浮体整个下水过程中姿态的微调完全通过牵引系统进行，调节方便。整个安装过程中出现的操作均是通过水上控制系统来完成的，没有任何水下操作。故本发明的安装可免水下操作系统(ROV)辅助，大大降低了安装成本，安装可控性更强。浮体进入工作状态后，无论是分舱还是耐压舱都几乎不承受压力，延长了耐压舱及分舱的使用寿命。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本发明实施例提供的水下浮体结构示意图。
【具体实施方式】
[0019]参见图1，本发明实施例提供了一种水下浮体，水下浮体主要由分舱1、耐压舱2、姿态监测系统及控制设备构成。首先，对分舱I的结构进行介绍，分舱I由不同规格的板材焊接而成，具体为:取用材料和厚度相同的板材，将不同的板材焊接在一起形成多个舱室，板材选用高强度、耐腐蚀的钢板。所有的舱室可以是长方体或正方体形状，只要符合本发明的设计思想的形状都包含在本发明的保护范围内。每个舱室为相对独立的密闭空间，在实际制造的过程中，采用一个面积较大的板材作为所有舱室的底板。一个舱室称为一个分舱
I。本实施例中，所有的分舱I紧密排列，相邻的两个分舱I共用一个舱壁，且所有的分舱I分布形成一个“口”字形形状的整体结构，所有的分舱I形成的“ 口”字形形状的整体结构左右对称，分舱I的对称设置是使整个浮体保持平衡的重要手段。本实施例中，“口”字形形状的整体结构的前侧(即图1中的A侧)分布有两排分舱1，“ 口”字形形状的整体结构的左侧、右侧及后侧(即图1中的B侧)分别分布有一排分舱1，“ 口”字形形状的整体前侧(也就是浮体的前侧)的分舱I所能提供的最大浮力大于“ 口 ”字形形状的整体后侧(也就是浮体的后侦D的分舱I所能提供的最大浮力，或“口”字形形状的整体后侧(也就是浮体的后侧)的分舱I所能提供的最大浮力大于“ 口 ”字形形状的整体前侧(也就是浮体的前侧)的分舱I所能提供的最大浮力。本实施例中，浮体前侧和后侧所能提供的最大浮力可根据浮体前侧和后侧的分舱的数量进行确定，规格一样的分舱，数量越多，所能提供的最大浮力越大。分舱I的左右对称但前后不对称的结构是根据浮体的应用而设计的，浮体主要用于支撑海底输油管道，输油管道从海底一直延伸至海面，从海底延伸而来的输油管固定在“ 口 ”字形形状的整体的前端(即浮体的前端)，然后经“ 口 ”字形形状的整体的后端(即浮体的后端)延伸至海面；由于输油管从海底延伸而来的一端的长度大于延伸至海面的一端的长度，因此输油管从海底延伸而来的一端的重量大于延伸至海面一端的重量；需要将“口”字形形状的整体的前端设计更多的分舱I以提供较大的浮力来承载输油管上重量较大的一端。分舱I的内部空间与耐压舱2的内部空间是不连通的，即耐压舱2的内部与分舱I的内部不能进行气体或液体(如水)的流通。每个分舱I上分别安装有透气系统及通水系统，透气系统主要由工业上使用的充气设备组成，用于向分舱I内充气排水；通水系统主要由通水管道组成，用于分舱I的充水及排水。下面对耐压舱2的结构进行介绍，耐压舱2为椭圆罐状结构(即耐压舱2的中间为圆柱形状，两端分别为半球形状)，本发明实施例中，耐压舱2采用高强度耐压钢材制成。耐压舱2上设置有充气阀，充气阀是给耐压舱充气的入口，利用工业上常用的高压充气设备通过充气阀给耐压舱充气，充气完毕后关闭充气阀，可防止充气阀内部的内体泄露。本发明实施例提供的水下浮体上安装有5个耐压舱2，耐压舱2穿过一个或多个分舱1，且耐压舱2与分舱壁通过焊接的方式固定连接。由于所有的分舱I分成五排构成“ 口”字形形状的整体结构，在本发明实施例中，每一排分舱I中贯穿有一个耐压舱2，即5个耐压舱2的分布与五排分舱I的分布方向一致，那么分布的5个耐压舱2左右对称,耐压舱的对称分布同样是使整个浮体结构保持平衡的重要设计。本实施例中，分舱I与耐压舱2不是连通的，下面，以一组较为具体的数据对浮体结构进行说明，例如，根据工程要求，浮体总重要大约为7吨，浮体所要求提供的正浮力约为3吨。参见图1，在本实例中设计有5个耐压舱2,分别标号为1,2,3,4,5 ;耐压舱2的参数设置如表I所不:
[0020]
【权利要求】
1.一种水下浮体，其特征在于，包括分舱(I)及耐压舱(2)； 所述浮体左右两侧是所述分舱(1)，所述浮体左右两侧的所述分舱提供的浮力相同；所述浮体前后两侧是所述分舱，所述浮体前侧的所述分舱(I)提供的浮力大于所述浮体后侧的所述分舱(I)提供的浮力，或所述浮体后侧的所述分舱(I)提供的浮力大于所述浮体前侧的所述分舱(I)提供的浮力； 所述耐压舱(2)穿过所述分舱(I)且与所述分舱(I)的舱壁固定连接； 所述浮体的浮心与所述浮体的重心在同一竖直线上，且所述浮体浮心的位置高于所述浮体重心的位置； 所述耐压舱(2)上设置有充气阀； 所述分舱(I)上设置有透气系统及通水系统。
2.根据权利要求1所述的水下浮体，其特征在于，所述浮体前侧的所述分舱(I)提供的浮力大于所述浮体后侧的所述分舱(I)提供的浮力，或所述浮体后侧的所述分舱(I)提供的浮力大于所述浮体前侧的所述分舱(I)提供的浮力包括: 所述浮体前侧的所述分舱(I)的个数大于所述浮体后侧的所述分舱(I)的个数，或所述浮体后侧的所述分舱(I)的个数大于所述浮体前侧的所述分舱(I)的个数。
3.根据权利要求1所述的水下浮体，其特征在于，所述耐压舱(2)至少为一个。
4.根据权利要求1所述的水下浮体，其特征在于，还包括姿态监测系统及控制器； 所述姿态监测系统、透气系统及所述通水系统分别与所述控制器连接；` 所述姿态监测系统对所述浮体的位置进行监测，监测所述浮体处于平衡状态或倾斜状态，当所述浮体处于倾斜状态时，所述控制器控制所述透气系统向所述浮体上向下倾斜的一端的所述分舱(I)内充入气体，直到所述浮体不再倾斜为止。
5.根据权利要求4所述的水下浮体，其特征在于，所述姿态监测系统由四个位置传感器组成； 四个所述位置传感器分别安装在所述浮体四周的四个角上；四个所述位置传感器分别与所述控制器连接。
6.一种权利要求5所述的水下浮体的安装方法，其特征在于，包括: 分别向所述耐压舱(2)充气及向所述分舱(I)注水； 将所述水下浮体下放到工作水域； 向所述分舱(I)内充入气体以排出所述分舱(I)内的水，使所述分舱(I)产生向上的正浮力。
7.根据权利要求6所述的安装方法，其特征在于，所述分别向所述耐压舱(2)充气及向所述分舱(I)注水包括: 将水面的充气系统与每个所述耐压舱(2)上的充气阀连接，通过所述水面充气系统给所述耐压舱(2)内部充气，当所述耐压舱(2)内的气压与工作水域的水压一致时关闭所述耐压舱(2)上的充气阀及水面充气系统； 将每个所述分舱(I)上的通气系统打开，保持每个所述分舱(I)上的通气系统为常压状态； 通过通水系统将每个所述分舱(I)内注满水。
8.根据权利要求7所述的安装方法，其特征在于，所述将所述水下浮体下放到工作水域包括: 将所述耐压舱(2 )及所述分舱(I)下放到水中，直到所述耐压舱(2 )及所述分舱(I)完全被水浸没； 用牵引系统将所述浮体向下牵引； 当所述水下浮体到达工作水域后，牵引系统停止牵引动作。
9.根据权利要求8所述的安装方法，其特征在于，所述向所述分舱(I)内充入气体以排出所述分舱(I)内的部分水，使所述分舱(I)产生向上的正浮力包括: 通过所述控制器控制所述通气系统向每个所述分舱(I)内充入气体，使每个所述分舱(I)内的部分水排出； 向每个所述分舱(I)充气完毕后关闭每个所述分舱(I)上的通气系统，使每个所述分舱(I)提供向上的正浮力。
10.根据权利要求9所述的安装方法，其特征在于，还包括: 在每个所述分舱(I)充入气体之后，通过所述浮体四周的四个角上分布的四个所述位置传感器对所述浮体的位置进行监测，监测所述浮体处于平衡状态或倾斜状态，当所述浮体处于倾斜状态时，所述控制器控制所述透气系统向所述浮体上向下倾斜的一端的所述分舱(I)内充入气体，直到所述.浮体不再倾斜为止。
【文档编号】B63B35/00GK103434616SQ201310293496
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年7月12日 优先权日:2013年3月28日
【发明者】严俊, 赵耀, 王宇, 邵华, 熊曙 申请人:武汉武船海洋工程船舶设计有限公司, 武昌船舶重工有限责任公司