CN103129414B - 水下漂浮装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种水下漂浮装置（1），其特征在于包括：插入件（4），其包括热塑性材料和中空管（7）；热塑性材料的泡沫部件（5），其至少部分地覆盖所述插入件（4）；外壳（6），其包括通过包覆泡沫部件进行注塑而形成的热塑性材料，并且配置成在使用过程中与水接触。

Description

水下漂浮装置
技术领域
本发明涉及一种漂浮装置，特别是潜水或水下漂浮装置。这种漂浮装置可用于海洋环境中，例如，在地震数据的采集、石油或天然气勘探工业、海洋研究，或近海生产（offshore production）的领域中。
这种漂浮装置可存在于航行控制装置中的翼部件（也称为“飞行部件（bird）”）中，以用于控制在水中被拖拽的连有设备的线缆（instrumented cable）（例如海洋地震拖缆（seismic streamer））的位置和/或拖缆（streamer）的被拖拽的连有设备的线缆网中的线缆的相对位置。
背景技术
水下漂浮装置应该在漂浮的同时能抵抗由于（水下漂浮装置所处的）深度产生的高的压力并能抵抗机械负载。
结果，这种装置必须具有有效的密度和有效的机械结构，以便承受使用过程中的压力和机械负载。
漂浮装置也应该是防水的。在受到破坏的情况下，漂浮装置不应完全充满水。
地震数据采集技术通常要求两个拖缆处于5米至15米的深度处。
现在，新的地震数据采集技术要求两个拖缆能处于达到80至120米的深度处。因此，在操作过程中，漂浮装置应该能抵抗可能达到1.2MPa（即，直到12巴）的压力。
已知的是，使漂浮装置具有PVC（聚氯乙烯）的泡沫芯，PVC的泡沫芯覆盖有低压聚氨酯（polyurethane）的壳体。泡沫部件被机加工，这使成本变高。壳体是热固性材料，这是不可再利用的。
US 2010/037402中公开了这种类型的其他装置，该装置包括中空的框架部件和密封件。该装置的缺陷在于是中空的，在受到破坏的情况下，该装置将充满水，因此不能再漂浮。这种已知的装置的其他缺陷在于，它包括很多玻璃纤维，玻璃纤维使板状件产生变形，这导致板状件很难安装。
另一种已知的漂浮装置包括环氧树脂泡沫和由环氧树脂或聚氨酯制成的壳体。这种热固性装置是不可再利用的、昂贵的，并且在碰撞情况下是易碎的。而且，环氧树脂泡沫包括开孔（open cell），在装置受到破坏的情况下其将充满水。
另一种已知的装置包括聚氨酯泡沫，聚氨酯泡沫形成与水接触时的壳体。这种装置是不可再利用的并且是昂贵的。
发明内容
本发明的目的在于提供克服了已知装置的缺陷的漂浮装置。
特别地，本发明的目的是提供具有如下的密度和漂浮性能的漂浮装置，即，该密度和漂浮性能使漂浮装置在压力高达0.8-1.2MPa时能在水下使用。
本发明的另一个目的在于提供成本低、（因能再利用而）有益于环境的漂浮装置。
本发明的另一个目的是提供在被损坏的情况下（例如，当发生碰撞时）不会充满水的漂浮装置。
利用水下漂浮装置，本发明实现了这些目的中的全部或部分，水下漂浮装置包括：
插入件，其包括热塑性材料和中空管，
热塑性材料的泡沫部件，其至少部分地覆盖插入件，
外部的壳体，其包括通过包覆泡沫部件进行注塑而形成的热塑性材料，并且配置成在使用过程中与水接触。
由于本发明，水下漂浮装置具有所需的技术特征，由于（具有）外部的壳体而防水，同时由于（具有）泡沫部件而漂浮并且重量轻，和由于形成水下漂浮装置的这些构件相结合而抗压。另外，由于热塑性材料形成该装置的不同构件，该水下漂浮装置能再利用且生产成本低。
为了实现本发明，发明人突破了在这种应用中不能使用热塑性材料的偏见，具体说就是使用了一些热塑性构件。
实际上对于热塑性材料而言，在制造过程中材料的厚度小且均匀。其原因在于，厚度越大，材料的收缩现象越明显（important），而热固性材料不是这种情况。
因此，发明人发现能利用热塑性材料来提供插入件。
插入件的形状有助于弥补泡沫部件的厚度太小的位置，由此使水下漂浮装置的刚性加强。
壳体的厚度的改变也可有助于弥补泡沫部件的厚度太小的位置。
而且，发明人突破了另一偏见，即，不能将热塑性材料的泡沫（例如壳体）布置在另一热塑性材料（例如泡沫部件）上。其原因在于，注塑壳体的温度和压力很高，以至于在注塑壳体的过程中存在泡沫熔化的危险和在总体上压缩泡沫部件的危险。使用热固性材料不会遇到这些危险。
水下漂浮装置的泡沫部件具有有利的压缩弹性极限（为大约1.2MPa）。因此，水下漂浮装置在海洋环境的12巴的压力下不会变形。
由于通过包覆泡沫部件进行注塑来模制覆盖物（cover），就不必增加塞部件（stopper）。而且，可获得更复杂的形状（例如边缘）或小厚度的泡沫部件。此外，在泡沫部件中可消除残留气泡。
插入件、泡沫部件和壳体的热塑性材料可是相同（unique）的热塑性材料，例如聚丙烯。
这种材料的优点是它能在市场上容易地获得。
该特征有助于再利用该水下漂浮装置，因为相同的材料构成了该水下漂浮装置的三个构件或三层。
该装置可具有的总密度的范围为50kg/m3至750kg/m3、例如范围为150kg/m3至500kg/m3、例如为大约250kg/m3。
这种特征改进了该装置的漂浮性。
插入件和/或泡沫部件和/或壳体可通过注塑而成型。这有助于制造该水下漂浮装置。
泡沫部件可具有的密度的范围为30至700kg/m3、例如范围为100至500kg/m3、例如为大约200kg/m3。这种密度改进了漂浮性，泡沫部件相对较轻。
在特定的实施例中，插入件包括玻璃纤维，该玻璃纤维的比例范围为0％－60％、例如5％－40％。玻璃纤维能加强插入件的结构。存在玻璃纤维就要求在再利用之前将玻璃纤维与该装置的其余部分分离。
插入件和泡沫部件可彼此粘接。泡沫部件和壳体可彼此粘接。在这两层或这三层之间的这种粘接可不添加任何粘接剂而实现，其原因具体在于如下的事实：水下漂浮装置的不同构件或不同层由热塑性材料制成。在水下漂浮装置的至少两层之间的粘接加强了该水下漂浮装置的整体结构，消除了在相关的构件之间的任何空隙。而且，在外部壳体受损坏的情况下，在各层之间的粘接防止水渗入水下漂浮装置。
该泡沫部件可包括闭孔（closed cell）。泡沫包括闭孔的事实有利于在水下漂浮装置的外部的壳体受到损坏的情况下限制能渗入泡沫的水量。
在优选的实施例中，壳体是防水的。
水下漂浮装置可选自以下部件构成的组：
－航行控制装置的翼部件，也称为“飞行部件”
－自动水下潜航器的翼部件，
－滑行器的翼部件。
本发明的另一目的涉及航行控制装置，该航行控制装置包括如上所述的水下漂浮装置。
附图说明
（被并入说明书的一部分并构成说明书的一部分的）附图示出了一个或多个实施例并与说明书一起说明这些实施例。在附图中：
图1是根据本发明的包括航行控制装置（其包括水下漂浮装置）的地震拖缆（seismic streamer）的一部分的示意图；
图2是图1的包括几个航行控制装置的、被船拖拽的拖缆网的示意图；
图3是根据本发明的作为水下漂浮装置的一部分的插入件的实例的示意性透视图；
图4是图3的插入件的部分Ⅳ的放大的示意图；
图5是根据本发明的作为水下漂浮装置的一部分的泡沫部件的实例的示意性透视图；和
图6是根据本发明的作为水下漂浮装置的一部分的外部的壳体的实例的示意性透视图。
具体实施方式
根据本发明的水下漂浮装置可以是航行控制装置的翼部件（也称为“飞行部件”）、自动水下潜航器的翼部件，或滑行器（或任何其他合适的航海装置）的翼部件。
在附图中示出的示例性实施例中，水下漂浮装置1是航行控制装置2的翼部件（或“飞行部件”），如在图1中能看到的。这种航行控制装置2在该实例中包括三个翼部件并且是地震拖缆3的一部分。地震拖缆3在图1中被部分地示出并且包括多个传感器20（也称为水听器）和多个转换器22，图1中示出了其中一个换能器。
地震拖缆3是图2中示出的被船21拖拽的地震拖缆网中的一部分，集中式系统（未示出）设置在船上，该集中式系统包括航行系统和节点管理系统（node manager system）。
在示例性的实施例中，航行控制装置2的作用是对地震拖缆和震源进行声学定位并对地震拖缆进行控制。航行控制装置包括三个子系统：
－拖缆深度和转向控制器，
－声学收发器，和
－高级冗余遥测子系统（redundant telemetry sub-system）。
拖缆网适于在海平面下大约100米的深度被拖拽，以便机械负载和水压很大。
根据本发明的水下漂浮装置1包括三个构件或三层：
－插入件，其包括热塑性材料和中空管，
－热塑性材料的泡沫部件，其至少部分地覆盖插入件，
－外部的壳体，其包括通过包覆泡沫部件进行注塑而形成的热塑性材料，并且配置成在使用过程中与水接触。
为了实现本发明，发明人突破了在这种应用中不能使用热塑性材料的偏见，具体说就是使用了一些热塑性构件。
实际上对于热塑性材料而言，在制造过程中材料的厚度小且均匀。其原因在于，厚度越大，材料的收缩现象越明显，而热固性材料不是这种情况。
因此，发明人发现能利用热塑性材料来提供插入件。
插入件的形状有助于弥补泡沫部件的厚度太小的位置，由此使水下漂浮装置的刚性加强。
壳体的厚度的改变也可有助于弥补泡沫部件的厚度太小的位置。
水下漂浮装置1自身的总密度为50至750kg/m3，在该实例中，为大约250kg/m3。
插入件4示出为在图3中的一侧。在该实例中，插入件4通过注塑热塑性材料制成，热塑性材料在该实施例中包括聚丙烯。插入件包括小部分的纤维，以便加强其结构。插入件4包括沿着纵轴线X延伸的中空管7，并且在一个开口端8处敞开，并且具有圆形截面。在该实例中，中空管7允许将翼部件固定至航行控制装置2。中空管7具有另外的封闭端11，封闭端11的顶部为插入件4的上端12，上端12的宽度大于中空管7的直径。
插入件4也包括基部10，基部10垂直于中空管的轴线X以非对称的形式围绕开口端8延伸。插入件4包括基本垂直于轴线X的第一外部肋9和基本平行于轴线X并连接上端12和基部10的第二外部肋14。图4示出了插入件4的基部10的一部分的放大图。在该图中，示出了一个第二外部肋14的端部32，端部32形成一种具有三个叉33的叉状件。特别利用第一肋9、第二肋14、带有叉33的端部32和基部10的形状，插入件的通常形状被选择成为提供刚性的翼部件，即使当泡沫部件5的厚度为大约5mm时。
插入件的形状可以是不同的，这不背离本发明的范围。
图5中示出的泡沫部件5包括具有闭孔的聚丙烯泡沫。泡沫部件5具有大约200kg/m3的密度。通过包覆（over）插入件4进行注塑、使泡沫部件的任意位置的厚度等于或大于5mm来模制泡沫部件5。在图3中可看见基部10和中空管7的开口端8，因为插入件4的这些部分没有被泡沫部件5覆盖。
水下漂浮装置的泡沫部件5在该实施例中具有的压缩弹性极限为大约1.2MPa。
泡沫部件5的形状类似于水下漂浮装置的最终的整体形状，并且形成翼部件。泡沫部件5或水下漂浮装置1的外形可以是不同的，这没有背离本发明的范围。
在该实例中，泡沫部件5和插入件4没有粘接剂而彼此粘接。在该实例中线13是注塑标记。
在图5中示出了开口30。这种开口30是预留的，以便允许将水下漂浮装置1固定至航行控制装置2的主体的臂。
外部的壳体6通过包覆泡沫部件5进行注塑而被模制。该外部的壳体在图4中被示出。外部的壳体6由聚丙烯制成。外部的壳体6完全覆盖泡沫部件5并且重量轻。外部的壳体6和泡沫部件5无需粘接剂的辅助而彼此粘接。
不用添加任何粘接剂就可实现在两个层或三个层之间的这种粘接，具体说是因为这样的事实，即，水下漂浮装置的不同的构件或不同的层由热塑性材料制成。在水下漂浮装置的至少两层之间的粘接加强了水下漂浮装置的整体结构，消除了在相关的构件之间的任何空隙。而且，在外部的壳体受到损坏的情况下，在层之间的粘接防止水渗入水下漂浮装置。
在图6中能看到两种不同颜色的条，该条由泡沫部件5的线13限定，其是在注塑加工的过程中形成的。这些条在本发明中没有技术作用，只有视觉上的效果。
开口30被外部的壳体6遮盖，如在图6中所示的矩形位置34上。
下面描述制造水下漂浮装置的方法。通过用聚丙烯（选择性地包括玻璃纤维）进行注塑来填充插入件的模具。插入件4接着在另一模具中通过注塑被泡沫部件5覆盖，泡沫部件5自身通过注塑被外部的壳体6覆盖。
在该过程中，注塑壳体的温度和压力很高，以至于在注塑壳体的过程中存在泡沫熔化的危险和在总体上压缩泡沫的危险。使用热固性材料不会遇到这些危险。
因此，为了使泡沫集中在模具中，在泡沫部件上注塑热塑性材料是最佳的，这避免了泡沫的熔化，使注塑压力最小，从而减小了变形和限制了与收缩有关的几何变形。由于受到根据本发明的装置的限制，该注塑可在一步或几步中实现。
在公开的实施例中，水下漂浮装置是航行控制装置的翼部件，但也可是其他潜水装置，这不背离本发明的范围。
本发明的主题的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其他实例。这些其他实例落在权利要求的范围内。
表述“包括一个”应被解释为与表述“包括至少一个”意义相同，除非有相反的描述。
范围应被解释为包括极值，除非有相反的描述。

Claims (12)

1.一种水下漂浮装置，其特征在于，其包括：
－插入件，其包括热塑性材料和中空管，
－热塑性材料的泡沫部件，其至少部分地覆盖所述插入件，
－外部的壳体，其包括通过包覆泡沫部件进行注塑而形成的热塑性材料，并且配置成在使用过程中与水接触,
所述水下漂浮装置选自：
－航行控制装置的翼部件，
－自动水下潜航器的翼部件，
－滑行器的翼部件。
2.根据权利要求1所述的水下漂浮装置，其中插入件、泡沫部件和壳体的热塑性材料基于相同的热塑性材料。
3.根据权利要求2所述的水下漂浮装置，其中所述热塑性材料是聚丙烯。
4.根据权利要求1所述的水下漂浮装置，其中所述水下漂浮装置具有的总密度的范围为50kg/m3至250kg/m3。
5.根据权利要求1所述的水下漂浮装置，其中插入件和/或泡沫部件和/或壳体通过注塑而成型。
6.根据权利要求1所述的水下漂浮装置，其中泡沫部件所具有的密度的范围为30至700kg/m3。
7.根据权利要求1所述的水下漂浮装置，其中插入件包括玻璃纤维。
8.根据权利要求1所述的水下漂浮装置，其中插入件和泡沫部件彼此粘接。
9.根据权利要求1所述的水下漂浮装置，其中泡沫部件和壳体彼此粘接。
10.根据权利要求1所述的水下漂浮装置，其中泡沫部件包括闭孔。
11.根据权利要求1所述的水下漂浮装置，其中壳体是防水的。
12.根据权利要求1所述的水下漂浮装置，其中泡沫部件的压缩弹性极限为大约1.2MPa。
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