CN105923590B - 一种水下垂直运输设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种为海洋的海底空间站提供补给物资的水下垂直运输设备及方法，导航缆上下垂直布置且穿过运输装置的中心通孔，导航缆下端连接海底对接装置，运输装置由左右对称的左半椭球壳体和右半椭球壳体密封拼接组成，左半椭球壳体和右半椭球壳体的内部均由上方的货仓区和下方的压载单元区这两个密封的腔室组成，每个压载单元区内的底部设有前后两个压载舱，每个压载舱包含有外筒、内筒、提升杆、阀盘和液压提升机构；根据壳体内货物的重量调整自重，使得左右壳体重量相等，以保证运输装置垂直的姿态，实现水密运输，通过改变压载水和货物的重量，调节浮力和自身重力关系，实现无动力运输和水面水下物资的定点投放。

Description

一种水下垂直运输设备及方法

技术领域

本发明涉及海洋装备技术，特别是一种海洋水下运输设备，为海洋的海底空间站提供补给物资。

背景技术

对于深海装备，建立海底空间站成为开发海洋的重要举措，由于深潜过程的复杂和风险，水下运输成为维持海底空间站长期运作的重要设备。

海洋平台是海上油气开采的重要海工装备，技术已经很成熟，用张力腿平台和半潜式平台等通过锚泊系统实现海上定位，并为石油开采等工作提供作业平台。然而，多数海洋平台只具有向上运输原油的立管系统，不具备可以向下为海底空间站提供补给物资运输的能力。

对海底进行物资输送和回收时，目前采用的运输装置多为吊篮形式或者其他非水密结构，不能实现物资的水密运输，并且，这些运输装置多为一体化结构，不易于形成标准化的补给模式，只能向海底零散的补给物资。这些运输装置的上端与运输船连接，下端连接吊篮或非水密结构上，在海中容易受到水流的影响，不能确定投放区域。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种水下垂直运输设备及其垂直运输方法，在运输过程中不易受到水流的影响，实现物资在水中的垂直水密运输，精准补给物资。

本发明一种水下垂直运输设备通过以下技术方案予以实现：包括固定设置在海洋平台上的上支座，上支座正下方是海底对接装置，上支座连接导航缆上端，导航缆上下垂直布置且穿过运输装置的中心通孔，导航缆下端连接海底对接装置；运输装置由左右对称的左半椭球壳体和右半椭球壳体密封拼接组成，左半椭球壳体和右半椭球壳体的内部均由上方密封的货仓区和下方密封的压载单元区室组成，每个压载单元区内的底部设有前后两个压载舱；每个压载舱包含有外筒、内筒、提升杆、阀盘和液压提升机构；外筒侧壁上分布有通孔，外筒内部的上方正中间嵌套内筒，内筒内的底部是液压提升机构，外筒顶部和内筒顶部密封连接盖板；在外筒内部的下方正中间是阀盘，阀盘顶部中间固定连接提升杆下端，提升杆上端由下向上伸入内筒内部且固定连接液压提升机构；阀盘的正下方开有舱壁底部上的吸排水孔，吸排水孔处设有蝶阀。

本发明一种水下垂直运输设备的运输方法通过以下技术方案予以实现：运输装置在海面上，打开蝶阀，提升液压提升机构，带动阀盘上升，海水从吸排水孔倒灌入外筒中；然后运输装置沿着导航缆下移，直至海面水位没过压载舱顶部时，关闭蝶阀，液压提升机构下降，带动阀盘下降直至压紧吸排水孔；最后运输装置沿着导航缆垂直向下直至降落至海底对接装置上。

本发明采用上述技术方案后的有益效果是：

1、本发明可根据壳体内货物的重量调整自重，使得左右壳体重量相等，以保证运输装置垂直的姿态，实现水密运输；同时通过改变压载水和货物的重量，可以调节浮力和自身重力关系，实现无动力运输，无动力模块，节约能源，稳定、清洁、可长期使用。

2、本发明是在海洋原有平台的基础建立的，成本低，方便快捷，可以实现水面水下物资的定点投放。

3、本发明运输装置采用的是标准化的运载单元，能够实现标准化的补给，所有海洋船舶只要携带标准运载单元，就能够对海底空间站进行物资补给。

附图说明

图1是本发明一种水下垂直运输设备的结构示意图；

图2是图1中运输装置3在去掉耳片4后的结构放大示意图；

图3是图1中运输装置3的内部结构剖视图；

图4是图2中A-A向剖视示意放大图；

图5是图3中压载舱7的结构放大图；

图6是图5中B-B向放大视图。

图中：1.上支座；2.导航缆；3.运输装置；4.耳片；5.海底对接装置；6.水压感应器和无线电模块；7.压载舱；8.液压提升机构；9.舱壁；10.舱口盖；11.吸排水孔；

31.左半椭球壳体；32.右半椭球壳体；33.中心通孔；311.货仓区；312.压载单元区；

71.盖板；72.内筒；73.外筒；74.第一螺母；75.提升杆；76.阀盘；77.不锈钢圈；78.第二螺母；79.蝶阀；731.通孔；791.第三螺母；

81.第四螺母；82.连接板；83.第五螺母。

具体实施方式

如图1所示，本发明水下垂直运输设备的上端是上支座1，下端是海底对接装置5，海底对接装置5在上支座1的正下方。上支座1固定连接在原有的海洋平台上，上支座1连接于导航缆2上端，导航缆2下端连接海底对接装置5，导航缆2上下垂直布置，从海面上向下伸入海底。在上支座1和海底对接装置5之间设有一个运输装置3，运输装置3中盛放有物资，导航缆2垂直穿过运输装置3的中心，运输装置3可沿导航缆2上下移动，实现海底和海面的物资运输。

上支座1能够承受导航缆2的湿重，由钢制三角支架构成，经螺栓或焊接方式倾斜固定于平台甲板上。上支座1倾斜固定的目的是使导航缆2距离平台有一定距离，当运输装置3上浮至水面后有较大空间进行装载和卸载，避免运输装置3与平台主体的碰撞。

导航缆2用聚酯纤维制作，对运输装置3上下移动的路径作垂直导航，导航缆2下端通过锚运送至海底，与海底对接装置5用可拆卸式的方式相连。为橡胶垫和支架构成的支座结构，位于海底锚固点处，并且固定连接在锚固点处。

如图2所示，运输装置3的中心开有上下贯通的垂直的中心通孔33，中心通孔33的内径稍大于导航缆2的外径，用于导航缆2穿过，以减少两者之间的摩擦。运输装置3的垂直纵向截面呈椭圆形，椭圆形的长轴沿垂直方向，与导航缆2中心、中心通孔33中心的共线。纵向截面呈椭圆形可以减少运输装置3上升和下潜过程中的海水粘压阻力，具有较强的抗压性能。中心通孔33将整个运输装置3分成左右两半，使运输装置3由左半椭球壳体31和右半椭球壳体32拼接而成，左半椭球壳体31和右半椭球壳体32左右对称布置，在两个壳体的拼接处采用椭圆形橡胶垫圈密封。在两个壳体的底部垫有硬橡胶环垫，硬橡胶环垫上交错分布多个半球形的凸起，可缓解其降至海底时对对接装置5的冲击作用。

根据工作水深和运载物资速度的不同，两个壳体的尺寸和导航缆2的直径会有所不同。

如图3所示，在左半椭球壳体31和右半椭球壳体32的最大环面的舱壁9处分别固定连接四个耳片4，两个壳体上的耳片4左右对称分布，用于起吊运输装置3。

左半椭球壳体31和右半椭球壳体32的内部均由上方的货仓区311和下方的压载单元区312这两个密封的腔室组成，每个压载单元区312内的底部设有前后两个独立水密的压载舱7，用于压载单元区312的进出水。货仓区311的容积大于压载单元区312的容积，货仓区311的容积是左半椭球壳体31或右半椭球壳体32的容积的2/3。

在左半椭球壳体31和右半椭球壳体32的货仓区311的舱壁9上设置椭圆形舱口盖10，椭圆形舱口盖10与壳体之间都采用橡胶垫圈密封。

在左半椭球壳体31内的货仓区311安装水压感应器和无线电模块6，用于通过水压进行定位和信号传输。

如图4所示，左半椭球壳体31和右半椭球壳体32下方的每个压载单元区312各分成前后两个水密的腔室，每个腔室中的底部各安装一个压载舱7。

如图5所示的压载舱7结构，压载舱7包含有外筒73、盖板71、提升杆75、阀盘76和液压提升机构8。其中，外筒73是圆筒形，其内部的上方正中间嵌套一个内筒72，内筒72内的底部设有液压提升机构8。外筒73顶部和内筒72顶部共同用盖板71密封，用第一螺母74将外筒顶部、内筒72顶部和盖板71固定在一起。在外筒73内部的下方正中间有阀盘76，阀盘76的顶部中间固定连接提升杆75下端，提升杆75上端由下向上伸入内筒72内部。在内筒72内部，提升杆75上端固定连接液压提升机构8。

外筒73的底部通过第二螺母78固定连接舱壁9，通过第二螺母78将压载舱7和壳体底部固定在一起。

在阀盘76的正下方，位于舱壁9的底部上开有吸排水孔11，在吸排水孔11处安装蝶阀79，蝶阀79通过第三螺母791与舱壁9固定连接。蝶阀79可遥控控制其打开和闭合。

在阀盘76和蝶阀79之间安装圆环型的不锈钢圈77，不锈钢圈77与舱壁9固定连接，并且不锈钢圈77与阀盘76之间密封连接，阀盘76通过不锈钢圈77的密封连接能够保持阀盘76上方和下方水舱的孔口位置的水密性。

在外筒73的侧壁上交错分布多个通孔731，用于海水的进出，通孔731内设有过滤钢网，用于阻隔海水中的物质进入到压载舱室内部。

如图5和图6所示，提升杆75顶部固定连接于连接板82的正中间，连接板82的两端下方各通过第四螺母81固定连接一个液压提升机构8，液压提升机构8的底部通过第五螺母83固定连接内筒72的底部。

本发明水下垂直运输设备工作时，将运输装置3在海洋平台上组合完成后，用小型吊机通过耳片4将装有货物的运输装置3吊运至海面上，此时，蝶阀79处于打开状态，蝶阀79打开的同时液压提升机构8上升，液压提升机构8拉动提升杆75带动阀盘76缓慢上升，海水随着蝶阀79以及阀盘76的打开从吸排水孔11缓慢倒灌入外筒73中，海水挤压外筒73中的空气从其侧壁通孔731中逐步排出，随着压载海水的灌入，运输装置3沿着导航缆2缓慢下移，当海面水位没过压载舱7顶部时，关闭蝶阀79，液压提升机构8工作，液压提升机构8下降，带动阀盘76下降，直至阀盘76压紧吸排水孔11，吊机缓慢将运输装置3全部降至海水中，松开运输装置3，运输装置3将沿着导航缆2垂直向下运动，直至降落至海底对接装置5上，由海底空间站收入运输装置3，卸载货物，排放掉外筒73中的压载水后，重新组合和固定运输装置3，空载的运输装置3将沿着导航缆2上升回到海面，由海洋平台回收运输装置3。

Claims (3)

1.一种水下垂直运输设备，包括固定设置在海洋平台上的上支座（1），上支座正下方是海底对接装置（5），其特征是：上支座（1）连接导航缆（2）上端，导航缆（2）上下垂直布置且穿过运输装置（3）的中心通孔（33），导航缆（2）下端连接海底对接装置（5）；运输装置（3 ）由左右对称的左半椭球壳体（31）和右半椭球壳体（32）密封拼接组成，左半椭球壳体（31）和右半椭球壳体（32）的内部均由上方密封的货仓区（311）和下方密封的压载单元区（312）组成，每个压载单元区（312）内的底部设有前后两个压载舱（7）；每个压载舱（7）包含有外筒（73）、内筒（72）、提升杆（75）、阀盘（76）和液压提升机构（8）；外筒（73）侧壁上分布有通孔（731），外筒（73）内部的上方正中间嵌套内筒（72），内筒（72）内的底部是液压提升机构（8），外筒（73）顶部和内筒（72）顶部密封连接盖板（71）；在外筒（73）内部的下方正中间是阀盘（76），阀盘（76）顶部中间固定连接提升杆（75）下端，提升杆（75）上端由下向上伸入内筒（72）内部且固定连接液压提升机构（8）；阀盘（76）的正下方开有舱壁（9）底部上的吸排水孔（11），吸排水孔（11）处设有蝶阀（79）；阀盘（76）和蝶阀（79）之间设有与舱壁（9）固定连接且与阀盘（76）之间密封的不锈钢圈（77）；外筒（73）的侧壁上交错分布多个通孔（731），每个通孔（731）内设有过滤钢网；左半椭球壳体（31）和右半椭球壳体（32）上固定连接有耳片（4）；货仓区（311）的容积是左半椭球壳体（31）或右半椭球壳体（32）的容积的2/3，大于压载单元区（312）的容积。

2.一种如权利要求1所述水下垂直运输设备的运输方法，其特征是：运输装置（3）在海面上，打开蝶阀（79），提升液压提升机构（8），带动阀盘（76）上升，海水从吸排水孔（11）倒灌入外筒（73）中；然后运输装置（3）沿着导航缆（2）下移，直至海面水位没过压载舱（7）顶部时，关闭蝶阀（79），液压提升机构（8）下降，带动阀盘（76）下降直至压紧吸排水孔（11）；最后运输装置（3）沿着导航缆（2）垂直向下直至降落至海底对接装置（5）上。

3.根据权利要求2所述水下垂直运输设备的运输方法，其特征是：运输装置（3）降落至海底对接装置（5）后，由海底空间站收入运输装置（3），卸载货物，排放掉外筒（73）中的压载水后重新固定好空载的运输装置（3），运输装置（3）沿着导航缆（2）上升回到海面。