CN106627985B - 一种海底管线原位检修舱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种海底管线原位检修舱，由干湿舱及载人舱固接构成耐压壳体，干湿舱的一侧与载人舱之间设置用于连通干湿舱与载人舱的启闭门，于干湿舱的另一侧还设置自动启闭舱口盖，抓缆机械手及工作台位于自动启闭舱口盖内部；于载人舱内设置用于提供电力的电控系统及生命支持系统；于干湿舱内设置代换水箱、代换水泵、检修设备、水下液压泵、阀箱、工作台及抓缆机械手。本发明采用单壳体结构设计，使得舱室的空间利用率高，在同样的耐压强度要求下使整舱尺寸缩小，搭载能力强、工作深度大，其利用水代换原理实现干湿舱内水下姿态的平衡，具有坐底平稳性高、使用性能广的优点。管线密封结构的设置实现了海缆的剖分密封，方便海缆进舱及维修后出舱。

Description

一种海底管线原位检修舱

技术领域

本发明涉及海洋工程领域，尤其涉及一种海底管线原位检修舱。

背景技术

在我国近岸近海的海底，铺设有我国用于油气生产的供电通信网络、近海的岛屿间通电通信网络、跨洋的海底通信光网，由于常常受到航运、渔业船只的抛锚威胁，一般需要埋设在海底0.5米-3米深度内。传统的水面光电缆维修作业船需要将海底的管线直接拉到水面船上，或者通过水下机器人切割作业后打捞到水面船上，这样作业效率低、且容易对网络造成二次损伤。油气管道的维修多是停产后在水下湿式由机器人完成辅助维修，维修效率低、经济损失较大。近期我国发展了一种水下干式舱，在舱内充气建立高压干式环境，人员穿潜水服在舱内原位维修，但该种方法由于受到人类生理抗压能力的限制最大工作水深只有60米。

发明内容

本申请人针对上述现有问题，进行了研究改进，提供一种海底管线原位检修舱，从而。

本发明所采用的技术方案如下：

一种海底管线原位检修舱，由干湿舱及载人舱固接构成耐压壳体，所述干湿舱的一侧与载人舱之间设置用于连通干湿舱与载人舱的启闭门，于所述干湿舱的另一侧还设置自动启闭舱口盖，所述抓缆机械手及工作台位于自动启闭舱口盖内部；于所述载人舱内设置用于提供电力的电控系统及生命支持系统；于所述干湿舱内设置代换水箱、代换水泵、检修设备、水下液压泵、阀箱、工作台及抓缆机械手。

其进一步技术方案在于：

于所述干湿舱及载人舱内均布置多个用于增加耐压壳体重量的压载块；

所述自动启闭舱口盖为球形封头；所述生命支持系统包括供氧设 施、去除二氧化碳设施、检测传感器、食物、药品及饮用水；所述检修设备用于海缆电气特性、光学传输特性的测试以及海缆外层铠装层的开拨、以及光电缆的续接；

所述水下液压泵内置水下电机，所述水下电机的输出端连接齿轮泵，所述齿轮泵的出口通过第一管路与换向阀的一个工作油口连接，于所述齿轮泵上还通过第二管路与换向阀的另一个工作油口连接，在所述第一管路与第二管路之间还连接第三管路，于所述第三管路上设置溢流阀；

所述液压阀箱包括三路执行机构，各路执行机构均依次连接调速阀、液压锁及作动换向阀的工作油口，各作动换向阀的一个进油口均通过管路与进油管路连通，各作动换向阀的一个回油口均通过管路与回油管路连通，所述进油管路还与所述换向阀的进油口连通，所述回油管路还与所述换向阀的回油口连通；

于所述第三管路与第一管路的交汇处还连接第四管路，于第四管路上设置压力表；

所述执行机构分别为抓缆机械手、自动启闭舱口盖及缆孔封堵机构；

所述缆孔封堵机构包括基座，所述基座以所述干湿舱为中心对称设置于干湿舱的外舱壁上；于所述基座上设置液压缸，所述液压缸的输出端与摆臂的一端连接，所述摆臂的另一端与用于密封穿舱孔的堵头连接；

所述穿舱孔由设置于自动启闭舱口盖上的第一半圆孔及设置于干湿舱外舱壁的第二半圆孔组成，所述穿舱孔为两个；于所述自动启闭舱口盖与干湿舱的连接处、在所述自动启闭舱口盖的内端面还设置大密封圈，于所述大密封圈上设置一对第一小密封圈；所述干湿舱与自动启闭舱口盖连接的端面上还设置一对第二小密封圈；当所述自动启闭舱口盖闭合时，所述第一半圆孔与所述第二半圆孔互为抵接，所述第一小密封圈与第二小密封圈也互为抵接形成用于密封海缆线外圈的密封孔；

所述带有第一小密封圈的大密封圈通过压板固定在自动启闭舱 口盖的内端面；各第一小密封圈以所述大密封圈的圆心为中心对称布置，于所述第一小密封圈上开设开口槽；所述第二小密封圈与各第一小密封圈位置对应，各第一小密封圈的两端均设置用于配合开口槽的凸台，所述第一小密封圈、第二小密封圈及大密封圈构成管线密封结构；

于自动启闭舱口盖的球形端还设置平衡阀。

本发明的有益效果如下：

(1)本发明采用单壳体结构设计，干湿舱与载人舱的结合使得各舱室的空间利用率高，在同样的耐压强度要求下可以缩小整舱的尺度，具有搭载能力强、工作深度大的优点。

(2)本发明由代换水箱、代换水泵形成载荷代换系统，其利用水代换的原理，通过代换水泵、代换水箱实现了海水从水箱或干湿舱内的来回调换，由此保证干湿舱内的水下姿态平衡，压载块的布置保证检修舱在海底稳稳的坐住，以实现三节抗流能力，具有坐底平稳性高、实用性广的优点。

(3)本发明结合了剖分式轴封和高压软填料密封的特点，通过布置穿舱孔、大密封圈、第一小密封圈及第二小密封圈，利用压紧力实现第一小密封圈与第二小密封圈的配合，从而为干湿舱的干式常压环境提供保障，其实现了穿舱孔内海缆线的高压密封连接，保证在布放、回收海缆的过程中使整个舱室保持密封性。

(4)缆孔封堵机构的设置保证不在进行缆线维修时实现干湿舱的密封，其具有自动化程度高的优点，当海缆线需要经过穿舱孔时，其利用液压机构工作保证堵头运动至舱壁密封面以上，防止与海缆线干涉，提高了水下作业的安全性。

(5)液压系统的设置为抓缆机械手、自动启闭舱口盖及缆孔封堵机构提供动力，液压锁实现了液压回路闭合状态的锁死，避免泄漏，调速阀实现了每个液压作动回路的速度控制。

(6)本发明中在干湿舱内设置的检修设备用于海缆电气特性、光学传输特性的测试，以及海缆外层的铠装层开拨及光电缆的续接工作。载人舱内的生命支持系统有效保证舱内3人持续作业12小时以 上所需的空气和营养物品，提高了水下作业的续航性。

附图说明

图1为本发明的主视图。

图2为图1的俯视图。

图3为本发明中海缆进舱时的示意图。

图4为本发明中液压系统的原理示意图。

图5为本发明中堵头密封穿舱孔的示意图。

图6为本发明中堵头离开穿舱孔的示意图。

图7为图2在B处的放大示意图。

图8为本发明中第二小密封圈的结构示意图。

图9为本发明中大密封圈及第一小密封圈的结构示意图。

图10为图9在A处的放大结构示意图。

其中：1、自动启闭舱口盖；2、工作台；3、缆孔封堵机构；301、基座；302、液压缸；303、摆臂；304、堵头；4、干湿舱；5、检修设备；6、启闭门；7、脐带缆；8、生命支持系统；801、氧气瓶；9、载人舱；10、管线密封结构；11、压载块；12、水下液压泵；1201、水下电机；1202、齿轮泵；1203、溢流阀；1204、压力表；1205、换向阀；1206、第一管路；1207、第二管路；1208、第三管路；1209、第四管路；13、液压阀箱；1301、作动换向阀；1302、液压锁；1303、调速阀；1304、进油管路；1305、回油管路；14、代换水箱；15、平衡阀；16、抓缆机械手；17、代换水泵；18、电控系统；19、第一半圆孔；20、第二半圆孔；21、大密封圈；22、第一小密封圈；2201、开口槽；23、第二小密封圈；2301、凸台。

具体实施方式

下面说明本发明的具体实施方式。

如图1、图2及图3所示，一种海底管线原位检修舱由干湿舱4及载人舱9固接构成耐压壳体，干湿舱4的一侧与载人舱9之间设置用于连通干湿舱4与载人舱9的启闭门6，于干湿舱4的另一侧还设置自动启闭舱口盖1，位于自动启闭舱口盖1内部，上述自动启闭舱口盖1是干湿舱4与舱外海水的联通的通道，可以辅助作业的水下机 器人提供作业空间，为管线进舱提供可行性。于载人舱9内设置用于提供电力的电控系统18及生命支持系统8；于干湿舱4内设置代换水箱14、代换水泵17、检修设备5、水下液压泵12、阀箱13、抓缆机械手16及工作台2。如图1、图2所示，上述电控系统18由脐带缆7提供电力及通信通道，该脐带缆7由水面母船布放，脐带缆7从载人舱9进入后与电控系统18连接。如图1所示，于干湿舱4及载人舱9内均布置多个用于增加耐压壳体重量的压载块11，压载块11可以保证本发明所述的检修舱在海底稳稳的坐住，以实现三节抗流能力。如图1、图2所示，自动启闭舱口盖1为球形封头，在该自动启闭舱口盖1的球形端还设置平衡阀15。生命支持系统8包括供氧设施、去除二氧化碳设施、检测传感器、食物、药品及饮用水，上述供氧设施为氧气瓶801，该生命支持系统8中的物品可以保证舱内3人持续作业12小时以上。检修设备5用于海缆电气特性、光学传输特性的测试以及海缆外层铠装层的开拨、以及光电缆的续接。

如图4所示，水下液压泵12内置水下电机1201，水下电机1201的输出端连接齿轮泵1202，齿轮泵1202的出口通过第一管路1206与换向阀1205的一个工作油口连接，于齿轮泵1202上还通过第二管路1207与换向阀1205的另一个工作油口连接，在第一管路1206与第二管路1207之间还连接第三管路1208，于第三管路1208上设置溢流阀1203。如图4所示，液压阀箱13包括三路执行机构，各路执行机构均依次连接调速阀1303、液压锁1302及作动换向阀1301的工作油口，各作动换向阀1301的一个进油口均通过管路与进油管路1304连通，各作动换向阀1301的一个回油口均通过管路与回油管路1305连通，进油管路1304还与换向阀1205的进油口连通，回油管路1305还与换向阀1205的回油口连通。如图4所示，于第三管路1208与第一管路1206的交汇处还连接第四管路1209，于第四管路1209上设置压力表1204。如图4所示，上述执行机构分别为抓缆机械手16、自动启闭舱口盖1及缆孔封堵机构3。

如图5、图6所示，缆孔封堵机构3包括基座301，基座301以干湿舱4为中心对称设置于干湿舱4的外舱壁上；于基座301上设置 液压缸302，液压缸302的输出端与摆臂303的一端连接，摆臂303的另一端与用于密封穿舱孔的堵头304连接。

如图2、图7所示，穿舱孔由设置于自动启闭舱口盖1上的第一半圆孔19及设置于干湿舱4外舱壁的第二半圆孔20组成，穿舱孔为两个，各船舱孔以自动启闭舱口盖1的圆心为中心对称布置。如图9所示，于自动启闭舱口盖1与干湿舱4的连接处、在自动启闭舱口盖1的内端面还设置大密封圈21，于大密封圈21上设置一对第一小密封圈22；如图8所示，干湿舱4与自动启闭舱口盖1连接的端面上还设置一对第二小密封圈23；当自动启闭舱口盖1闭合时，第一半圆孔19与第二半圆孔20互为抵接，第一小密封圈22与第二小密封圈23也互为抵接形成用于密封海缆线外圈的密封孔。上述带有第一小密封圈22的大密封圈21通过压板固定在自动启闭舱口盖1的内端面；各第一小密封圈22以大密封圈21的圆心为中心对称布置，如图10所示，于第一小密封圈22上开设开口槽2201；第二小密封圈23与各第一小密封圈22位置对应，各第一小密封圈22的两端均设置用于配合开口槽2201的凸台2301。于自动启闭舱口盖1的球形端还设置平衡阀15；上述大密封圈21、第一小密封圈22、第二小密封圈23构成管线密封结构10。

本发明中代换水箱14与代换水泵17采用水代换的原理来实现海水从代换水箱14和干湿舱4内的来回调换。

本发明的具体工作过程如下：

如图1至图10所示，首先通过水面船舰将本发明运输至指定地点，在该阶段中干湿舱4为干式环境，在自动启闭舱口盖1打开后维修人员可以进入干湿舱4内对检修设备5中的各项设施进行维修检测，在检修完毕后维修人员通过启闭门6进入载人舱9，然后关闭启闭门6，同时在干湿舱4的代换水箱14内储满水，同时缆孔封堵机构3中的液压缸302的活塞杆伸出，摆臂303向下摆动，使堵头304运动至船舱孔内进行封闭。然后利用电控系统18控制自动启闭舱口盖1闭合后由吊机将本发明缓慢放入水中并下降到合适深度，当到达指定深度区域后干湿舱4内的代换水箱14通过代换水泵17工作将代换水箱14内的水抽出至干湿舱4，使干湿舱4变为充满水的湿式环境，然后打开平衡阀15，使深海区海水流入干湿舱4内并保证干湿舱4内的水压与耐压壳体外部压力相平衡，然后由电控系统18提供电能及控制信号控制水下液压泵12启动，如图4所示，水下电机1201实现电能向机械能的转变并带动齿轮泵1202旋转，溢流阀1203保证系统工作压力不超过齿轮泵1202的工作压力，通过换向阀1205打开液压泵到液压阀箱13的油路(进油管路1304、回油管路1305)，然后通过管路进入作动换向阀1301来实现自动启闭舱口盖1的打开，在本发明中液压锁1302实现液压回路闭合状态的锁死、避免泄漏。调速阀1303实现每个液压作动回路的速度控制。当自动启闭舱口盖1打开后，由缆孔封堵机构3中的液压缸302控制活塞杆收回，摆臂303向上运动，使堵头304运动至舱壁密封面以上，防止与海缆干涉。如图3所示，由水面船舰将水下机器人放入水中并运送至本发明靠近干湿舱4处，水下机器人通过机械手将海缆抓送至靠近船舱孔，抓缆机械手16工作并抓取海缆的外围与第二小密封圈23的内圈抵接，抓缆机械手16具备四轴运动自由度，可以实现海缆的灵活抓握，并准确的将海缆放置于工作台2上，上述工作完成后水下机器人撤回，此时由电控系统18提供电能及控制信号控制水下液压泵12、液压阀箱13工作使自动启闭舱口盖1关闭(自动启闭舱口盖1关闭过程中水下液压泵12、液压阀箱13的工作过程与自动启闭舱口盖1打开相同)，然后由代换水泵17工作并将干湿舱4内的海水送入代换水箱14内，使干湿舱4变为干式环境，最后维修人员可以通过启闭门6打开并进入干湿舱4内进行海缆检修，检修完毕后维修人员通过启闭门6进入载人舱9内，由代换水泵17抽出代换水箱14内的水使干湿舱4变为湿式环境，打开平衡阀15平衡耐压壳体外与干湿舱4内的压力后，打开自动启闭舱口盖1将海缆撤出，缆孔封堵机构3继续工作并将船舱孔堵起，然后由吊机将本发明吊至水面船舰后，干湿舱4内代换水泵17将干湿舱4内的水送入代换水箱14内，通过平衡阀15平衡耐压壳体外部与干湿舱4内部压力后打开自动启闭舱口盖1，最后维修人员通过启闭门6即可走出干湿舱4，由此完成整个维修过程。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在不违背本发明的基本结构的情况下，本发明可以作任何形式的修改。

Claims (10)

1.一种海底管线原位检修舱，其特征在于：由干湿舱(4)及载人舱(9)固接构成耐压壳体，所述干湿舱(4)的一侧与载人舱(9)之间设置用于连通干湿舱(4)与载人舱(9)的启闭门(6)，于所述干湿舱(4)的另一侧还设置自动启闭舱口盖(1)，抓缆机械手(16)及工作台(2)位于自动启闭舱口盖(1)内部；于所述载人舱(9)内设置用于提供电力的电控系统(18)及生命支持系统(8)；于所述干湿舱(4)内设置代换水箱(14)、代换水泵(17)、检修设备(5)、水下液压泵(12)、阀箱(13)、工作台(2)及抓缆机械手(16)。

2.如权利要求1所述的一种海底管线原位检修舱，其特征在于：于所述干湿舱(4)及载人舱(9)内均布置多个用于增加耐压壳体重量的压载块(11)。

3.如权利要求1所述的一种海底管线原位检修舱，其特征在于：所述自动启闭舱口盖(1)为球形封头；所述生命支持系统(8)包括供氧设施、去除二氧化碳设施、检测传感器、食物、药品及饮用水；所述检修设备(5)用于海缆电气特性、光学传输特性的测试以及海缆外层铠装层的开拨、以及光电缆的续接。

4.如权利要求1所述的一种海底管线原位检修舱，其特征在于：所述水下液压泵(12)内置水下电机(1201)，所述水下电机(1201)的输出端连接齿轮泵(1202)，所述齿轮泵(1202)的出口通过第一管路(1206)与换向阀(1205)的一个工作油口连接，于所述齿轮泵(1202)上还通过第二管路(1207)与换向阀(1205)的另一个工作油口连接，在所述第一管路(1206)与第二管路(1207)之间还连接第三管路(1208)，于所述第三管路(1208)上设置溢流阀(1203)；

所述阀箱(13)包括三路执行机构，各路执行机构均依次连接调速阀(1303)、液压锁(1302)及作动换向阀(1301)的工作油口，各作动换向阀(1301)的一个进油口均通过管路与进油管路(1304)连通，各作动换向阀(1301)的一个回油口均通过管路与回油管路(1305)连通，所述进油管路(1304)还与所述换向阀(1205)的进油口连通，所述回油管路(1305)还与所述换向阀(1205)的回油口连通。

5.如权利要求4所述的一种海底管线原位检修舱，其特征在于：于所述第三管路(1208)与第一管路(1206)的交汇处还连接第四管路(1209)，于第四管路(1209)上设置压力表(1204)。

6.如权利要求4所述的一种海底管线原位检修舱，其特征在于：所述执行机构分别为抓缆机械手(16)、自动启闭舱口盖(1)及缆孔封堵机构(3)。

7.如权利要求6所述的一种海底管线原位检修舱，其特征在于：所述缆孔封堵机构(3)包括基座(301)，所述基座(301)以所述干湿舱(4)为中心对称设置于干湿舱(4)的外舱壁上；于所述基座(301)上设置液压缸(302)，所述液压缸(302)的输出端与摆臂(303)的一端连接，所述摆臂(303)的另一端与用于密封穿舱孔的堵头(304)连接。

8.如权利要求7所述的一种海底管线原位检修舱，其特征在于：所述穿舱孔由设置于自动启闭舱口盖(1)上的第一半圆孔及设置于干湿舱(4)外舱壁的第二半圆孔组成，所述穿舱孔为两个；于所述自动启闭舱口盖(1)与干湿舱(4)的连接处、在所述自动启闭舱口盖(1)的内端面还设置大密封圈(21)，于所述大密封圈(21)上设置一对第一小密封圈(22)；所述干湿舱(4)与自动启闭舱口盖(1)连接的端面上还设置一对第二小密封圈(23)；当所述自动启闭舱口盖(1)闭合时，所述第一半圆孔(19)与所述第二半圆孔(20)互为抵接，所述第一小密封圈(22)与第二小密封圈(23)也互为抵接形成用于密封海缆线外圈的密封孔。

9.如权利要求8所述的一种海底管线原位检修舱，其特征在于：所述带有第一小密封圈(22)的大密封圈(21)通过压板固定在自动启闭舱口盖(1)的内端面；各第一小密封圈(22)以所述大密封圈(21)的圆心为中心对称布置，于所述第一小密封圈(22)上开设开口槽(2201)；所述第二小密封圈(23)与各第一小密封圈(22)位置对应，各第一小密封圈(22)的两端均设置用于配合开口槽(2201)的凸台(2301)，所述第一小密封圈(22)、第二小密封圈(23)及大密封圈(21)构成管线密封结构(10)。

10.如权利要求1所述的一种海底管线原位检修舱，其特征在于：于自动启闭舱口盖(1)的球形端还设置平衡阀(15)。