CN111470004A - 一种用于深海固定式功能舱的安装辅助装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于深海固定式功能舱的安装辅助装置，包括相对设置的上部辅助模块和下部辅助模块，上部辅助模块通过若干根配重体撑杆安装于下部辅助模块上方，还包括水平设置的环形托架，环形托架通过干根托架撑杆安装于上部辅助模块下方。本发明通过设置上部辅助模块和下部辅助模块，使固定式深水工作舱受到负浮力而下沉，且可以承受深水高压环境而不产生变形和压溃，配重体撑杆既可以起支撑作用，也具有一定安装弹性，针对不同的耐压壳在环形托架上设置不同的托板结构，满足各类耐压壳紧密限位的需求；所有液压顶推机构均与同一个蓄能器相连，可以实现快速同步控制，安装复位弹簧，避免环形托架对本发明脱离固定式深海功能舱的过程产生干涉。

Description

一种用于深海固定式功能舱的安装辅助装置

技术领域

本发明涉及功能舱安装设备技术领域，尤其是一种用于深海固定式功能舱的安装辅助装置。

背景技术

固定式深水功能舱是运用于深度一千米以上的海水环境中，并搭载水下井口装置、防喷器、油水分离器等水下生产设备的耐压结构。固定式深水功能舱在使用时，外部为高压海水环境，内部为常压干式环境。固定式深水功能舱的主体结构有两点特性：其一是耐深海高压，在深海环境下保持结构的完整，不出现屈服、压溃；其二是隔绝外界海水与内部搭载设备，提供常压干式环境。为满足以上两点特性，固定式深水功能舱通常由两个球形耐压壳拼接而成，中部为柱状或藕节状，柱状结构或藕节状结构连接部辅以环肋进行加强。固定式深水功能舱的舱体最大可承受三千米水深产生的水压，舱体内部为空腔，用于安装生产设备。通过将常规的水下生产系统所采用的湿式井口装置、油水分离器等设备置于功能舱内，降低了上述设备在湿式环境下的设计及制造成本，具有显著的降本增效的作用。

为保持舱体内部处于干式环境，舱体空腔中充满了空气，在固定式功能舱整体安装下放的过程中，舱体所受的到重力要远小于海水浮力，舱体处于正浮力状态，需要在外部辅助工具的作用下提供沉到海底的负浮力。由于固定式深水功能舱为正在开发的前沿技术，目前没有能可靠地将固定式深水功能舱送往指定位置的辅助装置。采用捆绑配重物的方法使舱体下沉，缺乏对舱体的保护，且定位准确度不高，在固定式深水功能舱下潜的过程中容易受损。

发明内容

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种用于深海固定式功能舱的安装辅助装置，能够使固定式深水功能舱获得下沉的负浮力，且耐压壳体在下沉过程中起支撑和保护作用，当固定式深水功能舱水下定位完成后，本辅助装置与固定式深水功能舱脱离，实现重复利用。

本发明所采用的技术方案如下：

一种用于深海固定式功能舱的安装辅助装置，包括相对设置的上部辅助模块和下部辅助模块，上部辅助模块通过若干根配重体撑杆安装于下部辅助模块上方，环形托架通过若干根托架撑杆安装于上部辅助模块下方，环形托架由若干个形状相同的托架组件环向拼接形成；上部辅助模块的结构为：包括上配重体，上配重体为环形柱状结构，上配重体的内壁面为弧面结构，沿上配重体的内壁面下边缘设置上限位套，上限位套为薄壁筒体，上限位套的内壁面也为弧面结构，且上限位套的内壁面与上配重体的内壁面平滑过渡；下部辅助模块的结构为：包括下配重体，下配重体也为环形柱状结构，下配重体的内孔为柱状孔体，沿下配重体的内孔上部孔口设置下限位套，下限位套为与下配重体内孔直径相同的柱状薄壁筒体；托架组件的结构为：包括弧形的条状架身，条状架身的两端向下垂直弯折形成凸缘，凸缘的中部开设锁止孔，相邻条状架身的凸缘相互抵接，锁止机构穿过锁止孔，使条状架身围合形成环形的托架主体，条状架身的中部内侧设有托板，托板外侧的条状架身上设有合页结构；上配重体的下表面一处安装蓄能器，蓄能器通过若干根控制线分别与各锁止机构连接，沿上配重体的下表面周向均布若干个双锁扣组件，双锁扣组件位于上限位套的外侧，下配重体的上表面上设置若干个单锁扣组件，单锁扣组件位于下限位套的外侧，且与双锁扣组件外侧的上部锁扣位置相对应，配重体撑杆的一端与双锁扣组件配合，配重体撑杆的另一端与单锁扣组件配合，托架撑杆的一端与双锁扣组件配合，托架撑杆的另一端与合页结构配合。

其进一步技术方案在于：

双锁扣组件包括双锁扣安装块，双锁扣安装块的上表面与上配重体的下表面固接，双锁扣安装块的下表面间隔固接两个拱形的上部锁扣，各上部锁扣与双锁扣安装块的下表面垂直设置；

单锁扣组件包括单锁扣安装块，单锁扣安装块的下表面与下配重体的上表面固接，单锁扣安装块的上表面固接下部锁扣，各下部锁扣与对应的上部锁扣平行设置；上部锁扣与下部锁扣的形状相同，且上部锁扣和下部锁扣的中部均开设供锁合销穿过的通孔；

配重体撑杆包括条状的第一杆身，第一杆身的两端均设有第一连接块，各第一连接块的中部开设用于嵌接上部锁扣和下部锁扣的第一方槽；配重体撑杆的一端与双锁扣组件外侧的上部锁扣配合，并通过锁合销与上部锁扣铰接，配重体撑杆的另一端与下部锁扣配合，并通过锁合销与下部锁扣铰接；

托架撑杆包括条状的第二杆身，第二杆身的一端设有第二连接块，第二连接块的中部开设用于嵌接上部锁扣的第二方槽，第二杆身与上限位套之间还设有复位弹簧；托架撑杆设有第二方槽的一端，与双锁扣组件内侧的上部锁扣配合并通过锁合销铰接；

托板的结构为弧形板状结构；

托板的结构为水平短板结构；

沿上限位套的外壁面均布若干个加强板组，沿下限位套的外壁面也均布若干个加强板组；

加强板组的结构为：包括设置于配重体撑杆之间的加强外板，加强外板包括扇形支撑板，扇形支撑板的两端固接支撑直板，位于支撑直板内侧的扇形支撑板上间隔设置若干块肋板；

锁止机构为液压顶推机构，液压顶推机构的活塞杆与位于同一端的锁止孔同轴设置，活塞杆的外端还固接有与锁止孔配合的推杆。

本发明的有益效果如下：

本发明结构合理，操作方便，通过设置上部辅助模块和下部辅助模块，使固定式深水工作舱受到负浮力而下沉，上部辅助模块和下部辅助模块为耐压结构，可以承受深水高压环境而不产生变形和压溃，对固定式深水功能舱起支撑和保护作用；上部辅助模块和下部辅助模块之间通过配重体撑杆连接，配重体撑杆既可以起支撑作用，也具有一定的安装弹性，连接处可以绕锁合销适度转动，在受到外力冲击时可以起缓冲作用；上部辅助模块和下部辅助模块之间水平设置环形托架，环形托架由托架组件分段拼合而成，针对不同的耐压壳在环形托架上设置不同的托板结构，满足各类耐压壳紧密限位的需求；各托架组件之间通过推杆连接，各推杆分别与一个液压顶推机构固接，所有液压顶推机构均与同一个蓄能器相连，可以实现快速稳定的同步控制，且连接结构简单可靠；环形托架通过托架连接杆安装在上部辅助模块下方，托架撑杆与上限位套之间安装复位弹簧，当推杆松开时，环形托架解除拼合状态，托架撑杆在复位弹簧的推动下向外张开，避免环形托架对本发明脱离固定式深海功能舱的过程产生干涉；完成固定式深水功能舱的下放操作后，本辅助装置可被吊起，重复多次利用，提高经济效益。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的上部辅助模块与环形托架安装结构示意图。

图3为本发明的下部辅助模块局部结构放大图。

图4为本发明的环形托架与蓄能器连接结构示意图。

图5为本发明的双锁扣组件局部结构放大图。

图6为本发明的单锁扣组件局部结构放大图。

图7为本发明的配重体撑杆局部结构放大图。

图8为本发明的托架撑杆局部结构放大图。

图9为本发明的加强板组局部结构放大图。(安装于下部辅助模块上)

图10为本发明与耐压壳的配合方式示意图。(环形托架松开且耐压壳与本辅助装置处于正在脱离状态)

其中：1、上部辅助模块；2、托架撑杆；3、环形托架；4、配重体撑杆；5、下部辅助模块；6、控制线；7、蓄能器；8、加强板组；9、耐压壳；10、锁合销；

101、上配重体；102、上限位套；103、双锁扣组件；

201、第二杆身；202、第二连接块；203、第二方槽；204、复位弹簧；

301、托架组件；

401、第一连接块；402、第一杆身；403、第一方槽；

501、下配重体；502、下限位套；503、单锁扣组件；504、固定孔；

801、加强外板；802、肋板；

1031、双锁扣安装块；1032、上部锁扣；

3011、条状架身；3012、凸缘；3013、锁止孔；3014、锁止机构；3015、推杆；3016、托板；3017、合页结构；3018、活塞杆；

5031、单锁扣安装块；5032、下部锁扣；

8011、扇形支撑板；8012、支撑直板；

8021、流水孔。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本发明包括相对设置的上部辅助模块1和下部辅助模块5，上部辅助模块1通过若干根配重体撑杆4安装于下部辅助模块5上方，环形托架3通过若干根托架撑杆2安装于上部辅助模块1下方，环形托架3由若干个形状相同的托架组件301环向拼接形成。

如图2所示，上部辅助模块1的结构为：包括上配重体101，上配重体101为环形柱状结构，上配重体101的内壁面为弧面结构，沿上配重体101的内壁面下边缘设置上限位套102，上限位套102为薄壁筒体，上限位套102的内壁面也为弧面结构，且上限位套102的内壁面与上配重体101的内壁面平滑过渡。

如图3所示，下部辅助模块5的结构为：包括下配重体501，下配重体501也为环形柱状结构，下配重体501的内孔为柱状孔体，沿下配重体501的内孔上部孔口设置下限位套502，下限位套502为与下配重体501内孔直径相同的柱状薄壁筒体。

如图4所示，托架组件301的结构为：包括弧形的条状架身3011，条状架身3011的两端向下垂直弯折形成凸缘3012，凸缘3012的中部开设锁止孔3013，相邻条状架身3011的凸缘3012相互抵接，锁止机构3014穿过锁止孔3013，使条状架身3011围合形成环形的托架主体，条状架身3011的中部内侧设有托板3016，托板3016外侧的条状架身3011上设有合页结构3017；上配重体101的下表面一处安装蓄能器7，蓄能器7通过若干根控制线6分别与各锁止机构3014连接，沿上配重体101的下表面周向均布若干个双锁扣组件103，双锁扣组件103位于上限位套102的外侧，下配重体501的上表面上设置若干个单锁扣组件503，单锁扣组件503位于下限位套502的外侧，且与双锁扣组件103外侧的上部锁扣1032位置相对应，配重体撑杆4的一端与双锁扣组件103配合，配重体撑杆4的另一端与单锁扣组件503配合，托架撑杆2的一端与双锁扣组件103配合，托架撑杆2的另一端与合页结构3017配合。

如图5所示，双锁扣组件103包括双锁扣安装块1031，双锁扣安装块1031的上表面与上配重体101的下表面固接，双锁扣安装块1031的下表面间隔固接两个拱形的上部锁扣1032，各上部锁扣1032与双锁扣安装块1031的下表面垂直设置。

如图6所示，单锁扣组件503包括单锁扣安装块5031，单锁扣安装块5031的下表面与下配重体501的上表面固接，单锁扣安装块5031的上表面固接下部锁扣5032，各下部锁扣5032与对应的上部锁扣1032平行设置；上部锁扣1032与下部锁扣5032的形状相同，且上部锁扣1032和下部锁扣5032的中部均开设供锁合销10穿过的通孔。

如图7所示，配重体撑杆4包括条状的第一杆身402，第一杆身402的两端均设有第一连接块401，各第一连接块401的中部开设用于嵌接上部锁扣1032和下部锁扣5032的第一方槽403；配重体撑杆4的一端与双锁扣组件103外侧的上部锁扣1032配合，并通过锁合销10与上部锁扣1032铰接，配重体撑杆4的另一端与下部锁扣5032配合，并通过锁合销10与下部锁扣5032铰接。

如图8所示，托架撑杆2包括条状的第二杆身201，第二杆身201的一端设有第二连接块202，第二连接块202的中部开设用于嵌接上部锁扣1032的第二方槽203，第二杆身201与上限位套102之间还设有复位弹簧204；托架撑杆2设有第二方槽203的一端，与双锁扣组件103内侧的上部锁扣1032配合并通过锁合销10铰接。

托板3016的结构为弧形板状结构或水平短板结构。

如图9所示，沿上限位套102的外壁面均布若干个加强板组8，沿下限位套502的外壁面也均布若干个加强板组8。加强板组8的结构为：包括设置于配重体撑杆4之间的加强外板801，加强外板801包括扇形支撑板8011，扇形支撑板8011的两端固接支撑直板8012，位于支撑直板8012内侧的扇形支撑板8011上间隔设置若干块肋板802。

如图5所示，锁止机构3014为液压顶推机构，液压顶推机构的活塞杆3018与位于同一端的锁止孔3013同轴设置，活塞杆3018的外端还固接有与锁止孔3013配合的推杆3015。

本发明的具体工作过程如下：

本发明用于解决固定式深水功能舱的干式耐压结构受正浮力无法下放至海底的问题，既提供使固定式深水功能舱下放至海底所需的足够重力，又可在固定式深水功能舱固定在海底基础(即海底吸力沉箱及井口连接装置)后脱离，通过设置于水面的吊机起吊后重复使用。

深海固定式功能舱的外部为耐压壳9，所述耐压壳9的内部设有用于安装深海作业设备的空腔，耐压壳9一般有两种结构：其一为通过两个直径相同的球体同轴拼接形成的双球状结构，其二为中部呈柱形且两端呈半球形的胶囊状结构。胶囊状结构的柱形壁面上沿轴向均匀设置若干道环状凸起，双球状结构耐压壳的球体与胶囊状结构耐压壳的半球形端部直径相同。

根据耐压壳9的不同选择托板3016，若为双球状的耐压壳9，则采用与上部球体的下半球球面贴合的托板3016；若为胶囊状的耐压壳9，则采用能嵌入耐压壳9外壁环状凸起之间凹槽的托板3016。

当需要使用时，首先完成本发明的装配。上部辅助模块1和下部辅助模块5同轴设置，配重体撑杆4和上配重体101及下配重体501均垂直。配重体撑杆4可绕双锁扣组件103和单锁扣组件503转动，托架撑杆2可绕双锁扣组件103转动。本实施例中，采用四根配重体撑杆4，配重体撑杆4的数量由上配重体101和下配重体501的直径决定，配重体撑杆4的数量过多会导致本发明连接结构复杂，安装弹性下降，且不易调节和维护环形托架3，配重体撑杆4的数量过少会导致本发明连接可靠性大幅下降。

在上配重体101和下配重体501上均沿周向开设若干个固定孔504，所述固定孔504位于加强板组8围合的区域内，且不与加强板组8发生干涉，用于将本发明暂时固定。在本发明的顶部还设置吊耳，方便本发明被吊起。

在固定式深水功能舱处于竖直状态时，由外部吊机吊起本发明至固定式深水功能舱的耐压壳9正上方，确保本发明与耐压壳9轴线对正后开始下放，直至本发明的上配重体101内壁面与耐压壳9的顶部贴合。当托架组件301拼合形成环形托架3时，液压顶推机构3014的活塞杆3018向外伸出，将推杆3015顶入锁止孔3013中，此时复位弹簧204处于压缩状态。

如图10所示，固定式深水功能舱下放至海底基础上固定后，可将本发明移除。蓄能器7同时控制各液压顶推机构3014的活塞杆3018收缩，将连接托架组件301的推杆3015反向推出，去除各托架组件301相互之间的约束后，复位弹簧204顶起托架撑杆2，使托架组件301不再与耐压壳9接触，托架撑杆2在重力作用下绕双锁扣组件103转动至自然下垂的位置，托架组件301悬挂于控制线6上且也处于自然下垂的状态。通过外部吊机即可将本发明整体吊离，以备重复使用。

本发明采用的加强板组8主要起加强和支撑作用，结构不唯一，说明书中描述了其中一种较优的结构。为便于表示蓄能器7与液压顶推机构3014的形式，图1、图2、图5和图10均仅示意了一条控制线6，实际安装中，每一个液压顶推机构3014均通过一根控制线6与蓄能器7连接。在各肋板802上还开设流水孔8021，使水流可以在上部辅助模块1和下部辅助模块5中平稳流动，避免因局部涡流和冲击而影响耐压壳8下沉。

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，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (10)

1.一种用于深海固定式功能舱的安装辅助装置，其特征在于：包括相对设置的上部辅助模块(1)和下部辅助模块(5)，所述上部辅助模块(1)通过若干根配重体撑杆(4)安装于所述下部辅助模块(5)上方，环形托架(3)通过若干根托架撑杆(2)安装于所述上部辅助模块(1)下方，所述环形托架(3)由若干个形状相同的托架组件(301)环向拼接形成；

所述上部辅助模块(1)的结构为：包括上配重体(101)，所述上配重体(101)为环形柱状结构，上配重体(101)的内壁面为弧面结构，沿上配重体(101)的内壁面下边缘设置上限位套(102)，所述上限位套(102)为薄壁筒体，上限位套(102)的内壁面也为弧面结构，且上限位套(102)的内壁面与上配重体(101)的内壁面平滑过渡；

所述下部辅助模块(5)的结构为：包括下配重体(501)，所述下配重体(501)也为环形柱状结构，下配重体(501)的内孔为柱状孔体，沿下配重体(501)的内孔上部孔口设置下限位套(502)，所述下限位套(502)为与下配重体(501)内孔直径相同的柱状薄壁筒体；

所述托架组件(301)的结构为：包括弧形的条状架身(3011)，所述条状架身(3011)的两端向下垂直弯折形成凸缘(3012)，所述凸缘(3012)的中部开设锁止孔(3013)，相邻条状架身(3011)的凸缘(3012)相互抵接，锁止机构(3014)穿过锁止孔(3013)，使条状架身(3011)围合形成环形的托架主体，条状架身(3011)的中部内侧设有托板(3016)，所述托板(3016)外侧的条状架身(3011)上设有合页结构(3017)；

所述上配重体(101)的下表面一处安装蓄能器(7)，所述蓄能器(7)通过若干根控制线(6)分别与各锁止机构(3014)连接，沿所述上配重体(101)的下表面周向均布若干个双锁扣组件(103)，所述双锁扣组件(103)位于上限位套(102)的外侧，所述下配重体(501)的上表面上设置若干个单锁扣组件(503)，所述单锁扣组件(503)位于下限位套(502)的外侧，且与双锁扣组件(103)外侧的上部锁扣(1032)位置相对应，所述配重体撑杆(4)的一端与双锁扣组件(103)配合，配重体撑杆(4)的另一端与单锁扣组件(503)配合，所述托架撑杆(2)的一端与双锁扣组件(103)配合，托架撑杆(2)的另一端与合页结构(3017)配合。

2.如权利要求1所述的一种用于深海固定式功能舱的安装辅助装置，其特征在于：所述双锁扣组件(103)包括双锁扣安装块(1031)，所述双锁扣安装块(1031)的上表面与上配重体(101)的下表面固接，双锁扣安装块(1031)的下表面间隔固接两个拱形的上部锁扣(1032)，各上部锁扣(1032)与双锁扣安装块(1031)的下表面垂直设置。

3.如权利要求1所述的一种用于深海固定式功能舱的安装辅助装置，其特征在于：所述单锁扣组件(503)包括单锁扣安装块(5031)，所述单锁扣安装块(5031)的下表面与下配重体(501)的上表面固接，所述单锁扣安装块(5031)的上表面固接下部锁扣(5032)，各下部锁扣(5032)与对应的上部锁扣(1032)平行设置；

上部锁扣(1032)与下部锁扣(5032)的形状相同，且上部锁扣(1032)和下部锁扣(5032)的中部均开设供锁合销(10)穿过的通孔。

4.如权利要求1所述的一种用于深海固定式功能舱的安装辅助装置，其特征在于：所述配重体撑杆(4)包括条状的第一杆身(402)，所述第一杆身(402)的两端均设有第一连接块(401)，各第一连接块(401)的中部开设用于嵌接上部锁扣(1032)和下部锁扣(5032)的第一方槽(403)；

配重体撑杆(4)的一端与双锁扣组件(103)外侧的上部锁扣(1032)配合，并通过锁合销(10)与上部锁扣(1032)铰接，配重体撑杆(4)的另一端与下部锁扣(5032)配合，并通过锁合销(10)与下部锁扣(5032)铰接。

5.如权利要求1所述的一种用于深海固定式功能舱的安装辅助装置，其特征在于：所述托架撑杆(2)包括条状的第二杆身(201)，所述第二杆身(201)的一端设有第二连接块(202)，所述第二连接块(202)的中部开设用于嵌接上部锁扣(1032)的第二方槽(203)，第二杆身(201)与上限位套(102)之间还设有复位弹簧(204)；

托架撑杆(2)设有第二方槽(203)的一端，与双锁扣组件(103)内侧的上部锁扣(1032)配合并通过锁合销(10)铰接。

6.如权利要求1所述的一种用于深海固定式功能舱的安装辅助装置，其特征在于：所述托板(3016)的结构为弧形板状结构。

7.如权利要求1所述的一种用于深海固定式功能舱的安装辅助装置，其特征在于：所述托板(3016)的结构为水平短板结构。

8.如权利要求1所述的一种用于深海固定式功能舱的安装辅助装置，其特征在于：沿上限位套(102)的外壁面均布若干个加强板组(8)，沿下限位套(502)的外壁面也均布若干个加强板组(8)。

9.如权利要求8所述的一种用于深海固定式功能舱的安装辅助装置，其特征在于：加强板组(8)的结构为：包括设置于配重体撑杆(4)之间的加强外板(801)，所述加强外板(801)包括扇形支撑板(8011)，所述扇形支撑板(8011)的两端固接支撑直板(8012)，位于支撑直板(8012)内侧的扇形支撑板(8011)上间隔设置若干块肋板(802)。

10.如权利要求1所述的一种用于深海固定式功能舱的安装辅助装置，其特征在于：所述锁止机构(3014)为液压顶推机构，所述液压顶推机构的活塞杆(3018)与位于同一端的锁止孔(3013)同轴设置，活塞杆(3018)的外端还固接有与锁止孔(3013)配合的推杆(3015)。

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