CN117799767A - 一种深海弹性锚系浮标及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海洋监测设备领域，具体为一种深海弹性锚系浮标及工作方法，包括浮标体，浮标体下底面连接缆绳，缆绳上连接静水压力释放器和浮力模块，静水压力释放器连接配重块，配重块的重力与浮力模块提供的净浮力相匹配；缆绳断裂时，通过静水压力释放器释放配重块，利用浮力模块提供的浮力使缆绳的观测段维持在竖直状态。

Description

一种深海弹性锚系浮标及工作方法

技术领域

本发明涉及海洋监测设备领域，具体为一种深海弹性锚系浮标及工作方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

深海弹性锚系浮标，指将水下传感器连接在弹性的缆绳上形成观测段，缆绳顶端利用浮标的浮力拉动，缆绳底端利用锚具产生的重力拉动，利用缆绳的弹性使带有水下传感器的观测段尽量维持竖直状态，从而完成所需的数据采集。其中，缆绳连同连接在缆绳上的锚具，用于回收的释放器、浮球以及其余连接件等部件形成的整体被称为锚系，锚系顶端需要连接在浮标体上。

由于整个锚系在运行期间受到海水侵蚀，使其与浮标体的连接强度逐步减弱，在回收和布放作业期间，或是受到海浪的横向推力影响，甚至是外部的碰撞影响(例如船舶撞击浮标)，容易在锚系顶端发生断裂，导致整个锚系连同水下传感器落入海底，使得锚系的观测段无法处于竖直状态，导致采集的数据无效，还会导致水下传感器无法承受过深的水压而损坏。

发明内容

为了解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题，本发明提供一种深海弹性锚系浮标及工作方法，在锚系连接静水压力释放器以及相匹配的浮力模块和配重块，当锚系坠落时，静水压力释放器在海水的浮力影响下动作释放配重块，利用浮力模块提供浮力，确保锚系的观测段维持在竖直状态，使水下传感器维持在正常的工作状态。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面提供一种深海弹性锚系浮标，包括浮标体，浮标体下底面连接缆绳，缆绳上连接静水压力释放器和浮力模块，静水压力释放器连接配重块，配重块的重力与浮力模块提供的净浮力相匹配；缆绳断裂时，通过静水压力释放器释放配重块，利用浮力模块提供的浮力重新拉升缆绳，使观测段维持在竖直状态。

进一步的，静水压力释放器根据压力变化判断深海浮标观测锚系是否发生坠落，当静水压力大于设定的安全值时，释放配重块。

进一步的，缆绳连同缆绳上连接的水下传感器、浮球、释放器和锚具形成锚系，锚系中水下传感器所在的区域为观测段。

进一步的，静水压力释放器位于在水下h米，当静水压力释放器监测到压力大于水深h+a时，释放配重块，a为设定的安全值。

进一步的，安全值a的取值大于压力测量的精度，h+a小于水深的1/2，确保在观测段降落到释放器高度之前将锚系重新拉升。

进一步的，配重块释放后，浮力模块提供的净浮力不小于锚系中释放器以上部分的水中总重量。

进一步的，配重块提供的重力大于浮力模块的净浮力的3～5％。

进一步的，静水压力释放器连同相匹配的浮力模块和配重块所在的深度h不大于它们到释放器之间的距离。

本发明的第二个方面提供一种深海弹性锚系浮标的工作方法，包括以下步骤：

当浮标体下底面的缆绳断裂坠入水中设定深度，静水压力释放器动作释放配重块；

通过浮力模块提供的浮力，带动缆绳断裂的一端重新拉升，使观测段维持竖直状态。

与现有技术相比，以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

在锚系连接静水压力释放器以及相匹配的浮力模块和配重块，当锚系坠落时，静水压力释放器在海水的浮力影响下动作释放配重块，利用浮力模块提供浮力，确保锚系的观测段维持在竖直状态，使水下传感器维持在正常的工作状态。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明一个或多个实施例提供的深海弹性锚系浮标的工作过程示意图；

图2是本发明一个或多个实施例提供的静水压力释放器、浮力模块和配重块的连接结构示意图；

图3是本发明一个或多个实施例提供的隐藏浮力模块后静水压力释放器和配重块的连接结构示意图；

图中：1缆绳、2浮力模块、3静水压力释放器、31释放爪、4夹具、5配重块、51吊耳。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

对于弹性锚系，缆绳以以高弹性缆绳为主体，通常为高弹性尼龙绳，例如在水中的伸长率可以超过30％，布放时，锚系的初始长度略小于水深，当环境恶劣时，弹性尼龙绳拉伸较大，拉伸后的锚系缆绳长度与水深的比值可以超过某个定值，例如超过1.25，待环境缓和时，尼龙绳收缩，可以保证锚系线总是绷直的，所以弹性深海锚系又称紧绷式深海锚系。

正如背景技术中所介绍的，深海弹性锚系浮标利用弹性缆绳、锚具和浮标相配合，使缆绳上挂接水下传感器的观测段维持在竖直状态，从而完成所需的数据采集(例如海水剖面观测)。受到海浪影响，锚系顶端与浮标体的连接部分，反复在空气环境和海水环境中切换，不断承受来自海水侵蚀和空气氧化作用的双重影响，从而容易发生断裂。当这部分区域断裂时，整个锚系会落入海底从而无法维持观测段的竖直状态，使得采集的数据无效并且会损坏水下传感器，还会为后续的传感器回收带来困难。

因此，以下实施例给出一种深海弹性锚系浮标及工作方法，在锚系连接静水压力释放器以及相匹配的浮力模块和配重块，当锚系坠落时，静水压力释放器在海水的浮力影响下动作释放配重块，利用浮力模块提供浮力，确保锚系的观测段维持在竖直状态，使水下传感器维持在正常的工作状态。

实施例一：

本实施例的目的是提供一种深海弹性锚系浮标，包括浮标体，浮标体下底面连接缆绳，缆绳上依次设有观测段、浮球、释放器和锚具，观测段上设有水下传感器；

缆绳上连接静水压力释放器和浮力模块，静水压力释放器连接配重块，配重块的重力与浮力模块提供的浮力相匹配；缆绳断裂时，通过静水压力释放器释放配重块，利用浮力模块提供的浮力使缆绳的观测段维持在竖直状态。

静水压力释放器根据压力变化判断深海浮标观测锚系是否发生坠落，当静水压力大于安全值时，释放配重块。

如图2-图3所示，缆绳1通过夹具4连接浮力模块2，浮力模块2内侧连接静水压力释放器3，静水压力释放器3的工作端连接配重块5。

静水压力释放器3的工作端为静水压力释放器3动作释放配重块5的一端，根据静水压力释放器3具体结构型式确定，而静水压力释放器3具体结构型式不作限制。

例如，静水压力释放器3具有仓体，仓体顶部为压力感应单元，用于获取水压，底部为工作端，工作端具有释放爪31，释放爪31与配重块5的吊耳51连接，压力感应单元获取到水压超过设定值时，认为锚系断裂落入水中并到达设定深度(水压与深度对应)，仓体内部的动作单元控制释放爪31张开，释放吊环51，配重块5脱落。用于驱动释放爪31的动作单元可以是电动的，也可以是液压的，取决于实际需求，本实施例不作限制。

静水压力释放器安装在水下h米，当静水压力释放器监测到压力大于水深h+a时，判断锚系顶部断裂，此时就要释放配重块。安全值a的取值大于压力测量的精度，h+a要小于水深的1半，要在观测段降落到释放器高度之前将锚系提起来。

例如：通常压力的测量精度为量程的千分之2，按照7000米量程设计，精度是14米，此时a至少要大于14米。以5600米深海弹性锚系为例，h+a不大于2800米，如果将h选为700米，a要大于14米小于2100米，实际应用中浮标一直漂浮在海面，700米观测段锚系为包塑钢缆，为了保证观测深度可控，观测段的拉伸量极小可以忽略，会在拉伸段以外的其余区域提供拉伸量，所以正常状态下防坠落系统的深度是不会明显大于700米的，只有锚系顶端发生意外时，观测段锚系向下坠落，静水压力释放器才能监测到压力的明显增加，因此本实施例中a取50米即可。

当深海浮标弹性锚系意外坠落，且配重块释放后，浮力模块提供的净浮力可以防止锚系继续坠落并尽量维持锚系的观测段处于竖直状态，浮力模块提供的浮力不小于锚系中释放器以上部分的水中总重量。

例如，以某5600米深海弹性锚系为例，锚系中释放器到锚系顶端部分的水中总重量约为350kg，则浮力模块的净浮力要大于350kg，考虑可靠性可以取为400kg。

在弹性锚系未发生意外断裂时，配重块用于平衡浮力模块的浮力，避免浮力模块对弹性锚系的过度拉伸，损失锚系储备弹性，配重块由于处于水中，因此在水中的重力要比浮力模块的净浮力略大一些，使整个防坠落系统略呈现负浮力，因为水下的海水密度有微小的变化，海水密度变大一点，会出现浮力模块的净浮力增加而配重块的水中重力减小，一般海水密度变化不超过3％。

本实施例中，配重块提供的重力大于浮力模块的净浮力的3～5％

例如，以某5600米深海弹性锚系为例，如果浮力模块取为400kg，那么配重块的水中重力可以取为420kg。

根据经验，当浮标所在海域为捕鱼活动的水层深度时，需要将静水压力释放器连同相匹配的浮力模块和配重块，安装在锚系经常被鱼线缠绕的位置以下，比如东印度洋钓金枪鱼、旗鱼、剑鱼等水深达到400米，所以需要将上述部件安装在400米以下。

需要注意，静水压力释放器连同相匹配的浮力模块和配重块所在的深度h不大于它们到释放器之间的距离，要保证断裂发生时，观测段的最低点仍然高于释放器，避免观测段与释放器下端锚系的缠绕。

静水压力释放器、浮力模块和配重块的安装位置不要在弹性缆绳中间，如果安装在弹性缆绳中间的某一位置，这部分部件呈现一个较小的负浮力，会对连接在观测段和这部分部件之间的弹性缆绳造成拉伸，虽然只是损失一小部分储备弹性，但由于还要重新计算连接在观测段和这部分部件之间的弹性缆绳的长度，会增加锚系设计的工作量，所以静水压力释放器、浮力模块和配重块安装在观测段中间位置或者观测段底部(观测段的锚系要搭载很多传感器，为了尽可能保证传感器的深度固定，所以一般观测段选用伸缩量较小的缆绳。而弹性大的缆绳，会因为拉伸导致直径的变化，这一点也不利于设备的捆绑安装。

例如，某5600米深海弹性锚系，观测段锚系是包塑钢丝绳，破断拉伸量小于2.5％。

通过在锚系连接静水压力释放器以及相匹配的浮力模块和配重块，当锚系坠落时，静水压力释放器在海水的浮力影响下动作释放配重块，利用浮力模块提供浮力，确保锚系的观测段维持在竖直状态，使水下传感器维持在正常的工作状态。

实施例二：

如图1所示，本实施例基于实施例一提出的一种深海弹性锚系浮标的工作方法，包括以下步骤：

当浮标体下底面的缆绳断裂(锚系顶端断裂)坠入水中设定深度，静水压力释放器动作释放配重块；

通过浮力模块提供的浮力，带动缆绳断裂的一端重新拉升，使观测段维持竖直状态。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种深海弹性锚系浮标，其特征在于，包括浮标体，浮标体下底面连接缆绳，缆绳上连接静水压力释放器和浮力模块，静水压力释放器连接配重块，配重块的重力与浮力模块提供的净浮力相匹配；缆绳断裂时，通过静水压力释放器释放配重块，利用浮力模块提供的浮力重新拉升缆绳，使观测段维持在竖直状态。

2.如权利要求1所述的一种深海弹性锚系浮标，其特征在于，所述缆绳连同缆绳上连接的水下传感器、浮球、释放器和锚具形成锚系，锚系中水下传感器所在的区域为观测段。

3.如权利要求1所述的一种深海弹性锚系浮标，其特征在于，所述静水压力释放器根据压力变化判断深海浮标观测锚系是否发生坠落，当静水压力大于设定的安全值时，释放配重块。

4.如权利要求1所述的一种深海弹性锚系浮标，其特征在于，所述静水压力释放器位于在水下h米，当静水压力释放器监测到压力大于水深h+a时，释放配重块，a为设定的安全值。

5.如权利要求4所述的一种深海弹性锚系浮标，其特征在于，所述安全值a的取值大于压力测量的精度，h+a小于水深的1/2，确保在观测段降落到释放器高度之前将锚系重新拉升。

6.如权利要求1所述的一种深海弹性锚系浮标，其特征在于，所述配重块释放后，浮力模块提供的净浮力不小于锚系中释放器以上部分的水中总重量。

7.如权利要求6所述的一种深海弹性锚系浮标，其特征在于，所述配重块提供的重力大于浮力模块的净浮力的3～5％。

8.如权利要求1所述的一种深海弹性锚系浮标，其特征在于，所述静水压力释放器连同相匹配的浮力模块和配重块所在的深度h不大于它们到释放器之间的距离。

9.基于权利要求1-8任一项所述深海弹性锚系浮标的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

当浮标体下底面的缆绳断裂坠入水中设定深度，静水压力释放器动作释放配重块；

通过浮力模块提供的浮力，带动缆绳断裂的一端重新拉升，使观测段维持竖直状态。