CN203372365U

CN203372365U - 一种水下浮体

Info

Publication number: CN203372365U
Application number: CN201320416941.4U
Authority: CN
Inventors: 严俊; 赵耀; 王宇; 邵华; 熊曙
Original assignee: WUCHANG SHIPBUILDING INDUSTRY Co Ltd; WUHAN WUCHUAN OCEAN ENGINEERING SHIP DESIGN Co Ltd
Current assignee: Wuchang Shipbuilding Industry Group Co Ltd
Priority date: 2013-03-28
Filing date: 2013-07-12
Publication date: 2014-01-01
Anticipated expiration: 2023-07-12
Also published as: BR112015019309A2; CN103434616A; WO2014153903A1; US20160068238A1; CN103434616B; NO20151387A1

Abstract

本实用新型涉及船舶技术领域，特别涉及一种水下浮体，包括分舱及耐压舱，浮体左右两侧是对称设置的分舱，浮体前后侧是分舱，浮体前侧的分舱提供的浮力大于浮体后侧的分舱提供的浮力，或浮体后侧的分舱提供的浮力大于浮体前侧的分舱提供的浮力。耐压舱穿过分舱且与分舱的舱壁固定连接。浮体的浮心与浮体的重心在同一竖直线上，且浮体浮心的位置高于浮体重心的位置。耐压舱上设有充气阀，分舱上设有透气系统及通水系统。本实用新型提供的水下浮体，可一次性到达工作水域，节约了大量的人力和物力。

Description

一种水下浮体

技术领域

本实用新型涉及船舶技术领域，特别涉及一种水下浮体。

背景技术

浮式生产储卸装置（FPSO）作为海上油气资源开发的装备，广泛应用各种水深条件下的油气开发。而对于深水浮式生产储卸装置（FPSO）而言，其水下浮体的工作位置一般处于深水处，浮体外部会承受很大的水压。要使浮体结构不会因承受较大的水压而破坏，就必须让浮体内部存在着和外部水压相当的压力。传统的水下浮体是基于非耐压结构设计的，浮体结构为非耐压结构，耐压能力有限，因此非耐压水下浮体需要在不承受较大压力的前提下才能安全正常的安装并投入工作。传统的水下浮体通常向浮体内部充气使浮体内部产生较大压强以平衡浮体外部水压，即浮体处于水下任何位置的时候都通过充气的方式增大浮体内部压强，使浮体内部压强与外部水压相当，以保护浮体的结构不被较高的水压破坏，基于以上原因，传统的水下浮体的安装过程较为繁杂。对于传统的水下浮体而言，在其安装过程中，随着水深的不断变化，需要不断的调节浮体内部压力，同时不断调整浮体的姿态。也就是说，随着水深的增加，浮体所受外部水压也在不断增大，为使浮体不用承受过大的压力，需不断的往浮体内部充气，增大浮体内部压力以平衡外部水压。而由于浮体结构承受压力能力有限，所以往浮体内部充气的过程须逐段进行，即每到一定水位就要进行一次压力和平衡的调整，例如某水下浮体的工作水深在300米左右，若按每5米（根据浮体耐压能力设置）进行一次这样的操作来算，那么整个安装过程就需要几十次这样的压力调整和浮体水下姿态调整操作。并且传统的水下浮体安装过程都是在水下通过控制系统在水下操作系统（ROV）的帮助下完成的，故其安装过程实现难度较大。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够一次性下水安装、同时能够节省大量人力及物力的水下浮体。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种水下浮体，包括分舱及耐压舱。所述浮体左右两侧是所述分舱，所述浮体左右两侧的所述分舱提供的浮力相同。所述浮体前后两侧是所述分舱，所述浮体前侧的所述分舱提供的浮力大于所述浮体后侧的所述分舱提供的浮力，或所述浮体后侧的所述分舱提供的浮力大于所述浮体前侧的所述分舱提供的浮力。所述耐压舱穿过所述分舱且与所述分舱的舱壁固定连接。所述浮体的浮心与所述浮体的重心在同一竖直线上，且所述浮体浮心的位置高于所述浮体重心的位置。所述耐压舱上设置有充气阀。所述分舱上设置有透气系统及通水系统。

进一步地，所述浮体前侧的所述分舱提供的浮力大于所述浮体后侧的所述分舱提供的浮力，或所述浮体后侧的所述分舱提供的浮力大于所述浮体前侧的所述分舱提供的浮力。

所述浮体前侧的所述分舱的个数大于所述浮体后侧的所述分舱的个数，或所述浮体后侧的所述分舱的个数大于所述浮体前侧的所述分舱的个数。

进一步地，所述耐压舱至少为一个。

进一步地，还包括姿态监测系统及控制器。所述姿态监测系统、透气系统及所述通水系统分别与所述控制器连接。所述姿态监测系统对所述浮体的位置进行监测，监测所述浮体处于平衡状态或倾斜状态，当所述浮体处于倾斜状态时，所述控制器控制所述透气系统向所述浮体上向下倾斜的一端的所述分舱内充入气体，直到所述浮体不再倾斜为止。

进一步地，所述姿态监测系统由四个位置传感器组成。四个所述位置传感器分别安装在所述浮体四周的四个角上；四个所述位置传感器分别与所述控制器连接。

实用新型本实用新型提供的水下浮体，浮体左侧设置的分舱所能够提供的最大浮力与浮体右侧设置的分舱所能提供的最大浮力相等，因此能够保证浮体的左右侧趋于平稳状态。浮体的前侧设置的分舱所能提供的最大浮力与浮体的后侧设置的分舱所能提供的最大浮力不同，因此能够根据深海管线不同侧重力的不同实现对深海管线的搭载。同时，浮体浮心的位置与重心的位置在同一竖直线上，且浮心的位置高于重心的位置，能够保证整个浮体在工作状态时保持平稳状态。

耐压舱可满足承受较大压强的要求，在耐压舱内充满气体后，浮体下水的过程中，耐压舱提供向上的浮力，从而克服浮体自身的重力，使浮体能够平稳的下水；由于耐压舱提供的向上的浮力与浮体向下的重力的合力较小，浮体基本趋于平稳状态，因此减小了牵引系统对浮体的施力强度，降低了分舱上与牵引系统连接处的结构强度要求。分舱在工作水域充气后，提供了向上的正浮力，使水下浮体正常工作。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的水下浮体结构示意图。

具体实施方式

参见图1，本实用新型实施例提供了一种水下浮体，水下浮体主要由分舱1、耐压舱2、姿态监测系统及控制设备构成。首先，对分舱1的结构进行介绍，分舱1由不同规格的板材焊接而成，具体为：取用材料和厚度相同的板材，将不同的板材焊接在一起形成多个舱室，板材选用高强度、耐腐蚀的钢板。所有的舱室可以是长方体或正方体形状，只要符合本实用新型的设计思想的形状都包含在本实用新型的保护范围内。每个舱室为相对独立的密闭空间，在实际制造的过程中，采用一个面积较大的板材作为所有舱室的底板。一个舱室称为一个分舱1。本实施例中，所有的分舱1紧密排列，相邻的两个分舱1共用一个舱壁，且所有的分舱1分布形成一个“口”字形形状的整体结构，所有的分舱1形成的“口”字形形状的整体结构左右对称，分舱1的对称设置是使整个浮体保持平衡的重要手段。本实施例中，“口”字形形状的整体结构的前侧（即图1中的A侧）分布有两排分舱1，“口”字形形状的整体结构的左侧、右侧及后侧（即图1中的B侧）分别分布有一排分舱1，“口”字形形状的整体前侧（也就是浮体的前侧）的分舱1所能提供的最大浮力大于“口”字形形状的整体后侧（也就是浮体的后侧）的分舱1所能提供的最大浮力，或“口”字形形状的整体后侧（也就是浮体的后侧）的分舱1所能提供的最大浮力大于“口”字形形状的整体前侧（也就是浮体的前侧）的分舱1所能提供的最大浮力。本实施例中，浮体前侧和后侧所能提供的最大浮力可根据浮体前侧和后侧的分舱的数量进行确定，规格一样的分舱，数量越多，所能提供的最大浮力越大。分舱1的左右对称但前后不对称的结构是根据浮体的应用而设计的，浮体主要用于支撑海底输油管道，输油管道从海底一直延伸至海面，从海底延伸而来的输油管固定在“口”字形形状的整体的前端（即浮体的前端），然后经“口”字形形状的整体的后端（即浮体的后端）延伸至海面；由于输油管从海底延伸而来的一端的长度大于延伸至海面的一端的长度，因此输油管从海底延伸而来的一端的重量大于延伸至海面一端的重量；需要将“口”字形形状的整体的前端设计更多的分舱1以提供较大的浮力来承载输油管上重量较大的一端。分舱1的内部空间与耐压舱2的内部空间是不连通的，即耐压舱2的内部与分舱1的内部不能进行气体或液体（如水）的流通。每个分舱1上分别安装有透气系统及通水系统，透气系统主要由工业上使用的充气设备组成，用于向分舱1内充气排水；通水系统主要由通水管道组成，用于分舱1的充水及排水。下面对耐压舱2的结构进行介绍，耐压舱2为椭圆罐状结构（即耐压舱2的中间为圆柱形状，两端分别为半球形状），本实用新型实施例中，耐压舱2采用高强度耐压钢材制成。耐压舱2上设置有充气阀，充气阀是给耐压舱充气的入口，利用工业上常用的高压充气设备通过充气阀给耐压舱充气，充气完毕后关闭充气阀，可防止充气阀内部的内体泄露。本实用新型实施例提供的水下浮体上安装有5个耐压舱2，耐压舱2穿过一个或多个分舱1，且耐压舱2与分舱壁通过焊接的方式固定连接。由于所有的分舱1分成五排构成“口”字形形状的整体结构，在本实用新型实施例中，每一排分舱1中贯穿有一个耐压舱2，即5个耐压舱2的分布与五排分舱1的分布方向一致，那么分布的5个耐压舱2左右对称，耐压舱的对称分布同样是使整个浮体结构保持平衡的重要设计。本实施例中，分舱1与耐压舱2不是连通的，下面，以一组较为具体的数据对浮体结构进行说明，例如，根据工程要求，浮体总重要大约为7吨，浮体所要求提供的正浮力约为3吨。参见图1，在本实例中设计有5个耐压舱2，分别标号为1，2，3，4，5；耐压舱2的参数设置如表1所示：

表1

由表1所示的耐压舱参数计算可知，5个耐压舱总质量为2.070516吨，下面对5个耐压舱2分别提供的浮力及5个耐压舱2提供的总浮体进行计算，如表2所示：

耐压舱编号

数量

长度

厚度

半径

单个排水量

提供浮力

	（个）	（m）	（m）	（m）	（t）	（t）
							1-2	2	9.5	0.004	0.25	1.979966	3.959933
3-4	2	7.5	0.004	0.25	1.577261	3.154523
							5	1	5.5	0.004	0.25	1.174556	1.174556
合计						8.289011

表2

由表2提供的计算结果可知，5个耐压舱2所能提供的总浮力为8.289011吨。由于整个浮体的重量大约为7吨，5个耐压舱2的总重量为2.070516吨，整个浮体的重量减去5个耐压舱2的重量后约为5吨，那么在设计的过程中，浮体上除去5个耐压舱2以外的所有结构（如分舱1及浮体上的其它设施等）的总质量需控制在5吨左右。由于浮体的总质量（约为7吨）略小于5个耐压舱2提供的总浮力（为8.289011吨），因此，浮体在牵引系统的牵引作用下，能保证浮体下水过程平稳。浮体在设计的过程中，要使浮体的浮心和浮体的重心在同一竖直线上，且浮体的浮心略高于浮体的重心。设浮心的位置为（x_B，y_B，z_B），设重心的位置为（x_G，y_G，z_G），因此，重心和浮心位置关系需满足：x_G＝x_B＝0，y_G＝y_B及z_B≥z_G≥0。在确定浮体浮心和浮体重心的过程中，首先计算浮心位置，然后根据浮心位置调整分舱1及浮体上的其它设施的结构及尺寸以调整重心位置，使浮体重心及浮体浮心位置在同一竖直线上，且浮体的浮心略高于浮体的重心。需要说明的是，计算重心坐标时，需同时考虑5个耐压舱2和浮体结构（如分舱1及浮体上的其它设施等）的重量，即浮体重心为5个耐压舱2和浮体结构（如分舱1及浮体上的其它设施等）所构成的整体的重心。姿态监测系统由四个位置传感器组成，四个位置传感器分别分布在浮体的四个角上，控制器根据四个传感器反馈的位置信号计算得到浮体的姿态角度，判断浮体处于平衡状态或某种倾斜状态，姿态监测系统与控制设备连接，控制设备与分舱1的透气系统及通水系统连接。姿态监测系统对浮体的位置进行监测，监测浮体处于平衡状态或倾斜状态，当浮体处于倾斜状态时，控制器根据姿态监测系统获取的浮体的位置信息判断浮体的哪一端发生了向下倾斜，并控制透气系统向向下倾斜的一端的分舱1内充入气体，直到浮体不再倾斜为止。

实用新型实用新型下面对浮体的工作原理进行分析说明：浮体下水之前，往耐压舱2内充入气体使得耐压舱2内的气压和工作水域的水压相当，由于耐压舱2本身具有相当的承压能力，可承受内部的气压。随着浮体下水深度的增加，外界水压增大，逐渐平衡了耐压舱2内部的气压，直到到达工作水域，外界水压和耐压舱2内的气压基本相当，可近似认为耐压舱2在预定水深处基本不受压。对于各分舱1内部空间而言，由于通水系统的存在，分舱1内部的压力始终和外界水压相同，即各分舱2的舱壁基本上不受压。浮体在整个安装和安装后的工作过程中，浮体各结构都能满足压力要求。浮体在下水的过程中，浮体受到浮力和重力的作用，只要保证浮体的重心和浮心在同一竖直线上即可保证浮体姿态平衡。本实用新型实施例提供的水下浮体，浮体在下水过程中的浮力仅有耐压舱2提供，在设计时可通过控制耐压舱2的大小和安装位置来控制整个浮体的浮心位置。在设计时，保证各分舱1内充满水时整个浮体系统的重心和浮心在同一竖直线上，且浮心的位置高于重心的位置，使浮体在整个下水过程中姿态始终保持平衡。浮体到达预定水深后，浮体的正浮力大部分需要分舱1内部空间提供。通过往各分舱1内充气，排出分舱1内的部分水，使得排出水的重量恰为正浮力大小，这样分舱1便可提供工作要求的正浮力。控制每个分舱1排水量的具体方法如下：步骤110、按照浮体需满足的正浮力要求计算需要排出的总水量，然后根据总的排水量计算出所有分舱1总的充气量，再将总的充气量平均分配给所有的分舱1，确定每个分舱1的排水量。按照浮体姿态平衡的要求，使各分舱排水量之和略小于需要排出的总水量。步骤220、每个分舱1按照其充气量充气完成后，四个位置传感器对浮体的位置进行监测，控制器根据四个传感器反馈的位置信号计算得到浮体的姿态角度，判断浮体处于平衡状态或某种倾斜状态，当浮体处于倾斜状态时，控制器根据姿态监测系统获取的浮体的位置信息判断浮体的哪一端发生了向下倾斜，并控制透气系统向向下倾斜的一端的分舱1内充入气体，直到浮体不再倾斜为止。步骤110可在浮体下水前提前设置好，以保证浮体下水的安全性。分舱1的充气排水操作的原理如下：通过充气增大各分舱1内的气压，使其大于外界水压，在压力差的作用下分舱1内的水通过通水系统自动排出。排出部分水后分舱1内气体空间变大，气压减小，当分舱1内气压减小到小于外界水压时，水又会通过通水系统进入分舱1内，减小分舱1内气体空间，增大气压。如上过程反复进行，最后达到一种动态平衡。各分舱1内排水量可换算成充气量，算出每个分舱1的充气量后，便可完全通过充气量控制浮体姿态的平衡，使浮体稳定的处于工作状态。

本实用新型实施例具有以下有益效果：

1、浮体左侧设置的分舱所能够提供的最大浮力与浮体右侧设置的分舱所能提供的最大浮力相等，因此能够保证浮体的左右侧趋于平稳状态。浮体的前侧设置的分舱所能提供的最大浮力与浮体的后侧设置的分舱所能提供的最大浮力不同，因此能够根据深海管线不同侧重力的不同实现对深海管线的搭载。同时，浮体浮心的位置与重心的位置在同一竖直线上，且浮心的位置高于重心的位置，能够保证整个浮体在工作状态时保持平稳状态。耐压舱可满足承受较大压强的要求，浮体下水的过程中，充满气体的耐压舱提供向上的浮力，从而克服浮体自身的重力，使浮体能够平稳的下水。由于耐压舱提供的向上的浮力与浮体向下的重力的合力较小，浮体基本趋于平稳状态，因此减小了牵引系统对浮体的施力强度，降低了分舱上与牵引系统连接处对结构强度要求。

2、耐压舱设计成椭圆罐状结构，具有较高的抗压特性。

实用新型5、在安装过程中出现的操作均是通过水上控制系统来完成的，没有任何水下操作。故本实用新型的安装可免水下操作系统（ROV）辅助，大大降低了安装成本，安装可控性更强。

6、浮体进入工作状态后，无论是分舱还是耐压舱都几乎不承受压力，延长了耐压舱及分舱的使用寿命。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照实例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims

1.一种水下浮体，其特征在于，包括分舱（1）及耐压舱（2）；

所述浮体左右两侧是所述分舱（1），所述浮体左右两侧的所述分舱提供的浮力相同；所述浮体前后两侧是所述分舱，所述浮体前侧的所述分舱（1）提供的浮力大于所述浮体后侧的所述分舱（1）提供的浮力，或所述浮体后侧的所述分舱（1）提供的浮力大于所述浮体前侧的所述分舱（1）提供的浮力；

所述耐压舱（2）穿过所述分舱（1）且与所述分舱（1）的舱壁固定连接；

所述浮体的浮心与所述浮体的重心在同一竖直线上，且所述浮体浮心的位置高于所述浮体重心的位置；

所述耐压舱（2）上设置有充气阀；

所述分舱（1）上设置有透气系统及通水系统。

2.根据权利要求1所述的水下浮体，其特征在于，所述浮体前侧的所述分舱（1）提供的浮力大于所述浮体后侧的所述分舱（1）提供的浮力，或所述浮体后侧的所述分舱（1）提供的浮力大于所述浮体前侧的所述分舱（1）提供的浮力包括：

所述浮体前侧的所述分舱（1）的个数大于所述浮体后侧的所述分舱（1）的个数，或所述浮体后侧的所述分舱（1）的个数大于所述浮体前侧的所述分舱（1）的个数。

3.根据权利要求1所述的水下浮体，其特征在于，所述耐压舱（2）至少为一个。

4.根据权利要求1所述的水下浮体，其特征在于，还包括姿态监测系统及控制器；

所述姿态监测系统、透气系统及所述通水系统分别与所述控制器连接；

所述姿态监测系统对所述浮体的位置进行监测，监测所述浮体处于平衡状态或倾斜状态，当所述浮体处于倾斜状态时，所述控制器控制所述透气系统向所述浮体上向下倾斜的一端的所述分舱（1）内充入气体，直到所述浮体不再倾斜为止。

5.根据权利要求4所述的水下浮体，其特征在于，所述姿态监测系统由四个位置传感器组成；

四个所述位置传感器分别安装在所述浮体四周的四个角上；四个所述位置传感器分别与所述控制器连接。