专利名称：一种便携式水下维修平台的制作方法
技术领域：
本发明属于水下维修技术设备，具体涉及一种便携式水下维修平台。
背景技术：
水下维修技术是(现场)抢修、提高船在航率和降低维修费用的重要手段。目前 水下维修可以由潜水员或无人遥控潜器来实现，但是由于技术条件限制和水下作业环境特 点，无人遥控潜器只能执行相对简单的水下作业(如超声测厚、除锈清刷等)，而焊补、换板 作业、通海阀及水下测速仪等设备的水下维护、修理，仍需要由潜水员在水下完成。但潜水 员进行水下维修作业受到多种因素影响，特别是水下环境对潜水员水下作业影响较大。主 要表现在(1)潜水员在进行水下船舶维修作业时，通常是处于悬空状态，缺少一个着力支 点，工作难度较大；(2)根据《潜水规则》要求，当流速大于1.5节时，潜水员不能进行下水作 业，而海上流速最大时能达到3节，一般在平时选择在流速较小时进行水下作业，这样潜水 员水下修理作业时间、质量和效率难以保证；C3)水下光线弱、水体透明性差，视觉受限制。因此，改善水下作业环境是扩大水下修理能力和保障维修质量的重要途径之一。 为保障船体维修质量，特别是焊接质量，通常采用水下干式焊接方法。目前水下干式焊接主 要包括常压焊接和高压焊接两种形式，其中常压焊接一般采用围堰的方式，即水下部分采 用密封结构，开口露出水面，通过抽水等方法使船维修部位形成干式常压作业环境，可以采 用陆上的焊接材料和工艺，大大提高维修质量；高压焊接一般采用焊接舱方式，通过供气排 水使舱内形成高压干式环境供潜水员或修理人员进行维修。但是无论何种干式维修方式， 端面密封和体积(重量)是干式修理装置突出的问题。一方面，船体的部位不同，其型线不 同，需要不同的密封端面；另一方面，目前应用的干式维修舱体积和重量大，不利于布放。目 前国内外水下维修作业中，能快速布放、适应不同船体表面的维修作业平台(或维修舱)还 尚未见报道，因此研制具有便携式、集成化、适应不同船体曲面的水下干式修理作业平台， 是船舶快速维修所急迫需要的。为使平台具有快速布放和现场抢修等功能，平台设计应轻量化和可携式，便于人 工操作；为适应不同船体表面维修的需要，平台密封结合端面具有可调功能；为保障水下 维修效果，平台应提供干式作业环境；为便于潜水员水下作业，该平台能够为潜水员提供着 力点，同时还应具备照明、避流、维修工具贮放、监视、水下作业环境监测、生命支持等功能。
发明内容
为了解决现有技术中存在的缺陷，满足船舶水下维修作业的需求，本发明的目的 在于提供一种便携式水下维修平台，为潜水员水下作业提供干式作业环境，更好的阻挡水 流对潜水员的冲击，提高作业效率。本发明的技术方案如下一种便携式水下维修平台，包括平台框架，以及设置在平 台框架上的可调式密封装置、挡流密封装置、作业支撑平台，其中，所述的可调式密封装置 由可调式弹性支撑环、充气气囊、密封圈三级曲面调整密封结构组成，可调式弹性支撑环固
3定在平台框架顶部，充气气囊设在可调式弹性支撑环上部，密封圈设置在充气气囊上端。进一步，如上所述的便携式水下维修平台，其中，所述的挡流密封装置为一个可罩 在平台框架的上外部的环形罩，与可调式密封装置共同形成一个底部开口、顶部和四周密 封的干式作业环境。更进一步，如上所述的便携式水下维修平台，其中，所述的挡流密封装置为一上下 开放的圆筒形结构，圆筒直径略大于平台框架外径；其上部缩口以便包裹可调式密封装置。进一步，如上所述的便携式水下维修平台，其中，所述的可调式弹性支撑环由多片 弹性支撑片通过螺栓连接而成的圆环形支撑环和调整支撑环各支点高度的螺纹螺杆高度 调节机构组成。更进一步，如上所述的便携式水下维修平台，其中，所述的可调式弹性支撑环的支 撑片之间通过设置在各支撑片滑动槽内的螺纹螺杆高度调节机构顶端的螺杆连接，螺杆能 够在滑动槽内移动。进一步，如上所述的便携式水下维修平台，其中，所述的充气气囊以可调式弹性支 撑环为基座，采用环形管状结构，其横剖面是外方、内圆结构，在气囊上安装有充气安全阀； 所述的充气气囊为发泡三元乙丙橡胶材质。进一步，如上所述的便携式水下维修平台，其中，所述的密封圈以充气气囊为基 座，采用环形片状结构，材质为橡胶材料。进一步，如上所述的便携式水下维修平台，其中，所述的平台框架采用桁架式结 构，由上至下由四层同尺度的平面正八角形桁架组成，各平面正八角形桁架之间由八根支 撑立柱连接；作业支撑平台设置在平台框架底部。进一步，如上所述的便携式水下维修平台，其中，还包括平台作业支持系统，所述 的平台作业支持系统主要包括视频监视系统、供气排水系统、辅助照明系统以及生命支持 系统。进一步，如上所述的便携式水下维修平台，其中，还包括实现水下维修平台的布 放、定位、固定和回收功能的平台收放系统，所述的平台收放系统包括平台布放与固定装 置、平台移动装置、平台定位观察装置。本发明的有益效果如下本发明所提供的便携式水下维修平台具有形成干式作业 环境、阻挡水流对潜水员的冲击以及支撑作业人员水下作业等三个基本功能，通过密封面 曲面调节技术、气囊密封面适应技术和橡胶密封圈密封面密封技术的有机融合，实现了平 台与不同曲面船体的密封。其具备运输快捷、使用方便、维修资源占用少、维修速度快、效费 比高的优点，具有通用性、安全性和良好的操作性，可广泛用于水下维修，更是(现场)水下 快速抢修的基本技术保障，适用于各修造船厂等。
图1为便携式水下维修平台的框架结构示意图；图2为可调式密封装置的结构示意图；图3为可调式弹性支撑环的结构示意图；、图4为可调式弹性支撑环及高度调节机构局部结构示意图；图5为充气气囊和密封圈结构示意图6为挡流密封装置结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。为实现水下维修平台端口与船体的密封，首先应解决平台的变截面问题，即平台 密封端口是可变端口，可根据需要依据船体型线将平台密封端面进行预先调节，使其与船 体大体密封。由于调节误差以及船体型线的特点，这种粗调节密封很难实现平台与船体的 准确密封。可考虑在粗调节的基础上，利用弹性气囊对平台端面进行微调节密封，可实现平 台与船体的基本密封。考虑到充气气囊弹性和船体的粗糙度，在平台与船体实现基本密封 的基础上利用高弹性密封圈实现准确密封。根据功能需要，本发明所提供的便携式水下维修平台由如下五大部分组成平台 框架、可调式密封装置、挡流密封装置、平台作业支持系统和平台收放系统。如图1所示，平台框架1采用桁架式结构，由上至下由四层同尺度的平面正八角形 桁架2组成，各平面正八角形桁架2之间由八根支撑立柱3连接；作业支撑平台4设置在平 台框架1底部。平台框架1是可调式密封装置、挡流密封装置、平台作业支持系统的支撑结 构，其顶部平面结构是可调密封装置的基座，实现与船体底部的密封功能；上部是挡流密封 装置的固定基座，实现挡流功能；下部为开放式结构，可减少水流对水平台的冲击和潜水员 重量对平台密封性能的影响；底部是潜水员作业支撑面。平台框架的立柱是平台结构强度的重要构件，其强度将直接影响到平台的质量。 目前铝合金型材种类较多，其中包括T型材、H型材、L型材、U型材等等。但是由于立柱与 八变形的连接角度为135度，标准铝合金型材很难实用。所以铝合金框架立柱采用铝合金 板材机械加工而成。可调式密封装置通过与船舶维修部位的水下密封，是实现水下修理平台密封面与 船底部维修部位不同曲面实现水下密封的基本结构保证，它的性能将直接影响到平台和船 体的密封效果，进而影响整个平台的使用。如图2所示，可调式密封装置由可调式弹性支撑环5、充气气囊6、密封圈7三级曲 面调整密封结构组成，可调式弹性支撑环5固定在平台框架顶部，充气气囊6设在可调式弹 性支撑环5上部，密封圈7设置在充气气囊6上端，根据不同船体底部9的曲面规律，相应 调整密封圈7的曲面，使之尽可能地与船底9相吻合。如图3所示，可调式弹性支撑环由多片弹性支撑片通过螺栓连接而成的圆环形支 撑环10和调整支撑环各支点高度的螺纹螺杆高度调节机构11组成。如图4所示，可调式 弹性支撑环的支撑片12之间通过设置在各支撑片滑动槽13内的螺纹螺杆高度调节机构顶 端的螺杆14连接，螺杆14能够在滑动槽13内移动。通过各螺纹螺杆高度调节机构对支撑 环各个支点高度的调节，可以按照船体维修部位曲面，调整该支撑环的曲面，使之尽可能地 与船体曲面相吻合。可调式弹性支撑环可以作为可调式密封装置的充气气囊、密封圈的支 撑基座。一方面将其自身所形成的曲面传递到充气气囊、密封圈形成的平台密封面，使之与 船体曲面相吻合；另一方面，将其受到的向上提升力传递到平台密封面上，形成密封面的正 压力，使密封面与船体实现密封。同时，支撑环及调整机构同挡流密封装置的密封布8组成 周向的密封。
具体来说，可调式弹性支撑环是可调密封装置的密封曲面适应船体维修部位曲面 的基本构件。该支撑环由8片弹性支撑片组成，支撑片之间通过设置在各支撑片滑动槽内 的螺纹螺杆高度调节机构顶端的螺杆连接，这种连接可实现各弹性支撑片的一体性，构成 一个连续、完整的支撑环；同时，连接螺栓可在滑动槽内移动，从而提供了整个支撑钢环的 周向延伸性，从而实现支撑环从圆形到椭圆型的调节；与支撑片自身弹性相结合，为支撑环 的曲面调节提供了结构基础。支撑环的垂向调节是通过设置在支撑环下部的螺纹螺杆高度 调节机构来实现的。螺纹高度调节机构由调节螺母、螺杆组成，通过螺杆在螺母中的伸缩可 以实现一定距离的轴向调节，根据船体维修部位曲面，计算各螺杆的调节高度，即可实现其 上部支撑环曲面与船体维修部位曲面的基本吻合。支撑环在经过垂向调节后，支撑环上各 点在周向和垂向都将发生位移，从而在螺杆顶端与支撑环连接处产生扭转、位移作用，将可 能损坏两者之间的有效连接，为此，螺杆顶端与支撑环连接处分别采用万向节、螺杆伸出支 撑一定的余量来消除扭转力矩、垂向相对位移。如图2所示，充气气囊6是可调式密封装置三级曲面密封结构的第二级结构。由 于样条函数自身存在着误差，同时，可调式弹性支撑环是由多块钢板支撑片连接而成的圆 环形支撑环，支撑片之间通过设置在各支撑片滑动槽内的螺纹高度调节机构顶端的螺杆连 接，支撑片滑动槽的存在使支撑环所形成的曲面只能是近似光滑，这样该曲面就无法与与 船体曲面完全相一致。为此，采用在支撑环上部设置充气气囊，利用气囊外形与外界压力的 自调节能力，以实现平台密封面与与船体曲面相一致。充气气囊6以可调式弹性支撑环5 为基座，采用环形管状结构，其横剖面是外方、内圆结构，在气囊上安装有充气安全阀；所述 的充气气囊为发泡三元乙丙橡胶材质。如图5所示，充气气囊6作为密封圈7的支撑基座， 一方面其将自身所形成的曲面传递给密封圈7，使之与船体曲面相吻合；另一方面，将其受 到的向上压力传递到平台密封面上，形成密封面的正压力，使密封面与船体实现密封。充气 气囊的上、下外面分别与密封圈、支撑环胶粘连接。具体来说，充气气囊应具备较好的轴向、周向的变形能力，以满足其底部支撑环变 形和充气气囊充入气后对充气气囊的变形要求；充气气囊还应具备较好的垂向变形能力， 以满足气囊外形与外界压力的自调节能力的要求，实现平台密封面与船体曲面的完全一 致；由于不同水深条件下，对于充气气囊的变形能力要求不同，故充气气囊的充气压力应是 可调的；充气气囊应具有一定韧度和耐火性，防止作业过程中出现划伤损坏；充气气囊的 上、下面皆应为平面，以满足其分别与支撑环和密封圈的粘接固定。如图5所示，密封圈7应具有较高的弹性，以适应船体接触面表面不平所密封所造 成的影响，还应具有一定韧度，以减少船体海生物造成密封圈的划伤损坏。通常，密封圈都 是采用橡胶材料制作，但橡胶材料品种繁多，应依据所使用密封圈的功能、被密封的介质种 类、设备的工作条件等方面的要求，根据橡胶材料的弹性、抗磨性、粘接性等特点，选择相应 的橡胶材料。密封圈自粘接和与充气气囊的粘接都是使用的氯丁胶。如图6所示，挡流密封装置15为一个橡胶材质的环形罩，可罩在平台框架结构的 上、外部，与可调密封装置共同形成一个底部开口、顶部和四周密封的干式作业环境，同时 具备挡流功能，以保证潜水员能在干式、无流环境下对水下船体与设备进行检测与维修。挡 流密封装置15的密封布8采用PVC防水布制成，具有较强的强度和良好的密封性能。根据 潜水员水下作业特点以及人体工效学实验研究，为提高潜水员水下作业效率，使潜水员手等活动部位处于干式环境下，将挡流密封装置设计成高度约900mm，保证潜水员腰部以上部 位处于干式环境，便于潜水员在维修作业平台内的活动和潜水员保持体温。挡流密封装置 为一上下开放的圆筒形结构，圆筒直径略大于平台框架结构外径；其上部缩口以便包裹可 调密封装置，形成密封气囊的底部粘接基座。本发明所提供的便携式水下维修平台还包括平台作业支持系统，所述的平台作业 支持系统主要包括视频监视系统、供气排水系统、辅助照明系统以及生命支持系统。视频监视系统具有如下功能(1)维修部位的确定和维修平台的定位通过该水下监视系统可以了解平台在水下的移动状况，为平台的水下定位提供帮 助。(2)实时观察密封部位的密封性能和挡流密封装置内的供气排水情况通过平台上部和中部的水下监视系统可以了解平台的密封性能和供气排水情况。(3)监视潜水员工作状态和水下作业情况通过两套水下监控系统可以了解并指导潜水员水下作业。视频监视系统主要包括水下摄像机、视频采集和数据存储系统、LED高清显示器、 水密电缆等组成。供气排水系统具有如下三个功能(1)向挡流密封罩内供气排水当平台布放并安装完毕，打开供气排水调压阀，向顶部密封的空间内供气排水。该 供气排水系统采用环形设计，保证气流勻速大流量通过，同时减小供气噪音。(2)向密封气囊供气密封气囊通过低压软管，采用快插接头与水面低压软管连接。在低压软管中部设 置有安全阀(或泄压阀)，当气囊充气至规定压力时，该安全阀打开向挡流密封罩内供气排 水。该设计的主要目的是保证气囊充气安全；同时，潜水员无需下水，通过向密封罩内供气， 工作人员借助监控系统了解供气排水情况和密封情况，并根据现场情况及时调整缆绳预紧 力，确保良好密封。根据密封气囊分析，其供气压力不大于0. 2MPa。(3)作为备用呼吸器供气在一般性作业中，穿着HJ-801型潜水装具不便于开展作业。可穿着69-4型潜水 装具进入挡流密封罩，卸装后呼吸备用呼吸器。该备用呼吸器通过中压软管采用快插接头 同汇流排连接。这种设计主要考虑潜水员拥有更大的活动空间和更大的作业自由度。根据 69-4型潜水装具呼吸调节器性能，供气压力不小于IMpa。根据上述分析，供气排水系统的供气压力不下于1. 5Mpa，供气流量不小于2500L/ min，同时该系统还应具有供气安全、稳压和快速连接等特点。生命支持系统包括一套开放式应急供气系统，即压缩空气瓶、供气呼吸器等。其主 要功能是当潜水员遇到紧急情况时(供气中断等)，使用应急供气系统上升出水。该系统 与SCNR型半闭式潜水装具中的应急供气系统类似。压缩空气瓶容积为4升，最大充气压力 20MPa，使用时间不低于5分钟。生命支持系统悬挂在挡流密封装置内供潜水员应急使用。本发明所提供的便携式水下维修平台还包括实现水下维修平台的布放、定位、固 定和回收功能的平台收放系统，所述的平台收放系统包括平台布放与固定装置、平台移动
7装置、平台定位观察装置。(1)平台布放与固定装置平台框架结构的第三层框架的四个角上，分别用螺栓、防水垫片固定四个平台固 定缆的固定环，在四个固定环上分别系上固定缆，即可实现水下修理平台的布放与固定。在布放时，在前部两根引导缆的导引下、后部两根引导缆随放，使平台沿船体指定 横向位置紧贴船体下放，直至布放到指定位置。在固定时，首先将平台的四根固定缆的上端在修理平台的甲板面上两两对接，利 用紧缆器将两对缆收紧，使平台牢固地固定在船体底部的船体表面上。为保证固定缆拉力 的准确性和平衡性，采用两根固定缆通过拉力计量器相连接，所使用的TSC-1000拉力计量 器的量程为1000kg，精度为0.2%。平台固定缆在甲板面上的固定分为横向与纵向两种情 况，视甲板情况而定。当维修部位的上层甲板无法布放固定缆时，可采用纵向布放和固定； 当维修部位上方无上层建筑时，可采用横向布放和固定。(2)平台移动装置平台移动装置的主要功能是使维修平台在船体上移动，同时保护密封面不受船体 摩擦损伤。平台移动装置主要由移动滚轮及支撑弹簧片组成。当水下维修平台受到一定压 力时，移动滚轮会克服弹簧片支撑力向下移位，平台密封面将及时贴合在船体上；当维修平 台需要移动时，放松缆绳，移动滚轮在弹簧片支撑力作用重新与船体接触，从而保护平台密 封面不受损伤。(3)平台定位观察装置平台的定位观察装置借助水下视频通过在平台布放过程中观察平台与船体维修 部位的位置，为平台与船体维修部位的准确定位提供技术手段。其具体设备与平台作业支 持系统的平台作业照明与视频监控使用相同的设备。本发明属于便携式水下抢修装备，要求质量轻、安全性高，因此其安全与可靠性就 显得尤为重要，必须采取可靠措施，以提高水下维修平台的安全性与可靠性。本发明尽量采 用标准部件构成，便于日常维护与保养；为减轻作业平台重量采用铝合金框架结构设计，既 保障平台强度的情况下减轻平台总重量；为保证水下安全，整套平台系统采用纯机械式和 气压密封，不使用高压电和液压系统，保证水下作业安全和系统可靠。
权利要求
1.一种便携式水下维修平台，包括平台框架，以及设置在平台框架上的可调式密封装 置、挡流密封装置、作业支撑平台，其特征在于所述的可调式密封装置由可调式弹性支撑 环、充气气囊、密封圈三级曲面调整密封结构组成，可调式弹性支撑环固定在平台框架顶 部，充气气囊设在可调式弹性支撑环上部，密封圈设置在充气气囊上端。
2.如权利要求1所述的便携式水下维修平台，其特征在于所述的挡流密封装置为一 个可罩在平台框架的上外部的环形罩，与可调式密封装置共同形成一个底部开口、顶部和 四周密封的干式作业环境。
3.如权利要求2所述的便携式水下维修平台，其特征在于所述的挡流密封装置为一 上下开放的圆筒形结构，圆筒直径略大于平台框架外径；其上部缩口以便包裹可调式密封直ο
4.如权利要求1或2或3所述的便携式水下维修平台，其特征在于所述的可调式弹 性支撑环由多片弹性支撑片通过螺栓连接而成的圆环形支撑环和调整支撑环各支点高度 的 螺纹螺杆高度调节机构组成。
5.如权利要求5所述的便携式水下维修平台，其特征在于所述的可调式弹性支撑环 的支撑片之间通过设置在各支撑片滑动槽内的螺纹螺杆高度调节机构顶端的螺杆连接，螺 杆能够在滑动槽内移动。
6.如权利要求1或2或3所述的便携式水下维修平台，其特征在于所述的充气气囊 以可调式弹性支撑环为基座，采用环形管状结构，其横剖面是外方、内圆结构，在气囊上安 装有充气安全阀；所述的充气气囊为发泡三元乙丙橡胶材质。
7.如权利要求1或2或3所述的便携式水下维修平台，其特征在于所述的密封圈以 充气气囊为基座，采用环形片状结构，材质为橡胶材料。
8.如权利要求1或2或3所述的便携式水下维修平台，其特征在于所述的平台框架 采用桁架式结构，由上至下由四层同尺度的平面正八角形桁架组成，各平面正八角形桁架 之间由八根支撑立柱连接；作业支撑平台设置在平台框架底部。
9.如权利要求1所述的便携式水下维修平台，其特征在于还包括平台作业支持系统， 所述的平台作业支持系统主要包括视频监视系统、供气排水系统、辅助照明系统以及生命 支持系统。
10.如权利要求1或9所述的便携式水下维修平台，其特征在于还包括实现水下维修 平台的布放、定位、固定和回收功能的平台收放系统，所述的平台收放系统包括平台布放与 固定装置、平台移动装置、平台定位观察装置。
全文摘要
本发明属于水下维修技术设备，具体涉及一种便携式水下维修平台。其结构包括平台框架，以及设置在平台框架上的可调式密封装置、挡流密封装置、作业支撑平台，其中，所述的可调式密封装置由可调式弹性支撑环、充气气囊、密封圈三级曲面调整密封结构组成，可调式弹性支撑环固定在平台框架顶部，充气气囊设在可调式弹性支撑环上部，密封圈设置在充气气囊上端。本发明具备运输快捷、使用方便、维修资源占用少、维修速度快、效费比高的优点，具有通用性、安全性和良好的操作性，可广泛用于水下维修。
文档编号B63C11/52GK102069901SQ20101061088
公开日2011年5月25日 申请日期2010年12月29日 优先权日2010年12月29日
发明者刘汉明, 唐耀, 戚以国, 李有富, 江新, 薛延华, 藏海鹏, 陈晓强 申请人:中国人民解放军海军潜艇学院