近海天线塔和具有受拉构件的仪器阵列的制作方法
【专利摘要】一种在近海环境中获取数据的系统，包括具有纵轴、上端以及下端的伸长的复合材料受拉构件。另外，该系统包括被耦合至复合材料受拉构件的上端并且被配置成施加拉伸载荷至受拉构件的浮力模块。而且，该系统包括被耦合至复合材料受拉构件的下端的底座。该底座被配置成把受拉构件固定至海床。该系统还包括被耦合至浮力模块并且被设置在受拉构件周围的多个复合材料桁条。而且，该系统包括被配置成测量环境或地质数据的多个仪表系统。仪表系统耦合至桁条。
【专利说明】近海天线塔和具有受拉构件的仪器阵列
[0001]关于联合发起的研究或开发的报告书
[0002]不适用。
【技术领域】
[0003]本发明总体上涉及用于在整个深度范围收集和传送地质和环境数据的近海系统。更特别地，本发明涉及感测、收集、探测、存储并发射地质和环境数据的柔性复合材料塔支撑仪表。
【背景技术】
[0004]与诸如海洋动物的存在和运动、不同深度处的水温、以及不同深度处的水流的有关的海洋环境的数据，在研究和理解全球变暖、其成因以及随着时间的效应时可能有用。另夕卜，与海底土地形成的地质和特征有关的数据(例如，地震数据)，在调查和识别诸如油和气的稀缺天然资源中可能有用。然而，大部分海水体和大淡水体、以及这些水体下面的地球通常还未被勘测。从而，与在这样的水体中的环境状况和这样的水体下面的地质有关的非常有限的数据可用。
[0005]收集海洋环境数据的一种传统方法是通过水面舰船。然而，这样的舰船在给定位置处在相当短的时间段内收集数据，需要操作者和人员，并且通常收集与水面状况有关的数据(例如，水面的水温、水面的风速、水面的化学物质的存在等)。而且，由于舰船本身可能改变所测量的参数，所以通过舰船测量特定水面状况可能不准确。例如，舰船的存在可能稍微改变直接在其周围的水的温度。收集海洋环境数据的另一种传统手段是通过气象浮标。这样的浮标通常被系拦在停泊处(即，通过柔性链或绳索连接到海床)或者漂航(即，被允许通过风和水面流沿着海洋表面移动)。然而，气象浮标通常仅收集与水面状况有关的数据，并且从而基本不能提供表面下状况、海洋动物、以及在水面下面形成的地质的监测。另外，由于气象浮标连续地移动，所以漂浮气象浮标不能在相对长时间段内在给定位置处收集数据。
[0006]从而，在本领域中仍然需要用于在近海位置获取并且传送环境和地质数据的系统、设备和方法。如果可以在相对长时间段内在特定近海位置处获取并且传送环境和地质数据，这样的系统、设备和方法特别受欢迎。
【发明内容】
[0007]本领域中的这些和其他需求通过用于在近海环境中获取数据的系统在一个实施例中解决。在实施例中，该系统包括具有纵轴、上端和下端的伸长的复合材料受拉构件。另夕卜，该系统包括:浮力模块，其被耦合至复合材料受拉构件的上端并且被配置成施加拉伸载荷至受拉构件。而且，该系统包括底座，其被耦合至复合材料受拉构件的下端。该底座被配置成将受拉构件固定至海床。又进一步地，该系统包括多个复合材料桁条，其被耦合至浮力模块并且被设置在受拉构件周围。而且，该系统包括多个仪表系统，其被配置成测量环境或地质数据。仪表系统耦合至桁条。
[0008]本领域中的这些和其他需求通过用于在近海环境中获取环境和/或地质数据的系统在另一个实施例中解决。在实施例中，该系统包括具有纵轴、上端和下端的伸长的受拉构件。该受拉构件包括多个平行柔性复合材料管状构件。另外，该系统包括浮力可调模块，其被耦合至受拉构件的上端并且被配置成施加拉伸载荷至受拉构件。而且，该系统包括底座，其被耦合至复合材料受拉构件的下端，该底座被配置成将受拉构件固定至海床。又进一步地，该系统包括多个桁条，其被耦合至浮力可调模块并且被配置成在海底延伸。而且，该系统包括多个仪表系统，其用于测量环境和/或地质数据，其中，该仪表系统被耦合至桁条。
[0009]本领域中的这些和其他需求通过在近海环境中获取环境和/或地质数据的方法在另一个实施例中解决。在实施例中，该方法包括(a)将底座耦合至伸长的受拉构件的第一端。另外，该方法包括(b)通过受拉构件将底座降低至海床。而且，该方法包括(C)将浮力模块耦合至受拉构件的第二端。又进一步地，该方法包括(d)将多个仪表系统耦合至多个桁条，其中，该仪表系统被配置成获取海底环境数据和/或地质数据。而且，该方法包括Ce)调节浮力模块的浮力。该方法还包括(f)将多个桁条耦合至浮力模块，其中，每个桁条具有被耦合至浮力模块的上端和被设置在海底的下端。
[0010]在此描述的实施例包括用于解决与特定现有设备、系统和方法相关的多个缺点的特征和优点的结合。当阅读以下详细说明并且通过参考附图时，上述多种特征、以及其他特征对于本领域技术人员将显而易见。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]为了本发明的优选实施例的详细说明，将参照附图，其中:
[0012]图1是根据在此描述的原理的用于收集并且传送环境和海底地质数据的近海仪表系统的实施例的不意图；
[0013]图2是图1的近海仪表系统的透视图；
[0014]图3是图1的柔性受拉构件的截面图；
[0015]图4是图1的仪表系统的底座的示意性截面图；
[0016]图5是可用于通过图1的仪表系统的底座的实施例的不意性截面图；
[0017]图6是图1的仪表系统的浮力模块的示意性截面图；
[0018]图7A-图7G是示出从水面舰船的图1的底座安装和仪表系统的部署的顺序图；
[0019]图8A和图8B是不出图5的底座的安装的顺序不意性截面图；以及
[0020]图9是用于便于从图7A的水面舰船安装图1的受拉构件的设备的实施例的侧视图。
【具体实施方式】
[0021]以下论述针对多个示例性实施例。然而，本领域技术人员将理解，在此论述的实例具有广泛应用，并且任何实施例的论述都仅意味着对该实施例是典型的，并且不建议包括权利要求的本公开的范围限于该实施例。
[0022]在整个以下说明书和权利要求使用特定术语，以指代特定特征或组件。如本领域技术人员将想到的，不同人可以通过不同名称指代相同特征或组件。本文档不区分在名称不同而不是功能不同的组件或特征。附图不必按比例绘制。在此的一些特征和组件可以被扩大尺寸或以某些示意性形式被示出，并且为了清楚和简明起见，传统元件的一些详情可能不被示出。
[0023]在以下论述和权利要求中，以开放方式使用术语“包含”和“包括”，并且从而应该被解释为“包括但不限于…”。而且，术语“耦合”用于指间接或直接连接。从而，如果第一设备耦合至第二设备，该连接可以是直接连接，或者是经由其他设备、组件和连接的间接连接。另外，如在此使用的，术语“轴向”和“轴向地”通常是指沿着或者平行于中心轴(例如，主体或孔口的中心轴)，同时术语“径向”和“径向地”通常是指垂直于中心轴。例如，轴向距离是指代沿着或平行于中心轴测量的距离，并且径向距离是指垂直于中心轴测量的距离。 [0024]为了论述的目的，合成物或复合材料是由多于一种组分材料构成的材料。一些复合材料由至少两种组分材料构成，即，基体，其可以是连续的并且可以围绕被称为基质(substrate)的第二相(例如,分散相、增强相)。基质被嵌入基体中。基质(例如，分散相、增强相)可以包括任何合适材料，包括但不限于金属或金属合金(例如，铝、钛、不锈钢等)、非金属(例如，玻璃纤维、碳纤维、凯夫拉尔、石英、聚合物、陶瓷等)、或其结合。另外，基质可以包括多于一种组分材料(例如，基质可以包括碳纤维和玻璃纤维)。同样地，复合材料的基体可以包括任何合适材料，包括但不限于金属或金属合金(例如，铝、钛、不锈钢、铜等)、非金属(例如，树脂、环氧树脂、聚酯、聚合物、陶瓷、聚氨酯、合成橡胶等)、或其结合。
[0025]现在参考图1和图2，示出用于收集并且传送环境和海底地质数据的近海系统100的实施例。系统100被锚定至海床10，并且垂直地延伸至海面11。在本实施例中，系统100包括被设置在海床10处的底座110、从底座110向上延伸的伸长的受拉构件120、耦合至受拉构件120的上端的浮力模块130、以及在海面11之上从模块130向上延伸的通信天线140。多个仪表桁条150环形地设置在受拉构件120周围，每个桁条150具有耦合至浮力模块130的上端和设置在海床10处的下端。如以下将更详细地描述的，每个桁条150支持一个或多个仪表套件或系统151，其测量并且探测环境和海底地质数据，并且将所测量的数据传送到天线140，该天线然后经由卫星或其他装置将数据发送至任何期望位置，以用于进一步处理、检查、分析或其组合。
[0026]浮力模块130是浮力可调的，使受拉构件120拉伸，并且支撑天线140、受拉构件120、桁条150、以及耦合至桁条150的系统151的重量。当通过模块130把拉伸载荷施加至受拉构件120时，底座110把受拉构件120固定至海床10。
[0027]现在参考图1和图3，受拉构件120是具有纵轴125、长度L12tl、以及宽度或直径W12tl的伸长的结构。长度L12tl显著大于宽度W12(l。特别是，宽度W12tl优选小于12英寸，并且更优选地，小于6英寸，并且长度L12tl优选等于或略小于系统100被设置在其中的水的深度。通常，系统100能够被设置在任何水深处，并且从而，受拉构件120的长度的范围可以从几百英尺到30000英尺以上。从而，对于大多数近海应用，受拉构件120具有大于约500且小于500000的长宽比。
[0028]在本实施例中，受拉构件120由多个柔性复合材料管状构件120形成，其每个延伸受拉构件120的整个长度L12(i。管状构件121被布置为由多个轴向间隔的环形带结合在一起的束。柔性流体通道123被设置在构件121之间的间隙124中。如以下将更详细地描述的，在安装系统100期间通道123允许水面11和底座110之间的流体连通。还应该想到，构件121也是管状的，因此也可以用于提供水面11和底座110之间的流体连通。
[0029]通常，每个复合材料管状构件121可以由能够抵挡被施加的预期载荷(诸如，由浮力模块130施加的拉伸载荷)和波浪/海流载荷的任何类型的复合材料制成，但是优选地由拉挤玻璃纤维(即，使用拉挤制造工艺形成的玻璃纤维)制成。另外，每个复合材料管状构件121优选具有小于2.0英寸，并且更优选地约1.0英寸的宽度或直径W121、至少951b/ft3的密度、以及至少lOOOOOpsi的拉伸强度。从而，复合材料管状构件121具有相对高的强度重量比(即，高于钢)。
[0030]复合材料管状构件121的相对高强度重量比允许管状构件121具有相对小的宽度W121,并且因此允许受拉构件10具有相对小的宽度W12tl,同时提供足够强度以抵挡由浮力模块130施加的拉伸载荷。这依次减小管状构件121和受拉构件120的重量，并且因此减小位于模块130上的浮力要求。另外，由于复合材料管状构件121相对薄、重量轻、并且柔软，受拉构件120和/或管状构件121可以被承载在单个舰船的一个或多个卷轴上，由此简化了构件121和受拉构件120在浅水和深水应用中的存储和部署。
[0031]如在图3中先前描述和示出的，受拉构件120包括复合材料管状构件束121。然而，在其他实施例中，受拉构件(例如，受拉构件120)是由单个复合材料管状构件(例如，构件121)制成的。
[0032]现在参考图1和图4，底座110被耦合至受拉构件120的下端，并且将系统100固定至海床10。在本实施例中，受拉构件120的下端被直接附接到底座110，然而，在其他实施例中，底座(例如，底座110)通过一个或多个中间连接被耦合至受拉构件(例如，受拉构件120)的下端。通常，底座110可以包括用于将受拉构件120锚定至海床10的任何合适设备，包括桩、吸力桩、压载锚、桩靴基础等。然而，如图4中最佳示出的，在本实施例中，底座110是重力式锚固件，其依靠重量嵌入并且将其自身锚定至海床10。特别是，底座110包括具有与纵轴125同轴对准的中心轴115的封闭式容器或壳体111、被附接至受拉构件120的上端11 la、被配置成与海床10接合的下端111b、以及内室或腔112。另外，壳体111包括轴向地穿过上端Illa的第一贯通孔口 113和在上端Illa附近的第二贯通孔口 114。特别是，壳体111具有在端部111a、Illb之间轴向延伸的侧壁116，并且第二孔口 114径向地穿过在轴向上邻近上端Illa的侧壁116。第一孔口 113使内室112与管道123流体连通，并且第二孔口 114使室112与周围环境流体连通。如以下将更详细地描述的，在部署系统100期间，底座110被设置在海底，并且因此，水通过孔口 114自由地流入和流出室112。而且，通过将沉重的泥浆(即，具有大于水的密度的泥浆)泵送入管道123并且经孔口 113到室112中，由此通过孔口 114从室112排出水，底座110被嵌入并且锚定至海床10。
[0033]如在图4中先前描述和示出的，底座110是重力式锚固件，其依靠重量嵌进并且将其固定至海床。然而，除了底座110之外，其他类型的底座可以由系统100使用。现在参考图5，可以代替底座110由系统100使用的底座110’的另一个实施例被示出。在本实施例中，底座110’是吸力桩，其包括环形圆柱裙部111’，该裙部具有与轴125同轴对准的中心轴线115’、被附接到受拉构件120下端的上端Illa'下端Illb'以及在端部111a’和111b’之间轴向延伸的圆柱内室或腔112’。腔112’在上端111a’处被封闭，然而，腔112’在下端111b’处完全开放至周围环境。轴向穿过上端111a’的孔口 113’允许在内室112’和管道123之间的流体连通。
[0034]在安装底座110’期间，裙部111’被轴向向下推到海床10中。优选地使用抽吸/注入控制系统170，以便于底座110’到海床10的插入和从海床10的移除。系统170可以被装配到浮力模块130或者设置在水面舰船上，并且包括被耦合至管道123的上端的主流送管或管道171、与主管道171选择性流体连通的流体供应/抽吸管线172、以及被连接至管线172的注入/抽吸泵173。管道171具有上通气端171a和经由管道123和孔口 113’与腔112’流体连通的下端171b。沿着管道171设置的阀174控制通过端部171a、b之间的管道171的流体(例如，泥、水等)的流动-当阀174被打开时，流体从腔112’自由地流过管道171到通气端171a，并且当阀174被关闭时，限制和/或防止流体从腔112’流过管道171到通气端171a。
[0035]泵173被配置成经由管线172和管道171，将流体(例如，水)泵送入腔112’并且从腔112’抽出流体(例如，水、泥、泥沙等)。沿着管线172设置的阀175控制流过管线172的流体的流动-当阀175被打开时，泵173可以经由管线172和管道171将流体泵送入腔112’中，或者经由管道171和管线172从腔112’抽出流体；并且当阀175被关闭时，限制和/或防止泵173和腔112’之间的流体连通。在本实施例中，泵173、管线172、以及阀174和175被定位在水面11处(例如，设置在部署舰船上或者装配到浮力模块130上)，并且管道171从水面11延伸到管道123的上端。例如，抽吸/注入控制系统170可以被设置在水面舰船上，并且在安装或移除系统100期间被部署(B卩，连接至管道123的管道171)。
[0036]再次参考图1，浮力模块130被耦合至受拉构件120的上端，并且被设置在海面11处或附近。虽然模块130可以被直接附接到受拉构件120的上端，但是在本实施例中，模块130被通过柔性聚酯电缆131耦合至受拉模块120的上端。浮力模块130是净漂浮的。如先前所述，模块130提供足够浮力以既支撑耦合到它的构件的重量并且也给受拉构件120施加拉力。天线140被附接至模块130并且从其向上延伸到海面11之上。
[0037]现在参考图6，在本实施例中，浮力模块130包括具有上端132a、下端132b、以及内室或腔133的壳体132。壳体132包括在下端132b附近的孔口 134，使得随着系统100的部署和安装，孔口 134位于海面11之下。特别是，孔口 134设置在壳体132的侧壁中，在轴向上邻近下端132b。孔口 134使内室133与周围环境流体连通，并且从而，当孔口 134设置在海面11之下时，允许水经由孔口 134进入内室133以及从内室133出去。应该想到，通过孔口 134的流动不受阀或其他流动控制设备控制。从而，孔口 134允许水到室133的自由流入和流出。
[0038]模块130的浮力可以通过压载和卸压模块130调节，以改变施加在受拉构件120上的拉伸载荷。在本实施例中，压载控制系统135和孔口 134被用于调节和控制模块130的浮力。压载控制系统135包括空气管道136、供气管线137、被连接至供气管线137的空气压缩机或泵138、沿着管线137的第一阀139a和沿着管线136的第二阀139b。管道136具有在室133外面的在海面11之上的第一端136a、以及被连接至壳体132的上端132a并且与室133流体连通的第二端136b。阀139b控制空气通过端部136a、b之间的管道136的流动，并且阀139a控制空气从压缩机138到室133的流动。控制系统135允许室133中的空气和水的相对体积被控制和改变，由此使得室133的浮力并且因此施加至受拉构件120的拉力能够得以控制和改变。特别是，通过阀139b打开和阀139a关闭，空气被从室133排出，并且通过阀139a打开和阀139b关闭，空气被从压缩机138泵送入到室133中。从而，端部136a用作排气口，反之端部136b用作进气口和排气口。在阀139a关闭时，空气不能被泵送到室133，并且阀139a、139b关闭时，空气不能从室133排出。
[0039]在本实施例中，端部139b被设置在室133的上端处，并且孔口 134被设置在室133的下端附近。开放端13%的这种定位使得当壳体132处于通常垂直向上的位置(例如，随着安装)时，空气能够被从室133排出。特别是，由于空气的密度小于水的密度，当壳体132直立时，室133中的所有空气自然上升至室133的上部，在室133中的所有水的上面。从而，将端139b定位在室133的上端处或附近，使得直接获得其中的任何空气。而且，由于室133中的水将被设置在其中的任何空气之下，将孔口 134定位在室133的下端附近，允许水进入和出去，同时限制和/或防止通过孔口 134的任何空气的损耗。通常，当从室133的上端至孔口 134用空气填充室133时，空气仅通过孔口 134从室133出去。将孔口 134定位在室133的下端附近，还使得足够体积的空气能够被泵送到室133中。特别是，当室133中的空气的体积增加时，随着室133中的增加体积的空气代替室133中的水，水和空气之间的界面在室133内将向下移动，其中允许水通过孔口 134从室出去。然而，一旦水和空气的界面到达孔口 134，由于任何额外空气通过孔口 134从室133完全出去，室133中的空气的体积就不能进一步增加。从而，孔口 134越接近室133的下端，可以泵送到室133中的空气的体积就越大，并且孔口 134与室133的下端越远，可以泵送到室133中的空气的体积就越小。从而，孔口 134沿着室133的垂直/轴向位置优选地被选择为使能用于模块130的最大期望浮力。
[0040]在本实施例中，泵138、管线137、以及阀139a和139b位于水面11处。例如，系统135可以被装配到模块130或者设置在水面舰船上并且在安装系统100期间被部署(即，管道136连接至模块130)。
[0041]再次参考图1和图2，桁条150围绕受拉构件120环形地间隔开，并且从浮力模块130延伸到海床10。特别是，每个桁条150具有被耦合至模块130的上端和在径向上与底座110和受拉构件120间隔开的被固定至海床10的下端。通常，桁条150可以通过本领域中已知的任何手段耦合至模块130和海床10。例如，桁条150的下端可以通过重力式锚固件、打入桩等被耦合至海床10。在本实施例中，每个桁条150是先前所述的单个柔性复合材料管状构件121。
[0042]多个仪表套件或系统151被耦合至并且由桁条150支撑。通常，系统151可以包括用于探测、测量、以及收集与周围环境和/或海底地质形成的数据有关的任何仪器(可多个)或系统(可多个)，诸如，地震系统(例如，一个或多个海洋地震源和相关接收器)和海洋仪器套件。通常，相同或不同类型的仪表系统151可以被装配到相同桁条151上。从而，桁条150和相关系统151可以被描述为形成仪器阵列。由系统151测量和探测的数据被传送到天线140，然后经由卫星或任何其他手段将数据重新发送至任何期望位置(例如，舰船、飞机、陆上位置等)，以用于进一步处理、检查、分析或其组合。通常，可以通过包括但不限于电线、光纤线路、无线技术(例如，声学遥测)或其结合的任何合适手段，将数据从系统151传送至天线140。在本实施例中，系统151经由穿过相应桁条150到模块130和天线140的光缆，与天线140通信。选择系统151可以通过一个或多个其他系统151，与天线140间接地通信。例如，选择系统151可以与其他系统151无线地通信，其依次与天线140通信，由此减少对每个系统151与天线140独立且直接的通信需求。为了最小化桁条150的重量，优选地采用光纤或无线技术。对于有线或光纤通信，有线或光纤线路优选地穿过相应桁条150的中心贯通孔到达浮力模块130和天线140。
[0043]应该想到，系统151可以位于沿着桁条150的任何期望位置，并且从而，系统151可以用于在海面11下面的任一个或多个期望深度处收集数据。另外，由于在本实施例中，桁条150延伸至海床10，被设计用于地震勘测的系统151可以根据期望被定位在海床10处或附近。
[0044]虽然在本实施例中，每个桁条150从浮力模块130延伸至海床10，但是在其他实施例中，一个或多个桁条(例如，桁条150)可以不完全延伸至海床，可以从沿着受拉构件(例如，受拉构件120)的位置延伸到浮力模块(例如，浮力模块130)下面，或者这样的组合。而且，虽然在本实施例中，系统151被装配到桁条150上，但是在其他实施例中，一个或多个仪表系统(例如，系统151)被装配到受拉构件(例如，受拉构件120)。在一些实施例中，一个或多个桁条(例如，桁条150)的一部分可以被沿着海床设置和/或被直接固定至受拉构件(例如，受拉构件120)。
[0045]通常，用于操作系统100的各系统和组件(例如，系统151、天线140等)的能量可以通过任何合适手段提供，包括但不限于电池、发电机(例如，波能发电机、风能发电机等)或太阳能板。由于系统135、170通常仅在部署期间被使用，所以在安装系统100期间，它们可以被设置在舰船200上并且分别耦合至模块130和管道123。
[0046]现在参考图7A至图7F，示出系统100的部署。在图7A和图7B中，示出底座110通过受拉构件120被降到海底；在图7C至图7E中，示出底座110被嵌入海床，以将受拉构件120锚定到海床；在图7F中，示出包括天线140的浮力模块130被装配到受拉构件120的上端；以及在图7G中，示出桁条150耦合至浮力模块130，以形成系统100。在本实施例中，从水面舰船200，以多阶段部署系统100。特别是，舰船200包括受拉构件120的多个卷轴210和桁条150的多个卷轴211。通常，桁条150可以被预先配置成包括系统151 (BP,系统151被装配到被卷绕的桁条150上)，当从卷轴211部署桁条150时，系统151可以被安装在桁条150上，或者系统151可以在部署之后(例如，经由海底ROV和/或驱动器)被安装在桁条150上。
[0047]首先参考图7A，在舰船200上，底座110被固定至装配在卷轴210上的受拉构件120的端部。接下来，底座110从受拉构件120悬垂并且被放在水中。现在转到图7B，当从卷轴210释放出受拉构件120时，底座110被降至海底。当底座110浸在水中时，水经由孔口 114注入壳体111中。底座110降低到海底，直到其与海床10接合为止，如图7C中所示。接下来，如图7D中所示，沉重的泥浆250 (例如，铁矿-水混合物或沉重的钻探泥浆)被从舰船200经由管道123泵送入室112中。泥浆250具有大于水的密度，从而沉降到壳体111的底部。当泥浆250填充壳体111时，壳体111中的水由泥浆250代替，并且经由孔口 114从室112出去。由于泥浆250的附加重量，底座110开始沉降并且将其本身嵌入海床10，如图7D和图7E中所示。一旦底座110充分安置在海床10上，泥浆250的泵送就被停止。
[0048]现在参考图7F，通过固定至海床10的底座110，装配有天线140的浮力模块130被耦合至受拉构件120的上端。系统135被用于调节模块130的浮力，以把期望的拉力施加至受拉构件120。现在转到图7G，然后从卷轴211释放出桁条150，每个桁条150的一端被耦合至浮力模块130，并且每个桁条150的另一端被固定至海床10。当从模块130悬垂下桁条150时，模块130的浮力可以通过系统135调节，以支撑附加重量。如果桁条150没有被预先配置成包括系统151，则在桁条150的部署期间或桁条150的部署之后，安装系统151。
[0049]现在参考图8A和图8B，在系统100中采用底座110’的实施例中，抽吸/注入控制系统170用于在部署系统100期间促进裙部111’到海床10的插入。特别是，当裙部111’被推入海床10时，阀174可以被打开并且阀175被关闭，以允许海床10和上端11 la’之间的腔112’内的水101通过管道171排放并且排出端部171a。为了加速裙部111’穿入到海床10和/或增强吸式裙部111’和海床10之间的“吸引”，吸力可以经由泵173、管道171和管线172被施加至腔112’。特别是，阀175可以被打开并且阀174被关闭，以允许泵173通过管道171和管线172从腔112’抽出流体(例如，水、泥、泥沙等)。一旦裙部111’穿入海床10到期望深度，阀174、175优选地被关闭，以保持锚固件140和海床10之间的牢固接合和吸力。
[0050]为了从海床10拉动和移除锚固件140 (例如，要移除系统100)，阀174可以被打开并且阀175被关闭，以排放腔112’，并且减小裙部111’和海床10之间的液压锁。为了加速裙部111’从海床10的移除，可以经由泵173、管道171、以及管线172，将流体泵送到腔112’中。特别是，阀175可以被打开并且阀174被关闭，以允许泵173通过管道171和管线172将流体(例如，水)注入到腔112’中。
[0051]如图7A至图7C中所示，在从舰船200安装系统100期间，允许当底座110降到海底时，柔性受拉构件120跨过沿着舰船200的船首的光滑弯曲凸面滑动。在从卷轴210部署期间，受拉构件120承受拉力，并且卷轴210上的制动机构被用于可控制地释放出受拉构件120。同样地，在从卷轴220部署期间，桁条150承受拉力，并且卷轴211上的制动机构被用于可控制地释放出桁条150。然而，在其他实施例中，可以采用替换设备来控制受拉构件120和/或桁条150的释放。例如，在图9中，示出了用于操纵受拉构件120的部署的设备或滑轨300。在本实施例中，部署设备300包括底座310、从底座301的上端延伸的曲率控制构件310、以及装配到底座301上的张紧器320。底座301邻近卷轴210被固定地安装到舰船200上。受拉构件120通过张紧器320在曲率控制构件310周围从卷轴210延伸并且在舰船200侧之上。曲率控制构件310是刚性弓形盘，其引导受拉构件120到张紧器320并且使受拉构件120与张紧器320对准。另外，曲率控制构件310保持用于受拉构件120的最小曲率半径，以避免在部署期间扭结或对受拉构件120的损坏。张紧器320夹紧受拉构件120，并且控制受拉构件120从卷轴210的释放，由此减少和/或消除对卷轴210上的制动机构的需求。在本实施例中，张紧器320支撑受拉构件120的负载和耦合至它的底座，并且包括接合并且夹紧受拉构件120的多个环形间隔的柔性轨道321。每个轨道321被装配到滑轮322和驱动相应轨道321运动的驱动轮323。轨道321被偏向和/或沿径向向内推动，以与受拉构件120牢固接合，并且优选地包括可以夹紧受拉构件120而不损坏受拉构件120的柔软弹性材料，诸如，人造橡胶或天然橡胶材料。
[0052]仍然参考图9，受拉构件120在曲率控制构件310周围从卷轴210开始并且在接合且夹紧受拉构件120的轨道321之间运送。为了从卷轴210释放出受拉构件120，驱动轮323被旋转以可控制地移动轨道321。轨道321和受拉构件120的摩擦接合足以支撑受拉构件120和底座110的负载，而不允许受拉构件120滑动和滑行通过张紧器320。虽然示出设备300与卷轴210和装配到其的受拉构件120连接，但是其还可以以与上述相同的方式被使用以从卷轴211可控制地释放出桁条150 (可多个)。
[0053]虽然在图1和图2中仅示出一个系统100，但是应该想到，可以在多个不同近海位置处部署多个系统100，以从这样的不同位置收集环境和地质数据。这样的系统100可以相互通信(例如，直接地或者通过诸如卫星的一个或多个中间通信连接)。
[0054]虽然已经示出和描述了优选实施例，但是在不脱离在此的范围或教导的情况下，可以由本领域技术人员做出修改。在此描述的实施例仅是示例性的并且不用于限制。可以存在在此描述的系统、装置和处理的多种改变和修改，并且其在本发明的范围内。例如，可以改变多种部件的相对尺寸、制造多种部件的材料、以及其他参数。从而，保护范围不限于在此描述的实施例，而是仅由以下权利要求限制，其范围将包括权利要求的主题的所有等价物。除非另外指出，方法权利要求中的步骤可以以任何顺序执行。在方法权利要求中的步骤之前的诸如(a)、(b)、(c)或(I)、(2)、(3)的标识符的表述无意而且也不指定步骤的特定顺序，而是用于简化这样的步骤的随后引用。
【权利要求】
1.一种用于在近海环境中获取数据的系统，所述系统包括: 伸长的复合材料受拉构件，该复合材料受拉构件具有纵轴、上端和下端； 浮力模块，所述浮力模块被耦合至所述复合材料受拉构件的所述上端并且被配置成施加拉伸载荷至所述受拉构件； 底座，所述底座被耦合至所述复合材料受拉构件的所述下端，所述底座被配置成把所述受拉构件固定至海床； 多个复合材料桁条，所述多个复合材料桁条被耦合至所述浮力模块并且被设置在所述受拉构件周围；以及 多个仪表系统，所述多个仪表系统被配置成测量环境或地质数据，其中，所述仪表系统被耦合至所述桁条。
2.根据权利要求1所述的系统，进一步包括通信天线，所述通信天线被耦合至所述浮力模块，其中，所述天线被配置成无线地传送所述仪表系统所测量的数据。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述仪表系统被设置在沿着所述桁条的多个不同的轴向位置处。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述仪表系统被配置成在低于海面的不同深度处测量环境数据。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述复合材料受拉构件包括柔性拉挤玻璃纤维复合材料管状构件。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述复合材料受拉构件包括平行的管状构件束。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述管状构件束包括:多个柔性拉挤玻璃纤维复合材料管状构件，和被设置在所述复合材料管状构件之间的间隙内的柔性流体管道。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述底座是包括壳体的重力式锚固件，所述壳体具有与所述受拉构件的所述流体管道流体连通的内室。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述壳体包括孔口，所述孔口被配置成允许所述内室和所述周围环境之间的流体连通，其中，所述孔口被定位于所述壳体的上端附近。
10.根据权利要求7所述的系统，其中，所述底座是吸力桩，所述吸力桩包括裙部，该裙部具有封闭上端、开放下端以及内室，该内室与所述受拉构件的所述流体管道流体连通。
11.根据权利要求1所述的系统，所述浮力模块是浮力可调的。
12.根据权利要求1所述的系统，其中，至少两个所述仪表系统被配置成相互无线地通?目。
13.根据权利要求1所述的系统，其中，所述受拉构件具有大于500的长宽比。
14.一种用于在近海环境中获取环境和/或地质数据的系统，所述系统包括: 伸长的受拉构件，该受拉构件具有纵轴、上端和下端，其中，所述受拉构件包括多个平行柔性复合材料管状构件； 浮力可调模块，所述浮力可调模块被耦合至所述受拉构件的所述上端并且被配置成施加拉伸载荷至所述受拉构件； 底座，所述底座被耦合至所述复合材料受拉构件的所述下端，所述底座被配置成把所述受拉构件固定至海床； 多个桁条，所述多个桁条被耦合至所述浮力可调模块并且被配置成在海底延伸；以及多个仪表系统，所述多个仪表系统用于测量所述环境和/或地质数据，其中，所述仪表系统被耦合至所述桁条。
15.根据权利要求14所述的系统，还包括通信天线，所述通信天线被耦合至所述浮力模块，其中，所述天线被配成传送所述仪表系统所测量的数据给卫星。
16.根据权利要求14所述的系统，其中，所述仪表系统被设置在沿着所述桁条的多个不同的轴向位置处。
17.根据权利要求14所述的系统，其中，每个复合材料管状构件包括拉挤玻璃纤维复合材料。
18.根据权利要求14所述的系统，其中，至少一个所述桁条被配置成延伸至所述海床。
19.根据权利要求14所述的系统，其中，所述受拉构件包括被设置在所述复合材料管状构件之间的柔性流体管道。
20.根据权利要求14所述的系统，其中，所述底座是重力式锚固件或吸力桩。
21.一种用于在近海环境中获取环境和/或地质数据的方法，所述方法包括: Ca)把底座耦合至伸长的受拉构件的第一端； (b)通过所述受拉构件把所述底座降低至海床； (c)把浮力模块耦合至所述受拉构件的第二端； (d)把多个仪表系统耦合至多个桁条，其中，所述仪表系统被配置成获取海底环境数据和/或地质数据； (e)调节所述浮力模块的浮力；` (f)把所述多个桁条耦合至所述浮力模块，其中，每个桁条具有被耦合至所述浮力模块的上端和被设置在海底的下端。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，步骤(b)进一步包括:从设置在水面舰船上的卷轴释放出所述受拉构件。
23.根据权利要求21所述的方法，其中，所述受拉构件和所述桁条包括复合材料管状构件。
24.根据权利要求21所述的方法，其中，所述底座包括重力式锚固件或吸力桩。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，所述受拉构件包括从所述第一端延伸到所述第二端的流体管道，其中，所述流体管道与所述底座的内室流体连通。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述底座是重力式锚固件，并且其中，其中步骤(b)还包括:从所述水面泵送密度大于水的泥浆并且经所述受拉构件至所述底座的所述内室。
【文档编号】G08C19/00GK103650011SQ201280032140
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2012年5月29日 优先权日:2011年5月26日
【发明者】爱德华·E·霍顿三世 申请人:霍顿-维森深水公司