一种浮力可调式水下设备辅助安装装置及安装方法
【专利摘要】本发明属于海洋工程领域，具体地，涉及一种浮力可调式水下设备辅助安装装置及安装方法。浮力可调式水下辅助安装装置，包括：浮体、顶部吊耳、侧面吊耳、底部吊耳、吊缆、定位杆、液压卸扣；浮体主体为圆柱体，上端、下端形成锥面；浮体采用固体浮力材料制作而成；浮体顶部设有顶部吊耳、侧面吊耳以及底部吊耳；浮体轴向上自上而下依次设有漏斗形导入锥、圆柱形导入孔和陀螺形配重舱，漏斗形导入锥、陀螺形配重舱通过圆柱形导入孔相连通，配重舱底部设有三条斜向通水孔道与外界相通，三条通水孔道沿圆周方向均匀分布。本发明安装过程安装缆绳承受拉力较小，辅助安装装置主体材料为浮力材料，可承受深水水压，适用于深水安装。
【专利说明】一种浮力可调式水下设备辅助安装装置及安装方法
【技术领域】
[0001]本发明属于海洋工程领域，具体地，涉及一种浮力可调式水下设备辅助安装装置及安装方法。
【背景技术】
[0002]水下设备安装技术在海洋工程中占有基础地位。现阶段常规的水下设备安装技术在安装过程中直接通过安装杆或者安装缆等连接水下设备，随着水下设备重量的增加，安装水深由浅水向深水发展，安装缆等经常由于无法承受过大拉力而发生失效，此外，水下设备占地面积较大，常规水下安装技术需要大面积甲板运输船运输水下设备，雇用此类船舶价格昂贵。目前我国国内水下安装技术不成熟，安装水深较浅，大部分水下安装项目只能依靠国外技术，成本很高，严重影响了我国水下设备安装行业的发展。从查阅的文献资料看，目前尚未有利用辅助安装装置来协助进行水下设备安装的相关报道。
【发明内容】
[0003]为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种浮力可调式水下设备辅助安装装置及安装方法，通过在水下设备安装过程中增加浮力可调式浮体装置来抵消水下设备的浮重，运用该装置可以实现水下设备的湿拖运输及无浮重安装，以解决常规水下设备安装技术水下设备运输不便、安装缆绳承载力过大等难题。
[0004]为实现上述目的，本发明采用下述方案:
[0005]浮力可调式水下辅助安装装置，包括:浮体、顶部吊耳、侧面吊耳、底部吊耳、吊缆、定位杆、液压卸扣；浮体主体为圆柱体，上端、下端形成锥面；浮体采用固体浮力材料制作而成；浮体顶部设有顶部吊耳；浮体侧面设有侧面吊耳；浮体底部设有底部吊耳；浮体轴向上自上而下依次设有漏斗形导入锥、圆柱形导入孔和陀螺形配重舱，漏斗形导入锥、陀螺形配重舱通过圆柱形导入孔相连通，配重舱底部设有三条斜向通水孔道与外界相通，三条通水孔道沿圆周方向均匀分布。
[0006]相对于现有技术，本发明具有如下有益效果:
[0007](I)、安装过程安装缆绳承受拉力较小，辅助安装装置主体材料为浮力材料，可承受深水水压，适用于深水安装。
[0008](2)、无需雇用大面积甲板船舶运输水下设备，运输船在港口即可湿拖水下设备至安装位置。
[0009](3)、在安装过程中水下设备的浮重全部由浮力可调式水下设备辅助安装装置承担，对于安装船和运输船吊车、绞车承载能力要求低。
[0010](4)、可根据水下设备重量向配重舱内预加配重物，实现不同重量水下设备的运输和安装。
[0011](5)、浮力可调式水下设备辅助安装装置外表面为弧形，减小运输过程装置所受海流等阻力。[0012](6)、安装过程中，运输船和辅助安装船通过控制配重调节缆和辅助调节缆调节水下设备的位置和转角，实现水下设备精确安装。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是浮力可调式水下设备辅助安装装置正视示意图。
[0014]图2是浮力可调式水下设备辅助安装装置侧视示意图。
[0015]图3是浮力可调式水下设备辅助安装装置俯视示意图。
[0016]图4是图3的A-A向的半剖示意图。
[0017]图5是浮力可调式水下设备辅助安装装置及水下设备吊放入水示意图。
[0018]图6是运输船湿拖浮力可调式水下设备辅助安装装置示意图。
[0019]图7是浮吊吊放配重链进入导向孔示意图。
[0020]图8是水下机器人连接滚动滑轮和吸力锚示意图。
[0021]图9是浮力可调式水下设备辅助安装装置及水下设备下沉着底示意图。
[0022]图10是配重链导入配重舱压载示意图。
[0023]图11是水下机器人解开吊缆与顶部吊环相连液压卸扣示意图。
[0024]图12是浮力可调式水下设备辅助安装装置回收上升示意图。
[0025]图13是水下机器人解开滚动滑轮和吸力锚相连卸扣示意图。
[0026]图14是水下机器人解开辅助调节缆与侧面吊耳相连卸扣示意图。
[0027]图15a、图15b是配重缆导入配重舱过程示意图。
[0028]其中:1、顶部吊耳，2、侧面吊耳，3、通水孔道，4、导入锥，5、导入孔，6、配重舱，7、底部吊耳，8、定位杆，9、定位环，10、吊缆，11、液压卸扣，12、顶部吊环，13、水下设备，14、浮体，15、吊机，16、运输船，17、主绞车，18、浮吊，19、配重调节缆绞车，20、配重调节缆，21、辅助安装船，22、调节配重块，23、配重链，24、辅助调节缆，25、滚动滑轮，26、辅助调节缆绞车，27、吸力锚，28、水下机器人，29、水下机器人中继器，30、水下机器人控制系统，31、水下机器人脐带缆，32、中继器连接缆，33、安装底座，34、拖曳缆，35、浮力可调式水下设备辅助安装装置。
【具体实施方式】
[0029]如图1、图2、图3、图4所示，浮力可调式水下辅助安装装置，包括:浮体14、顶部吊耳1、侧面吊耳2、底部吊耳7、吊缆10、定位杆8、液压卸扣11。
[0030]浮体14主体为圆柱体，上端、下端形成锥面；浮体14采用固体浮力材料制作而成，耐压能力强；所述固体浮力材料可以采用化学泡沫复合材料、微球泡沫复合材料或者轻质合成复合材料等浮力材料。
[0031]浮体14轴向上自上而下依次设有漏斗形导入锥4、圆柱形导入孔5和陀螺形配重舱6，漏斗形导入锥4、陀螺形配重舱6通过圆柱形导入孔5相连通，配重舱6底部设有三条斜向通水孔道3与外界相通，三条通水孔道3沿圆周方向均匀分布；铁质或钢质配重链23可以通过导入锥4和导入孔5进入配重舱6，如图15a、图15b所示。
[0032]浮体14顶部设有两个顶部吊耳I，两个顶部吊耳I沿圆周均布，顶部吊耳I用于连接陆地吊机15的吊钩，从而将浮力可调式水下设备辅助安装装置35及水下设备13整体吊装入水。
[0033]浮体14侧面设有两个侧面吊耳2，两个侧面吊耳2沿圆周均布，在安装过程中两个侧面吊耳2分别用于与配重调节缆20和辅助调节缆24相连。
[0034]浮体14底部设有三个底部吊耳7、两根刚性定位杆8，三个底部吊耳7沿圆周均匀分布，两根定位杆8沿圆周均布，每个底部吊耳7下悬挂一条吊缆10，每条吊缆下端连接一个液压卸扣11，液压卸扣11用于连接水下设备13的顶部吊环12 ;刚性定位杆8用于插入固定于水下设备13侧面定位环9防止水下设备水平移动和旋转。
[0035]顶部吊耳1、侧面吊耳2、定位杆8位于同一经过浮体I轴的竖向平面内。
[0036]水下设备的安装方法，如图2至图14、图15a、图15b所示，采用上述浮力可调式水下设备辅助安装装置，包括下述步骤:
[0037]1、将浮力可调式水下设备辅助安装装置35与水下设备13通过吊缆10上的液压卸扣11与水下设备13上的吊环12相连，同时将刚性定位杆穿入水下设备13侧面的定位环9 ；
[0038]2、在港口通过吊机15连接浮力可调式水下设备辅助安装装置35顶部吊耳1，将浮力可调式水下设备辅助安装装置35和水下设备13整体吊放入水中，在入水过程中，海水将经由通水孔道3进入配重舱6中；
[0039]3、运输船16上主绞车17通过拖曳缆34与浮力可调式水下设备辅助安装装置35顶部吊耳I相连，配重调节缆绞车19通过配重调节缆20与侧面吊耳2相连，在配重调节缆20靠近侧面吊耳2的一端安装有调节配重块22，解除吊机15与顶部吊耳I之间连接，通过控制调节配重调节缆20，使浮力可调式水下设备辅助安装装置35和水下设备13缓慢下沉至海流平稳位置为止；
[0040]4、利用运输船16将可调式水下设备辅助安装装置35和水下设备13湿拖至水下设备13待安装位置附近，利用辅助安装船21上水下机器人28解除拖曳缆34与顶部吊耳I之间的连接，主绞车17上更换为配重链23，通过运输船16上浮吊18牵引配重链23端部经导向锥4进入导向孔5后，回收浮吊18 ；
[0041]5、辅助安装船21上辅助调节缆绞车26释放出辅助调节缆24，通过水下机器人28将辅助调节缆24与可调式水下设备辅助安装装置35侧面吊耳2连接，辅助调节缆24上安装有一滚动滑轮25，不断释放辅助调节缆24，当滚动滑轮25接近海床底部吸力锚27时，利用水下机器人28将滑轮25和吸力锚27连接，辅助调节缆绞车26回收辅助调节缆24，使可调式水下设备辅助安装装置35和水下设备13组成的系统开始下沉，由于系统处于悬浮状态，通过牵弓I辅助调节缆24和调节配重块22便可调系统的位置和转角，在可调式水下设备辅助安装装置35和水下设备13所组成的系统下沉过程中，主绞车17同步释放配重链23，配重链23重量全部由主绞车17承担；
[0042]6、当水下设备13接近安装底座33时，继续通过控制辅助调节缆24和调节配重块22调整可调式水下设备辅助安装装置35和水下设备13所组成系统的位置和转角并利用水下机器人28进行监控和辅助调节，当水下设备13着底并安装完成之后，主绞车17继续释放配重链23，配重链23进入配重舱6内进行压载，通过主绞车17调节进入配重舱6内进行压载的配重链23长度，使压载配重链23重量等于水下设备13重量，此时吊缆10上拉力降低至零，利用水下机器人28解开连接可调式水下设备辅助安装装置35和水下设备13的液压卸扣11 ；
[0043]7、通过配重调节缆绞车19调节配重调节缆20并同步释放辅助调节缆24使浮力可调式水下设备辅助安装装置35开始缓慢上升，通过主绞车17同步收回配重链23，当浮力可调式水下设备辅助安装装置35上浮至接近水面时，调节配重调节缆20停止其继续上升。
[0044]8、继续释放辅助调节缆24使之处于松弛状态，利用水下机器人28解除滑轮25和吸力锚27之间连接，回收滑轮25，利用水下机器人28解除辅助调节缆24和侧面吊耳2之间连接，回收辅助调节缆24，利用主绞车17回收配重链23使可调式水下设备辅助安装装置35浮出水面，回收可调式水下设备辅助安装装置35。
【权利要求】
1.一种浮力可调式水下辅助安装装置，包括:浮体、顶部吊耳、侧面吊耳、底部吊耳、吊缆、定位杆、液压卸扣；其特征在于:浮体采用固体浮力材料制作而成；浮体顶部设有顶部吊耳；浮体侧面设有侧面吊耳；浮体底部设有底部吊耳；浮体轴向上自上而下依次设有漏斗形导入锥、圆柱形导入孔和陀螺形配重舱，漏斗形导入锥、陀螺形配重舱通过圆柱形导入孔相连通，配重舱底部设有三条斜向通水孔道与外界相通，三条通水孔道沿圆周方向均匀分布。
2.根据权利要求1所述的浮力可调式水下辅助安装装置，其特征在于，浮体主体为圆柱体，上端、下端形成锥面；所述固体浮力材料采用化学泡沫复合材料、微球泡沫复合材料或者轻质合成复合材料。
3.根据权利要求1-2所述的浮力可调式水下辅助安装装置，其特征在于，浮体顶部设有两个顶部吊耳，两个顶部吊耳沿圆周均布。
4.根据权利要求1-3所述的浮力可调式水下辅助安装装置，其特征在于，浮体侧面设有两个侧面吊耳，两个侧面吊耳沿圆周均布。
5.根据权利要求1-4所述的浮力可调式水下辅助安装装置，其特征在于，浮体底部设有三个底部吊耳、两根刚性定位杆，三个底部吊耳沿圆周均匀分布，两根定位杆沿圆周均布，每个底部吊耳下悬挂一条吊缆，每条吊缆下端连接一个液压卸扣。
6.根据权利要求1-5所述的浮力可调式水下辅助安装装置，其特征在于，顶部吊耳、侧面吊耳、定位杆位于同一经过浮体轴的竖向平面内。
7.一种水下设备的安装方法，采用权利要求1-6所述的浮力可调式水下设备辅助安装装置，其特征在于，包括 下述步骤: (1)、将浮力可调式水下设备辅助安装装置与水下设备通过吊缆上的液压卸扣与水下设备上的吊环相连，同时将刚性定位杆穿入水下设备侧面的定位环； (2)、在港口通过吊机连接浮力可调式水下设备辅助安装装置顶部吊耳，将浮力可调式水下设备辅助安装装置和水下设备整体吊放入水中，在入水过程中，海水将经由通水孔道进入配重舱中； (3)、运输船上主绞车通过拖曳缆与浮力可调式水下设备辅助安装装置顶部吊耳相连，配重调节缆绞车通过配重调节缆与侧面吊耳相连，在配重调节缆靠近侧面吊耳的一端安装有调节配重块，解除吊机与顶部吊耳之间连接，通过控制调节配重调节缆，使浮力可调式水下设备辅助安装装置和水下设备缓慢下沉至海流平稳位置为止； (4)、利用运输船将可调式水下设备辅助安装装置和水下设备湿拖至水下设备待安装位置附近，利用辅助安装船上水下机器人解除拖曳缆与顶部吊耳之间的连接，主绞车上更换为配重链，通过运输船上浮吊牵引配重链端部经导向锥进入导向孔后，回收浮吊； (5)、辅助安装船上辅助调节缆绞车释放出辅助调节缆，通过水下机器人将辅助调节缆与可调式水下设备辅助安装装置侧面吊耳连接，辅助调节缆上安装有一滚动滑轮，不断释放辅助调节缆，当滚动滑轮接近海床底部吸力锚时，利用水下机器人将滑轮和吸力锚连接，辅助调节缆绞车回收辅助调节缆，使可调式水下设备辅助安装装置和水下设备组成的系统开始下沉，由于系统处于悬浮状态，通过牵引辅助调节缆和调节配重块便可调系统的位置和转角，在可调式水下设备辅助安装装置和水下设备所组成的系统下沉过程中，主绞车同步释放配重链，配重链重量全部由主绞车承担；(6)、当水下设备接近安装底座时，继续通过控制辅助调节缆和调节配重块调整可调式水下设备辅助安装装置和水下设备所组成系统的位置和转角并利用水下机器人进行监控和辅助调节，当水下设备着底并安装完成之后，主绞车继续释放配重链，配重链进入配重舱内进行压载，通过主绞车调节进入配重舱内进行压载的配重链长度，使压载配重链重量等于水下设备重量，此时吊缆上拉力降低至零，利用水下机器人解开连接可调式水下设备辅助安装装置和水下设备的液压卸扣； (7)、通过配重调节缆绞车调节配重调节缆并同步释放辅助调节缆使浮力可调式水下设备辅助安装装置开始缓慢上升，通过主绞车同步收回配重链，当浮力可调式水下设备辅助安装装置上浮至接近水面时，调节配重调节缆停止其继续上升； (8)、继续释放辅助调节缆使之处于松弛状态，利用水下机器人解除滑轮和吸力锚之间连接，回收滑轮，利用水下机器人解除辅助调节缆和侧面吊耳之间连接，回收辅助调节缆，利用主绞车回收配重链使可调式水下设备辅助安装装置浮出水面，回收可调式水下设备辅助安装装置。`
【文档编号】B63C11/52GK103754340SQ201410048251
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年2月11日 优先权日:2014年2月11日
【发明者】曹宇光, 张士华, 徐松森, 初新杰, 孙晓瑜, 崔希君, 王宏安, 胡雪扬, 聂文俊, 周真楷 申请人:中国石油大学(华东)