一种浮力可调的深海浮力装置的制作方法

本申请涉及深海作业设备技术领域，更具体地说，涉及一种浮力可调的深海浮力装置。

背景技术：

在深海作业(如，海洋油气开采、海底设备安装、沉船打捞等)过程中，水下结构物上的浮力需求并非保持不变的。例如，在海底设备安装过程中，作用于设备一点或多点的浮力可能需要根据设备在水中的姿态进行实时变化；又如，在海洋油气平台立管紧急脱离时，需要临时对脱离的立管提供大量浮力以保证日后的回收。

目前，应用于深海环境的浮力材料多为固体浮力材料。其优势在于耐压强度高、可靠性好，可作为永久性水下浮体使用。然而，作为固体其浮力实时可调节性几乎不存在。

综上所述，如何提供一种浮力可调的深海浮力装置，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请的目的是提供一种浮力可调的深海浮力装置，其可以在深海环境满足用户调整浮力的需求。

为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

一种浮力可调的深海浮力装置，包括柔性容器，所述柔性容器设有用于与水下结构物连接的连接固定结构，所述柔性容器内部设有液态浮力填料；还包括与所述柔性容器连接、用于调整位于所述柔性容器内部的所述液态浮力填料总量的调节装置。

可选地，所述调节装置包括用于向所述柔性容器填充所述液态浮力填料的进液装置、用于将所述液态浮力填料从所述柔性容器中抽出的排液装置。

可选地，所述进液装置包括与所述柔性容器连通的进液管路，所述进液管路中设有入口泵和入口阀门；和/或，所述排液装置包括与所述柔性容器连通的排液管路，所述排液管路中设有出口泵和出口阀门。

可选地，所述液态浮力填料的密度为300至600kg/m³，耐水压强度为2至110mpa，粘度为100至10000cp。

可选地，所述液态浮力填料包括不可压缩液体和空心的轻质耐压填充物。

可选地，所述轻质耐压填充物包括空心微球和/或空心微珠。

可选地，所述轻质耐压填充物至少有两种，且各种所述轻质耐压填充物的粒径不同，以增加填充率。

可选地，所述不可压缩液体占所述液态浮力填料的体积比为30％至60％，所述轻质耐压填充物占所述液态浮力填料的体积比为40％至70％。

通过上述方案，本申请提供的浮力可调的深海浮力装置的有益效果在于：

本申请提供的浮力可调的深海浮力装置包括柔性容器、液态浮力填料、调节装置；其中，柔性容器通过连接固定结构与水下结构物相连，液态浮力填料填充在柔性容器内部，调节装置与柔性容器连接、并调整柔性容器内部的液态浮力填料的总量。

在工作过程中，当水下结构物需要更多浮力时，通过调节装置向柔性容器中填充入液态浮力填料，直至达到需要的浮力或柔性容器被充满；当浮力需要减小时，通过调节装置将柔性容器内部的液态浮力填料抽出，直至浮力减小到预定值或柔性容器中的液态浮力填料被抽完。

本申请提供的浮力可调的深海浮力装置通过向固定在水下结构物上的一个或多个柔性容器中充入或抽出液态浮力填料，来实现实时按需调节作用在水下结构物上的浮力的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种浮力可调的深海浮力装置与水下结构物配合的结构示意图；

图2为图1所示的浮力可调的深海浮力装置中的液态浮力填料的结构示意图。

图1～2中的附图标记为：

柔性容器1、连接固定结构2、液态浮力填料3、不可压缩液体31、轻质耐压填充物32、进液装置4、进液管路41、入口泵42、入口阀门43、排液装置5、排液管路51、出口泵52、出口阀门53、水下结构物6。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参考图1，本申请提供的浮力可调的深海浮力装置可以包括柔性容器1、连接固定结构2、液态浮力填料3以及调节装置。

柔性容器1内部具有液体无法渗透的封闭的腔体结构，柔性容器1使得外部海水与其内部的液态浮力填料3隔离分布。柔性容器1采用适用于深海环境的、同时具有强度与柔韧性的材料制成，具体材料可以为橡胶、塑料、复合材料等。柔性容器1通过连接固定结构2与需要浮力的水下结构物6相连并传导浮力。

连接固定结构2用于连接水下结构物6与柔性容器1。连接固定结构2与柔性容器1通过机械结构进行固定，同时，连接固定结构2还通过接口与水下结构物6连接，在实际设计时，连接固定结构2的接口形式根据实际工程中水下结构物6的接口形式设计，连接固定结构2的接口可以是法兰、或卡扣、或绑带或其他形式。

液态浮力填料3填充在柔性容器1的腔体结构中。液态浮力填料3的密度小于海水，起到为水下结构物6提供浮力的作用。液态浮力填料3的物理特性可以根据实际工程需求进行设计，例如，液态浮力填料3的整体密度为300至600kg/m³，耐水压强度为2至110mpa，粘度为100至10000cp。

其中，在一个实施例中，液态浮力填料3包括不可压缩液体31和空心的轻质耐压填充物32。在组成上，优选液态浮力填料3由不可压缩液体31和轻质耐压填充物32组成，二者的体积比可以有多种选择，例如，不可压缩液体31占体积比约30％至60％，轻质填料占体积比约40％至70％。

不可压缩液体31可以是液压油、水等与系统内其他组成材料相容的液体。

轻质耐压填充物32可以采用空心微球、或者空心微珠、或者采用其他的空心结构，空心微球的尺寸可以为10至100μm，空心微球的尺寸可以为1mm至50mm。轻质耐压填充物32的密度小于不可压缩液体31的密度，从而进一步降低液态浮力填料3的整体密度。

轻质耐压填充物32的物理特性可以根据实际工程需求进行设计，例如，轻质耐压填充物32的密度优选为100至500kg/m³，耐水压强度为2至110mpa。轻质耐压填充物32需要根据深海浮力装置的工作水深选择可以承受该水深处静水压的规格。比如，深海浮力装置工作水深为1500米时，可以选择耐静水压强度不小于15mpa的轻质耐压填充物32。

可选的，在实际使用时，轻质耐压填充材料可以具体为空心玻璃微珠、空心陶瓷微球、空心塑料微球、塑料或复合材料空心球等的一种或多种组合。特别的，在实际使用时，优选采用多种不同粒径的轻质耐压填充物32的组合形式，如微米级别的空心玻璃微珠和厘米级别的复合材料空心球组合，有助于增加填充率，进一步降低液态浮力填料3的密度，提高其提供的净浮力。

在实际生产中，上述液态浮力填料3可以通过搅拌混合的方式制备，具体制备步骤如下：

(1)向搅拌桶中导入不可压缩液体31，如液压油。

(2)向搅拌桶中导入预定量的轻质耐压填充物32，如25％体积比的空心玻璃微珠。

(3)使用慢速搅拌桨充分搅拌液压油与空心玻璃微珠，得到第一种液态浮力填料。

(4)将第一种液态浮力填料3储备；或向搅拌桶中导入另一种轻质耐压填充物32，如25％体积比的复合材料空心球。

(5)使用慢速搅拌桨充分搅拌第一种液态浮力填料的混合液与复合材料空心球，得到第二种液态浮力填料。

(6)将第二种液态浮力填料储备，或导入调节装置中用于上述深海浮力装置的工作。

调节装置与柔性容器1连接、用于调整位于柔性容器1内部的液态浮力填料3的总量，此处总量指液态浮力填料3的质量或者体积。

其中，在一个实施例中，调节装置包括独立设置的进液装置4和排液装置5。进液装置4与柔性容器1相连、用于向柔性容器1填充液态浮力填料3；排液装置5与柔性容器1相连、用于将液态浮力填料3从柔性容器1中抽出。相应的，柔性容器1上需要开有液态浮力填料3的入口和出口，分别进液装置4和排液装置5连接。

可选的，在一个实施例中，进液装置4、排液装置5可以分别包括流体管路、泵和阀门。具体的，进液装置4可以包括进液管路41、入口泵42和入口阀门43，进液管路41与柔性容器1的腔体结构连通，入口泵42设于进液管路41、用于驱动液态浮力填料3沿进液的方向流动，入口阀门43设于进液管路41。排液装置5可以包括排液管路51、出口泵52和出口阀门53，排液管路51与柔性容器1的腔体结构连通，出口泵52设于排液管路51、用于驱动液态浮力填料3沿排液的方向流动，出口阀门53设于排液管路51。在实际使用时，上述泵可以是螺杆泵、或柱塞泵、或离心泵等可以传输粘稠液体的任意一种泵；阀门为可远程控制的电动、气动、或液压控制阀门。

可以理解的，在柔性容器1仅开设一个开口的情况下，调节装置也可以将进液功能和排液功能集成设置，通过调整液态浮力填料3的流向，实现对柔性容器1内部的液态浮力填料3的总量的调整。

本申请提供的浮力可调的深海浮力装置的使用方法如下：当水下结构物6需要更多浮力时，调节装置动作，如控制入口泵42和入口阀门43开启，向柔性容器1中填充入液态浮力填料3，直至达到需要的浮力或柔性容器1被充满；当浮力需要减小时，调节装置动作，如控制出口泵52与出口阀门53开启，将液态浮力填料3抽出，直至浮力减小到预定值或柔性容器1中的液态浮力填料3被抽完。

由上述实施方式可以见，本申请提供的浮力可调的深海浮力装置的有益效果在于：

本申请提供的浮力可调节的深海浮力装置可通过连接固定结构2固定于任何需要浮力的水下结构物6上。通过向固定在水下结构物6上的一个或多个不可渗透柔性容器1中充入或抽出一种液态浮力填料3，来实现实时按需调节作用在水下结构物6上的浮力，为深海作业提供更多便利性和可操作性。另外，在进一步的实施例中，通过合理设计液态浮力填料3的成分，使得液态浮力填料3具有良好的耐压性能，可以在深海环境中提供稳定的浮力。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本申请所提供的浮力可调的深海浮力装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。