林蔚青

(福建省馬尾造船股份有限公司，福建 福州 350015)

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飽和潛水系統(tǒng)在潛水支持船上的布置研究

林蔚青

(福建省馬尾造船股份有限公司，福建 福州 350015)

摘要：飽和潛水系統(tǒng)作為大深度作業(yè)的主要方式，能夠完成400 m海水深以內(nèi)的諸多復雜水下作業(yè)。飽和潛水系統(tǒng)包括生命支持系統(tǒng)、潛水鐘回收釋放系統(tǒng)、居住艙、飽和控制室和潛水控制室等模塊，這些模塊的安裝連接組成了一個完整功能的飽和潛水系統(tǒng)。以105 m 潛水支持船為例，介紹飽和潛水系統(tǒng)各個功能模塊，并討論各個模塊布置及安裝的難點及方法，以保證各模塊的布置和設計都能夠滿足規(guī)范及船上空間的要求。

關鍵詞：飽和潛水系統(tǒng)；生命支持系統(tǒng)；潛水鐘；居住艙；潛水

0引言

飽和潛水系統(tǒng)是一項綜合技術密集度非常高的工程，所涉及的設備非常多，各個模塊里的設備布置及安裝都要滿足設備自身的要求及系統(tǒng)的技術要求。本文根據(jù)105 m潛水支持船實船經(jīng)驗，闡述了飽和潛水系統(tǒng)在船上安裝及布置的原則及方法，對潛水設備艙室進行合理的劃分，在充分利用船上空間的同時，保證了飽和潛水系統(tǒng)的完整性和準確性。

1飽和潛水系統(tǒng)介紹

飽和潛水系統(tǒng)模塊一般安裝在潛水支持母船上。飽和潛水員在作業(yè)開始前，必須先生活在居住艙內(nèi)，使身體逐漸適應作業(yè)環(huán)境的壓力并達到完全飽和。當要到水下作業(yè)時，潛水員通過潛水鐘下潛到指定水深進行作業(yè)，作業(yè)完成后，再通過潛水鐘回到居住艙內(nèi)。由于潛水員的工作及生活都處在高壓狀態(tài)下，與外界完全處于隔絕狀態(tài)，故母船必須有穩(wěn)定的氣液電供應[1—2]以確保潛水設備、生命支持系統(tǒng)和輔助設備的正常運行。

飽和潛水系統(tǒng)包括居住艙、潛水鐘、潛水鐘回收釋放系統(tǒng)、氣體存放罐組、氣體凈化系統(tǒng)、生命支持系統(tǒng)、應急逃生系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等模塊。

(1)居住艙：潛水員居住的艙室，與外界隔絕，并保持高壓，內(nèi)設環(huán)境控制系統(tǒng)、生活娛樂設施。

(2)潛水鐘：用于運載潛水員，并往返于作業(yè)地點和居住艙。鐘內(nèi)壓力與居住艙和作業(yè)地點相同，一般承載3名潛水員。

(3)潛水鐘回收釋放系統(tǒng)：該系統(tǒng)包括潛水鐘吊放絞車、配重架絞車、臍帶絞車、月池導軌、潛水鐘輸送滑車、液壓泵站、配重架、導向罩、臍帶及滑輪組等。該系統(tǒng)用于回收和釋放潛水鐘，并且必須具備應急回收能力。

(4)氣體存放罐組：存放高壓氦氧混合氣體的容器，為居住艙和潛水員提供呼吸氣體。

(5)氣體凈化系統(tǒng)：由于氦氧混合氣體價格昂貴，同時為了保證潛水作業(yè)可以長時間進行，配備氣體凈化系統(tǒng)用于回收使用過的氣體。

(6)生命支持系統(tǒng)：由于潛水員的生活及工作都在高壓并與外界隔絕的環(huán)境里，故必須有1套維持潛水員正常生活和健康的生命支持系統(tǒng)。生命支持系統(tǒng)包含的設備非常多，有環(huán)境控制單元、熱水單元、呼吸氣體供給系統(tǒng)及黑灰水排放系統(tǒng)等。

(7)應急逃生系統(tǒng)：飽和潛水員的工作和生活都是在高壓環(huán)境下，因而如果遇到應急情況需要逃生，則也必須在高壓環(huán)境下逃生，否則由于與外界的巨大壓力差，會使人因身體爆裂而亡。該系統(tǒng)一般包含逃生通道、高壓救生艇及回收釋放系統(tǒng)等。

(8)控制系統(tǒng)：一般控制系統(tǒng)會被集成飽和控制室和潛水控制室這2個控制室。

2飽和潛水模塊的布置

飽和潛水支持船的結構及艙室布置必須在以滿足飽和潛水系統(tǒng)模塊的功能需要為前提下進行設計。105 m 潛水支持船總長105 m，型寬24 m，最高航速不低于12 kn，載重噸約為4 500 t。該船配備4臺2 500 kW主發(fā)電機和1臺1 100 kW輔助發(fā)電機；主推進裝置為2臺2 500 kW的Voith舵槳，2臺1 200 kW的管道推進器和1臺1 000 kW的伸縮推，滿足目前最先進的DP3動力定位系統(tǒng)。另外，還配置1套完整的300 m水深飽和潛水系統(tǒng)，1套娛樂通導系統(tǒng)，滿足ABS最新規(guī)范。該船的飽和潛水系統(tǒng)配置如下：

(1)3個居住艙和1個轉換艙，能容納15名飽和潛水員。

(2)能容納3名潛水員的潛水鐘。

(3)潛水深度為300 m海水深。

(4)2個高壓救生艇，各能容納15名潛水員。

2.1飽和潛水居住艙

居住艙在潛水系統(tǒng)中占地面積最大，是潛水員居住生活的地方，故一般布置在主甲板。考慮到舒適性，應把居住艙布置在船中，并且沿著船中對稱布置，以減少船身的晃動對潛水員生活的影響。飽和潛水居住艙布置示意圖如圖1所示。

圖1　飽和潛水居住艙布置示意圖

2.2潛水鐘回收釋放系統(tǒng)

潛水鐘回收釋放系統(tǒng)主要用于在水下和母船之間傳送潛水鐘，包含多部絞車及滑輪傳動系統(tǒng)，故所需的縱向空間最多。根據(jù)潛水鐘與轉換艙對接方向，可把潛水鐘回收釋放系統(tǒng)分為水平式和垂直式。水平式需要占用轉換艙所在甲板的空間，垂直式需要占用轉換艙上面一層的空間。由于該船配置的2套水下機器人系統(tǒng)需要布置在船中處，但主甲板上已首先考慮布置居住艙，所以只能安排在上面一層甲板。因而該船適用于水平式。根據(jù)水平式的特點，潛水鐘的釋放回收需完成以下幾個動作：

(1)釋放：潛水鐘脫離轉換艙，潛水鐘滑車將潛水鐘移入導軌中；潛水鐘提升絞車將潛水鐘拉起與導向罩對接，導向罩限位裝置釋放，下放潛水鐘，潛水鐘與配重架對接，潛水鐘下潛到作業(yè)地點。

(2)回收：潛水鐘絞車將潛水鐘提起，潛水鐘與配重架對接，潛水鐘托著配重架提升至導軌頂部，限位裝置將導向罩鎖住，潛水鐘滑車移入潛水鐘下放，潛水鐘滑車將潛水鐘移至轉換艙接口處，潛水鐘與轉換艙對接。

根據(jù)以上步驟，需要設計及布置的設備是：導軌、潛水鐘滑車、潛水鐘提升絞車、配重架絞車、導向罩、配重架、導向罩鎖止裝置及液壓動力系統(tǒng)等?？紤]到最大程度減少船體搖晃對潛水作業(yè)的影響，應將導軌中心設計在船中位置。由于潛水鐘滑車需要滑到潛水鐘下方，故導軌需要設計成上下2段，中間需要有一定間隔以保證滑車能通過；導向罩需要在導軌內(nèi)上下滑動，保證潛水鐘能離開導軌與轉換艙對接，設計時應考慮將潛水鐘和導向罩分開，故導軌的間隔必須比潛水鐘大。另外，導向罩與潛水鐘分離后為保證導向罩下方的空間足夠讓潛水鐘水平移動，導向罩鎖止位置必須夠高；潛水鐘和配重架都需要通過絞車及滑輪來運動，故需要相應的空間來布置這些設備，并保證提升鋼絲繩能夠在滑輪組間順暢滑動。根據(jù)以上分析， 105 m 潛水支持船的潛水鐘回收釋放系統(tǒng)的設計如圖2所示。

圖2　潛水鐘回收釋放系統(tǒng)示意圖

2.3高壓救生艇及艇架

高壓逃生救生艇需要布置在兩舷，并與居住艙通過逃生通道對接。因主甲板上已被龐大的居住艙占據(jù)，而整個高壓救生艇的回收釋放系統(tǒng)需要占用很大的空間，故將高壓救生艇及釋放架布置在上面一層。對于逃生通道，根據(jù)其出口方向不同，可分為上出口、水平出口和斜出口。上出口需要居住艙頂部有足夠的空間布置逃生通道，水平出口則需要占據(jù)大量的主甲板空間，同時也會造成通道的隔阻。由于該船主甲板上是船員居住處所，所以不適宜上出口，只能采用斜出口。采用斜出口的優(yōu)點是能給逃生通道下方留下足夠的空間布置其余房間，但也要保證逃生通道周圍有足夠的空間用于安裝和維護，故逃生通道的水平段高度需要合理設計以保證船上空間的合理利用。105 m 潛水支持船的的高壓逃生艇及釋放架布置如圖3所示。

圖3　高壓逃生艇及釋放架布置示意圖

2.4控制室

由于居住艙和潛水鐘狀態(tài)無法在1個控制室里觀察到，故將控制系統(tǒng)分在飽和控制室和潛水控制室。飽和控制室要求能有直接的通道通往居住艙和生命支持間，故布置在主甲板上與居住艙間連接，同時布置斜梯直接通往下一層甲板的生命支持間；而潛水控制室則要有一個視窗能直接觀察到潛水鐘的收放狀態(tài)[3]，故布置在飽和控制室上，并靠近導軌。105 m 潛水支持船的控制室布置如圖4所示。

圖4　控制室布置示意圖

由于生命支持系統(tǒng)包含眾多設備，連接管路非常多，布置時需要盡可能將這些設備靠近居住艙，以減少管路的長度，另外，根據(jù)需要，要求與飽和控制室有直接的通道連接，因此本船將該系統(tǒng)布置在飽和控制室底下，用斜梯連接。生命支持間具體布置如圖5所示。

3重要設備的安裝

飽和潛水員的生活及工作都是在居住艙和潛水鐘里進行?？紤]到各連接通道都需要能承載人的重量，設備的對接都應是剛性的。另外，考慮到潛水員居住和工作環(huán)境都為高壓狀態(tài)，對接點密性必須要保證，因而從潛水鐘到轉換艙及居住艙間的對中則需特別注意，潛水鐘需順暢的從轉換艙接口處脫開進入導軌并與導向罩對接。由于導軌是分成上下兩端，中間有一段間隔，故導軌、滑車導軌及潛水鐘與轉換艙的對中及定位就尤為重要?？紤]到轉換艙艉端為回收釋放系統(tǒng)，右端為居住艙，故將其作為定位基準點，這樣誤差累積環(huán)節(jié)將會為最少。導軌是由4段工字鋼組成，安裝時一定要保證4段工字鋼的平行度及間距誤差。滑車導軌則應以轉換艙接口為基準，因潛水鐘需要能和轉換艙自動對接，所以滑車導軌的平行度也需要嚴格控制。居住艙的自身重量非常大，但彼此間的對中要求又非常高，考慮對中需要，可以在居住艙底部加以滑塊設計。

圖5　生命支持間布置示意圖

4結語

飽和潛水系統(tǒng)是一項綜合性的復雜工程，技術密集度高，屬于高科技、高附加值產(chǎn)品，其設計及布置一定要基于用戶要求，并在充分了解各模塊的功能及組成設備的基礎上，結合具體船型后才可進行。在滿足設備布置的基礎上，需對設備及設備間的具體安裝要求加以分析，再確定具體的安裝方案。

參考文獻：

[1]葉似虬，季世軍.潛水技術基礎[M].大連：大連海事大學，2011.

[2]宋海鷹.飽和潛水專家系統(tǒng)的研究與開發(fā)[D].大連:大連海事大學,2015.

[3]蔡長松，嚴國華，張印桐.飽和潛水系統(tǒng)在作業(yè)船甲板的布置[J].中國造船， 2010,51(Z):95-101.

中圖分類號：U674.3

文獻標志碼：A

作者簡介：林蔚青(1979—)，男，工程師，主要從事船舶甲板機械方面研究。

收稿日期：2015-12-17