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(fù)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(gè)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(gè)功能模塊，并討論各個(gè)模塊布置及安裝的難點(diǎn)及方法，以保證各模塊的布置和設(shè)計(jì)都能夠滿足規(guī)范及船上空間的要求。

關(guān)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(xiàng)綜合技術(shù)密集度非常高的工程，所涉及的設(shè)備非常多，各個(gè)模塊里的設(shè)備布置及安裝都要滿足設(shè)備自身的要求及系統(tǒng)的技術(shù)要求。本文根據(jù)105 m潛水支持船實(shí)船經(jīng)驗(yàn)，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(duì)潛水設(shè)備艙室進(jìn)行合理的劃分，在充分利用船上空間的同時(shí)，保證了飽和潛水系統(tǒng)的完整性和準(zhǔn)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(yīng)作業(yè)環(huán)境的壓力并達(dá)到完全飽和。當(dāng)要到水下作業(yè)時(shí)，潛水員通過潛水鐘下潛到指定水深進(jìn)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(yīng)[1—2]以確保潛水設(shè)備、生命支持系統(tǒng)和輔助設(shè)備的正常運(yùn)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(yīng)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(shè)環(huán)境控制系統(tǒng)、生活?yuàn)蕵吩O(shè)施。

(2)潛水鐘：用于運(yùn)載潛水員，并往返于作業(yè)地點(diǎn)和居住艙。鐘內(nèi)壓力與居住艙和作業(yè)地點(diǎn)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(dǎo)軌、潛水鐘輸送滑車、液壓泵站、配重架、導(dǎo)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(yīng)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(jià)格昂貴，同時(shí)為了保證潛水作業(yè)可以長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)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(shè)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(yīng)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(yīng)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(huì)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(huì)被集成飽和控制室和潛水控制室這2個(gè)控制室。

2飽和潛水模塊的布置

飽和潛水支持船的結(jié)構(gòu)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(jìn)行設(shè)計(jì)。105 m 潛水支持船總長(zhǎng)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(tái)2 500 kW主發(fā)電機(jī)和1臺(tái)1 100 kW輔助發(fā)電機(jī)；主推進(jìn)裝置為2臺(tái)2 500 kW的Voith舵槳，2臺(tái)1 200 kW的管道推進(jìn)器和1臺(tái)1 000 kW的伸縮推，滿足目前最先進(jìn)的DP3動(dòng)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(dǎo)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(gè)居住艙和1個(gè)轉(zhuǎn)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(gè)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?？紤]到舒適性，應(yīng)把居住艙布置在船中，并且沿著船中對(duì)稱布置，以減少船身的晃動(dòng)對(duì)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(dòng)系統(tǒng)，故所需的縱向空間最多。根據(jù)潛水鐘與轉(zhuǎn)換艙對(duì)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(zhuǎn)換艙所在甲板的空間，垂直式需要占用轉(zhuǎn)換艙上面一層的空間。由于該船配置的2套水下機(jī)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(diǎn)，潛水鐘的釋放回收需完成以下幾個(gè)動(dòng)作：

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

(2)回收：潛水鐘絞車將潛水鐘提起，潛水鐘與配重架對(duì)接，潛水鐘托著配重架提升至導(dǎo)軌頂部，限位裝置將導(dǎo)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(zhuǎn)換艙接口處，潛水鐘與轉(zhuǎn)換艙對(duì)接。

根據(jù)以上步驟，需要設(shè)計(jì)及布置的設(shè)備是：導(dǎo)軌、潛水鐘滑車、潛水鐘提升絞車、配重架絞車、導(dǎo)向罩、配重架、導(dǎo)向罩鎖止裝置及液壓動(dòng)力系統(tǒng)等?？紤]到最大程度減少船體搖晃對(duì)潛水作業(yè)的影響，應(yīng)將導(dǎo)軌中心設(shè)計(jì)在船中位置。由于潛水鐘滑車需要滑到潛水鐘下方，故導(dǎo)軌需要設(shè)計(jì)成上下2段，中間需要有一定間隔以保證滑車能通過；導(dǎo)向罩需要在導(dǎo)軌內(nèi)上下滑動(dòng)，保證潛水鐘能離開導(dǎo)軌與轉(zhuǎn)換艙對(duì)接，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮將潛水鐘和導(dǎo)向罩分開，故導(dǎo)軌的間隔必須比潛水鐘大。另外，導(dǎo)向罩與潛水鐘分離后為保證導(dǎo)向罩下方的空間足夠讓潛水鐘水平移動(dòng)，導(dǎo)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(yùn)動(dòng)，故需要相應(yīng)的空間來布置這些設(shè)備，并保證提升鋼絲繩能夠在滑輪組間順暢滑動(dòng)。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(shè)計(jì)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(duì)接。因主甲板上已被龐大的居住艙占據(jù)，而整個(gè)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(duì)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(shí)也會(huì)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(diǎn)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(hù)，故逃生通道的水平段高度需要合理設(shè)計(jì)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(gè)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(shí)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(gè)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(dǎo)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(shè)備，連接管路非常多，布置時(shí)需要盡可能將這些設(shè)備靠近居住艙，以減少管路的長(zhǎng)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(shè)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(jìn)行。考慮到各連接通道都需要能承載人的重量，設(shè)備的對(duì)接都應(yīng)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(duì)接點(diǎn)密性必須要保證，因而從潛水鐘到轉(zhuǎn)換艙及居住艙間的對(duì)中則需特別注意，潛水鐘需順暢的從轉(zhuǎn)換艙接口處脫開進(jìn)入導(dǎo)軌并與導(dǎo)向罩對(duì)接。由于導(dǎo)軌是分成上下兩端，中間有一段間隔，故導(dǎo)軌、滑車導(dǎo)軌及潛水鐘與轉(zhuǎn)換艙的對(duì)中及定位就尤為重要?？紤]到轉(zhuǎn)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(zhǔn)點(diǎn)，這樣誤差累積環(huán)節(jié)將會(huì)為最少。導(dǎo)軌是由4段工字鋼組成，安裝時(shí)一定要保證4段工字鋼的平行度及間距誤差?；噷?dǎo)軌則應(yīng)以轉(zhuǎn)換艙接口為基準(zhǔn)，因潛水鐘需要能和轉(zhuǎn)換艙自動(dòng)對(duì)接，所以滑車導(dǎo)軌的平行度也需要嚴(yán)格控制。居住艙的自身重量非常大，但彼此間的對(duì)中要求又非常高，考慮對(duì)中需要，可以在居住艙底部加以滑塊設(shè)計(jì)。

圖5　生命支持間布置示意圖

4結(jié)語

飽和潛水系統(tǒng)是一項(xiàng)綜合性的復(fù)雜工程，技術(shù)密集度高，屬于高科技、高附加值產(chǎn)品，其設(shè)計(jì)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(shè)備的基礎(chǔ)上，結(jié)合具體船型后才可進(jìn)行。在滿足設(shè)備布置的基礎(chǔ)上，需對(duì)設(shè)備及設(shè)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(xiàn)：

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中圖分類號(hào)：U674.3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

作者簡(jiǎn)介：林蔚青(1979—)，男，工程師，主要從事船舶甲板機(jī)械方面研究。

收稿日期：2015-12-17