饱和潜水系统在潜水支持船上的布置研究

林蔚青

(福建省马尾造船股份有限公司，福建 福州 350015)



饱和潜水系统在潜水支持船上的布置研究

林蔚青

(福建省马尾造船股份有限公司，福建 福州 350015)

摘要：饱和潜水系统作为大深度作业的主要方式，能够完成400 m海水深以内的诸多复杂水下作业。饱和潜水系统包括生命支持系统、潜水钟回收释放系统、居住舱、饱和控制室和潜水控制室等模块，这些模块的安装连接组成了一个完整功能的饱和潜水系统。以105 m 潜水支持船为例，介绍饱和潜水系统各个功能模块，并讨论各个模块布置及安装的难点及方法，以保证各模块的布置和设计都能够满足规范及船上空间的要求。

关键词：饱和潜水系统；生命支持系统；潜水钟；居住舱；潜水

0引言

饱和潜水系统是一项综合技术密集度非常高的工程，所涉及的设备非常多，各个模块里的设备布置及安装都要满足设备自身的要求及系统的技术要求。本文根据105 m潜水支持船实船经验，阐述了饱和潜水系统在船上安装及布置的原则及方法，对潜水设备舱室进行合理的划分，在充分利用船上空间的同时，保证了饱和潜水系统的完整性和准确性。

1饱和潜水系统介绍

饱和潜水系统模块一般安装在潜水支持母船上。饱和潜水员在作业开始前，必须先生活在居住舱内，使身体逐渐适应作业环境的压力并达到完全饱和。当要到水下作业时，潜水员通过潜水钟下潜到指定水深进行作业，作业完成后，再通过潜水钟回到居住舱内。由于潜水员的工作及生活都处在高压状态下，与外界完全处于隔绝状态，故母船必须有稳定的气液电供应[1—2]以确保潜水设备、生命支持系统和辅助设备的正常运行。

饱和潜水系统包括居住舱、潜水钟、潜水钟回收释放系统、气体存放罐组、气体净化系统、生命支持系统、应急逃生系统、控制系统等模块。

(1)居住舱：潜水员居住的舱室，与外界隔绝，并保持高压，内设环境控制系统、生活娱乐设施。

(2)潜水钟：用于运载潜水员，并往返于作业地点和居住舱。钟内压力与居住舱和作业地点相同，一般承载3名潜水员。

(3)潜水钟回收释放系统：该系统包括潜水钟吊放绞车、配重架绞车、脐带绞车、月池导轨、潜水钟输送滑车、液压泵站、配重架、导向罩、脐带及滑轮组等。该系统用于回收和释放潜水钟，并且必须具备应急回收能力。

(4)气体存放罐组：存放高压氦氧混合气体的容器，为居住舱和潜水员提供呼吸气体。

(5)气体净化系统：由于氦氧混合气体价格昂贵，同时为了保证潜水作业可以长时间进行，配备气体净化系统用于回收使用过的气体。

(6)生命支持系统：由于潜水员的生活及工作都在高压并与外界隔绝的环境里，故必须有1套维持潜水员正常生活和健康的生命支持系统。生命支持系统包含的设备非常多，有环境控制单元、热水单元、呼吸气体供给系统及黑灰水排放系统等。

(7)应急逃生系统：饱和潜水员的工作和生活都是在高压环境下，因而如果遇到应急情况需要逃生，则也必须在高压环境下逃生，否则由于与外界的巨大压力差，会使人因身体爆裂而亡。该系统一般包含逃生通道、高压救生艇及回收释放系统等。

(8)控制系统：一般控制系统会被集成饱和控制室和潜水控制室这2个控制室。

2饱和潜水模块的布置

饱和潜水支持船的结构及舱室布置必须在以满足饱和潜水系统模块的功能需要为前提下进行设计。105 m 潜水支持船总长105 m，型宽24 m，最高航速不低于12 kn，载重吨约为4 500 t。该船配备4台2 500 kW主发电机和1台1 100 kW辅助发电机；主推进装置为2台2 500 kW的Voith舵桨，2台1 200 kW的管道推进器和1台1 000 kW的伸缩推，满足目前最先进的DP3动力定位系统。另外，还配置1套完整的300 m水深饱和潜水系统，1套娱乐通导系统，满足ABS最新规范。该船的饱和潜水系统配置如下：

(1)3个居住舱和1个转换舱，能容纳15名饱和潜水员。

(2)能容纳3名潜水员的潜水钟。

(3)潜水深度为300 m海水深。

(4)2个高压救生艇，各能容纳15名潜水员。

2.1饱和潜水居住舱

居住舱在潜水系统中占地面积最大，是潜水员居住生活的地方，故一般布置在主甲板。考虑到舒适性，应把居住舱布置在船中，并且沿着船中对称布置，以减少船身的晃动对潜水员生活的影响。饱和潜水居住舱布置示意图如图1所示。

图1　饱和潜水居住舱布置示意图

2.2潜水钟回收释放系统

潜水钟回收释放系统主要用于在水下和母船之间传送潜水钟，包含多部绞车及滑轮传动系统，故所需的纵向空间最多。根据潜水钟与转换舱对接方向，可把潜水钟回收释放系统分为水平式和垂直式。水平式需要占用转换舱所在甲板的空间，垂直式需要占用转换舱上面一层的空间。由于该船配置的2套水下机器人系统需要布置在船中处，但主甲板上已首先考虑布置居住舱，所以只能安排在上面一层甲板。因而该船适用于水平式。根据水平式的特点，潜水钟的释放回收需完成以下几个动作：

(1)释放：潜水钟脱离转换舱，潜水钟滑车将潜水钟移入导轨中；潜水钟提升绞车将潜水钟拉起与导向罩对接，导向罩限位装置释放，下放潜水钟，潜水钟与配重架对接，潜水钟下潜到作业地点。

(2)回收：潜水钟绞车将潜水钟提起，潜水钟与配重架对接，潜水钟托着配重架提升至导轨顶部，限位装置将导向罩锁住，潜水钟滑车移入潜水钟下放，潜水钟滑车将潜水钟移至转换舱接口处，潜水钟与转换舱对接。

根据以上步骤，需要设计及布置的设备是：导轨、潜水钟滑车、潜水钟提升绞车、配重架绞车、导向罩、配重架、导向罩锁止装置及液压动力系统等。考虑到最大程度减少船体摇晃对潜水作业的影响，应将导轨中心设计在船中位置。由于潜水钟滑车需要滑到潜水钟下方，故导轨需要设计成上下2段，中间需要有一定间隔以保证滑车能通过；导向罩需要在导轨内上下滑动，保证潜水钟能离开导轨与转换舱对接，设计时应考虑将潜水钟和导向罩分开，故导轨的间隔必须比潜水钟大。另外，导向罩与潜水钟分离后为保证导向罩下方的空间足够让潜水钟水平移动，导向罩锁止位置必须够高；潜水钟和配重架都需要通过绞车及滑轮来运动，故需要相应的空间来布置这些设备，并保证提升钢丝绳能够在滑轮组间顺畅滑动。根据以上分析， 105 m 潜水支持船的潜水钟回收释放系统的设计如图2所示。

图2　潜水钟回收释放系统示意图

2.3高压救生艇及艇架

高压逃生救生艇需要布置在两舷，并与居住舱通过逃生通道对接。因主甲板上已被庞大的居住舱占据，而整个高压救生艇的回收释放系统需要占用很大的空间，故将高压救生艇及释放架布置在上面一层。对于逃生通道，根据其出口方向不同，可分为上出口、水平出口和斜出口。上出口需要居住舱顶部有足够的空间布置逃生通道，水平出口则需要占据大量的主甲板空间，同时也会造成通道的隔阻。由于该船主甲板上是船员居住处所，所以不适宜上出口，只能采用斜出口。采用斜出口的优点是能给逃生通道下方留下足够的空间布置其余房间，但也要保证逃生通道周围有足够的空间用于安装和维护，故逃生通道的水平段高度需要合理设计以保证船上空间的合理利用。105 m 潜水支持船的的高压逃生艇及释放架布置如图3所示。

图3　高压逃生艇及释放架布置示意图

2.4控制室

由于居住舱和潜水钟状态无法在1个控制室里观察到，故将控制系统分在饱和控制室和潜水控制室。饱和控制室要求能有直接的通道通往居住舱和生命支持间，故布置在主甲板上与居住舱间连接，同时布置斜梯直接通往下一层甲板的生命支持间；而潜水控制室则要有一个视窗能直接观察到潜水钟的收放状态[3]，故布置在饱和控制室上，并靠近导轨。105 m 潜水支持船的控制室布置如图4所示。

图4　控制室布置示意图

由于生命支持系统包含众多设备，连接管路非常多，布置时需要尽可能将这些设备靠近居住舱，以减少管路的长度，另外，根据需要，要求与饱和控制室有直接的通道连接，因此本船将该系统布置在饱和控制室底下，用斜梯连接。生命支持间具体布置如图5所示。

3重要设备的安装

饱和潜水员的生活及工作都是在居住舱和潜水钟里进行。考虑到各连接通道都需要能承载人的重量，设备的对接都应是刚性的。另外，考虑到潜水员居住和工作环境都为高压状态，对接点密性必须要保证，因而从潜水钟到转换舱及居住舱间的对中则需特别注意，潜水钟需顺畅的从转换舱接口处脱开进入导轨并与导向罩对接。由于导轨是分成上下两端，中间有一段间隔，故导轨、滑车导轨及潜水钟与转换舱的对中及定位就尤为重要。考虑到转换舱艉端为回收释放系统，右端为居住舱，故将其作为定位基准点，这样误差累积环节将会为最少。导轨是由4段工字钢组成，安装时一定要保证4段工字钢的平行度及间距误差。滑车导轨则应以转换舱接口为基准，因潜水钟需要能和转换舱自动对接，所以滑车导轨的平行度也需要严格控制。居住舱的自身重量非常大，但彼此间的对中要求又非常高，考虑对中需要，可以在居住舱底部加以滑块设计。

图5　生命支持间布置示意图

4结语

饱和潜水系统是一项综合性的复杂工程，技术密集度高，属于高科技、高附加值产品，其设计及布置一定要基于用户要求，并在充分了解各模块的功能及组成设备的基础上，结合具体船型后才可进行。在满足设备布置的基础上，需对设备及设备间的具体安装要求加以分析，再确定具体的安装方案。

参考文献：

[1]叶似虬，季世军.潜水技术基础[M].大连：大连海事大学，2011.

[2]宋海鹰.饱和潜水专家系统的研究与开发[D].大连:大连海事大学,2015.

[3]蔡长松，严国华，张印桐.饱和潜水系统在作业船甲板的布置[J].中国造船， 2010,51(Z):95-101.

中图分类号：U674.3

文献标志码：A

作者简介：林蔚青(1979—)，男，工程师，主要从事船舶甲板机械方面研究。

收稿日期：2015-12-17