飽和潛水支持船潛水鐘月池設計分析

張威，徐鋒

飽和潛水支持船潛水鐘月池設計分析

張威，徐鋒

（上海振華重工（集團）有限公司，上海 200125）

通過上海振華重工（集團）有限公司近期設計建造的一艘多功能飽和潛水支持船“ZPMC PELAGIC”的潛水鐘月池設計方案，詳細分析了潛水鐘月池設計中月池結構、潛水鐘導軌、月池消波措施等設計要點，為類似月池的設計提供一定的借鑒和指導意見。

飽和潛水支持船；潛水鐘月池；消波設計；飽和潛水技術

飽和潛水技術是一種應用于深水海洋環境，潛水員長期處于水下高壓環境進行作業的潛水方式。按照國際慣例，當潛水作業水深大于120 m，時間超過1 h，一般都是采用飽和潛水技術。通過潛水鐘把處于高壓飽和狀態下的潛水員送到預定的作業水深，潛水員出潛水鐘后直接暴露于高壓環境進行水下作業，休息時潛水員返回潛水鐘，通過潛水鐘回到水面上作業母船的高壓居住艙內。

飽和潛水作業設備系統通過潛水鐘收放系統（LARS）將潛水鐘吊起經過潛水鐘月池進行下放和回收，潛水鐘經過“潛水鐘月池”時，潛水鐘月池內的結構沖擊、水流沖擊和垂向抽吸氣塞會對處于飽和壓力環境下的潛水鐘內部產生強烈的沖擊波，對潛水鐘內的潛水員的安全和心理造成直接影響，也可能損壞潛水鐘表面附帶的設備、線管、照明燈具、水下攝像頭等。通過合理經濟的潛水鐘月池設計方案，減少潛水鐘下潛和回收時的卡頓和消除潛水月池內水波和抽吸氣塞，對保護潛水鐘內的人員和實現潛水鐘的安全下放和回收非常重要。

1 項目背景

“ZPMC PELAGIC”是上海振華重工（集團）有限公司負責設計建造的一艘多功能飽和潛水支持船，該船搭載一套24人雙鐘全自動飽和潛水系統，系統可容納24名潛水員，潛水員可分批次進行不間斷的深達300 m的飽和潛水作業。潛水系統同時滿足國際海事承包商協會IMCA標準及挪威科技標準協會的NORSOK潛水相關標準。整套飽和潛水系統由高壓居住艙（DDC）、潛水鐘（Bell）、收放系統（LARS）、控制系統、生命支持系統（ECU）、水下通信系統等復雜設備組成。整套系統在充分考慮潛水安全的前提下兩套潛水鐘可同時進行相同水深或不同水深的飽和潛水作業。此外，該船還同時裝備了一套氦氧混合表面潛水系統，用于水深小于60 m時的潛水作業。船上還裝設了兩臺具備“主動波浪補償”功能的深水海工折臂吊機，主吊機機的最大起吊能力達400 t，最大作業水深可達3 000 m。輔助吊機最大起吊能力達25 t，最大作業水深可達600 m，具備吊人功能，可用于潛水鐘的應急回收。

該船動力定位系統滿足挪威船級社DYNPOS AUTRO和DYNPOS ER入籍符號，也就是通俗來講的DP 3級和DP加強級動力定位。動力定位能力達到ERN99.99.99.99，潛水系統可在各種惡劣海況下進行下潛和回收作業。

潛水鐘收放系統由潛水鐘主絞車、導向鋼絲繩絞車、臍帶纜絞車、被動波浪補償器、液壓單元、潛水鐘小車和操控臺等組成。

潛水鐘收放系統主要設計參數如表1所示。

表1 潛水鐘收放系統主要設計參數

設計溫度﹣10～55 ℃ 最大傾斜橫傾5°，縱傾2° 最大搖擺橫搖±22.5°，縱搖±10° 最大有意波高5.5 m

2 潛水鐘月池結構設計

在海上，飽和潛水鐘月池內的水面上會有水波，隨著船舶的搖蕩，特別是在海上惡劣海況條件下會進一步加劇，在潛水鐘月池內引起復雜的水波運動，加大月池水面波浪高度，不實施有效的處理，有時潛水鐘月池內的水面波高會大于所處海洋環境，給潛水鐘穿越月池造成更為惡劣的環境條件。飽和潛水作業時，潛水鐘內的潛水員處在潛水深度所要求的高壓環境下，潛水鐘月池內的水流運動沖擊和垂向抽吸氣塞會對飽和壓力環境下的潛水鐘內部產生強烈的沖擊波，對潛水鐘表面設備管線等造成破壞，也會嚴重危害潛水員的安全和健康。

本船潛水鐘月池是一個垂向的箱體結構，在潛水鐘月池的垂向結構艙壁上設置著由水平擋浪板和垂直擋浪板組成的多層中空隔層；水平擋浪板和垂直擋浪板上均勻開設多個圓形減輕孔。當海浪或浪涌拍打潛水鐘月池結構時，浪涌通過減輕孔進入由水平擋浪板和垂直擋浪板組成的多個小的中空箱體，海水短暫滯留在小箱體內，多孔箱體結構對波浪形成了緩沖，降低了水波的波動浮動，從而減緩海浪的沖擊，在潛水鐘月池內形成相對緩和的水流環境。而且，多孔箱體結構形成了水流和空氣的附件流通通道和水流緩沖區間，可以消除潛水鐘上下穿越潛水鐘月池時所產生的垂向抽吸氣泵現象，消除潛水鐘月池內垂向抽吸氣泵對潛水鐘的沖擊。本船潛水鐘月池呈矩形，月池艙壁上的水平和垂直擋浪板也多采用矩形，結構簡單，便于布置和裝配焊接施工。水平隔板上的開孔尺寸略小于豎直隔板上的開孔尺寸。潛水鐘月池內每層水平隔板均與潛水鐘外形相仿，尺寸略大于潛水鐘，平臺邊緣做倒圓角處理，可進一步減緩水流運動對潛水鐘的下放和回收的影響。月池底部與船體結構連接處做成喇叭口形狀，末端采用重型耐磨圓鋼，作為潛水鐘回收進入潛水鐘月池的導向結構。通過本船海試時的潛水鐘實效下潛和回收試驗驗證，該結構形式對降低水波和減小潛水鐘下放和回收通過月池時所產生的垂向抽吸氣塞現象有良好的效果。

3 潛水鐘軌道設計

實施潛水鐘下潛作業時，潛水鐘和保護框架一起進入潛水鐘月池，潛水鐘保護框架外裝有直角形導向卡槽。潛水鐘和保護框架一起沿潛水鐘月池軌道滑行，緩慢入水，保護框架滑動到月池底部時停止動作，潛水鐘繼續下潛出艙，直至下放至作業水深。在海上作業時，船舶始終處于搖蕩狀態，潛水鐘經過月池時，會隨著船舶搖蕩而搖晃，可能造成潛水鐘傾斜，導向卡槽受力不均，從而造成潛水鐘和保護結構的卡頓和碰撞，對潛水鐘內部產生一定的沖擊。嚴重時，甚至可能導致潛水鐘和保護框架卡在月池內上下不得，對潛水作業造成惡劣影響。

本船潛水鐘月池四個角分別設置潛水鐘軌道，軌道由角鋼、鋼管及支撐肘板組成。鋼管上下封堵密封，在鋼管內充裝惰性氣體，以達到更好的防腐蝕效果。潛水鐘軌道與船底喇叭口處采用帶面板的加強肘板連接，面板上設置特氟龍防磨板材，可一定程度上減輕潛水鐘回收時與船體結構的碰撞沖擊。該方案設計簡單，便于施工，有利于對潛水鐘軌道垂直度的控制，可減少潛水鐘上下經過月池時的卡頓和碰撞。

4 潛水鐘月池吹氣系統設計

本船飽和潛水月池還設置了吹氣系統，吹氣系統有20個壓縮空氣噴嘴，布置在潛水鐘月池底部和圍壁四周。在壓縮空氣供氣管路上設置電控流量閥，可在遠程進行流量設定和開關控制。壓縮空氣管路和噴嘴安裝在擋浪結構中，不得伸入潛水月池中，以免碰撞損壞和影響潛水鐘上下穿越潛水鐘月池時的安全。潛水鐘下放室，噴嘴向潛水鐘月池中噴出壓縮空氣，在水中吹出大量氣泡，形成阻尼層，減緩波浪的運動，在較短時間內消除潛水鐘月池內的波浪及涌流，使水面運動逐漸平緩。

在潛水鐘潛入水前，開啟壓縮空氣控制閥，由噴嘴向潛水鐘月池內噴入壓縮空氣，使潛水鐘月池內的波浪和涌流運動逐漸減小，水面趨于平靜，在潛水鐘沒入水面后停止吹氣。在潛水鐘回收出水前開啟壓縮空氣控制閥，由噴嘴向潛水鐘月池鐘噴入壓縮空氣，使潛水鐘月池水面的水波迅速消除而恢復平靜，給潛水鐘回收進船體提供平緩的水面環境，在潛水鐘完全進入船體后即可關閉。在海況環境良好，潛水鐘月池內風平浪靜水面平穩時，也可以不開啟壓縮空氣吹氣系統。通常情況下，吹氣系統與月池擋浪結構同時適用，可以起到更好的消波作用，為潛水鐘下潛和回收操作提供良好的水面環境。

5 結論

隨著海工市場的不斷發展，海洋裝備的使用日益增加，對潛水作業的需求也越來越大。飽和潛水技術在深海資源開發、海疆保衛建設、國民經濟發展中將會展現巨大的發展前景。本項目通過對潛水鐘月池結構、導向軌道和消波措施等的深入設計，為潛水沖的安全下潛和回收作業提供安全保障，消除了潛水鐘月池內波浪環境和船舶搖擺對潛水鐘作業的不利影響。同時，也保證了潛水鐘內潛水員的安全和心理健康，從而提升飽和潛水作業效率，獲得更好的經濟收益和社會效益。

［1］劉貞飛，嚴國華，陳雷，等.飽和潛水在海洋工程中的應用［J］.中國水運，2012（3）：38-39.

［2］周校國，李雨，江沭淮，等.多層直立開孔擋板透空式防波堤消浪性能試驗研究［J］.水運工程，2014（1）：31-35，57.

U674.3

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.08.042

2095－6835（2020）08－0100－02

〔編輯：嚴麗琴〕