一種水下浮體的安裝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種水下浮體的安裝方法，特別涉及一種大型或超大型耐壓水下浮體的安裝方法。
【背景技術(shù)】
[0002]浮式生產(chǎn)儲卸裝置(FPSO)是一種重要的海洋油氣資源開發(fā)設(shè)備，由于深水FPSO的支撐結(jié)構(gòu)的水下立管管路長、質(zhì)量大、受渦激振作用強(qiáng)，為保障主船體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性等結(jié)構(gòu)安全，通常在水下一定深度設(shè)置若干水下浮體，用以支撐來自深海海底的管線，減輕深水立管對FPSO的負(fù)載作用。水下浮體通常為非耐壓結(jié)構(gòu)，因而在下水安裝過程中，需要隨著入水深度的遞增而逐段進(jìn)行充氣增壓，以平衡遞增的水壓，因此整個入水過程是分段進(jìn)行的。這種分段入水安裝方法增加了入水控制點(diǎn)，可及時調(diào)節(jié)浮體位置和姿態(tài)，因而安裝過程具有較高的可控性和準(zhǔn)確度，但是，分段入水安裝方法需要在過程中不斷地充氣增壓、調(diào)整姿態(tài)，使安裝過程過于復(fù)雜，安裝時間顯著延長，造成過高的操作成本和安裝風(fēng)險。特別是隨著技術(shù)的發(fā)展，水下浮體的結(jié)構(gòu)趨于大型化、入水趨于深?；侄稳胨惭b方法的缺陷日益明顯。
[0003]針對非耐壓水下浮體的缺陷，武漢武船海洋工程船舶設(shè)計有限公司公開的實用新型ZL201320416941.4中提出了一種耐壓水下浮體，在浮體內(nèi)部設(shè)置了耐壓艙，并在非耐壓分艙中加入了透氣系統(tǒng)和通水系統(tǒng)，使得浮體在下水過程中無需壓力調(diào)整和姿態(tài)調(diào)整操作，浮體在牽引系統(tǒng)作用下一次性下水至指定嘗試，從而縮短了安裝時間，降低了安裝成本。但是，上述專利仍然存在明顯的缺陷與不足:浮體入水過程受到重力、浮力、牽引力、水體阻力等多個力的作用，其中水體阻力受到風(fēng)浪影響變化較大，浮體入水過程為變速運(yùn)動，運(yùn)動規(guī)律難以掌握控制，使?fàn)恳O(shè)備一次性地將浮體牽引至指定深度并且同時速度為零的控制難度較大，雖然有自動控制系統(tǒng)通過不斷的測量、反饋和調(diào)整改變浮體的運(yùn)動狀態(tài)，但仍然難以達(dá)到滿意的控制效果，并且控制成本較高。顯然，對于耐壓水下浮體的安裝需要一種操作更簡單并且更安全可控的操作方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的水下浮體安裝方法存在的一次性下水的控制難度大、控制成本高、安裝風(fēng)險大等缺陷與不足，提供一種水下浮體的新型安裝方法，將下水過程分為速度調(diào)整和自由下水兩個階段，在不同重力浮力差的下水曲線數(shù)據(jù)庫的指導(dǎo)下，在速度調(diào)整階段使浮體在規(guī)定入水距離內(nèi)到達(dá)目標(biāo)速度，并調(diào)整重力浮力差為零，在自由下水階段內(nèi)僅在水體阻力作用下作減速運(yùn)動，最終在速度為零時到達(dá)指定深度，完成整個下水過程，本方法具有操作簡單、安全可控、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。
[0005]本發(fā)明為實現(xiàn)技術(shù)目的采用的技術(shù)方案是:一種水下浮體的安裝方法，包括以下步驟:
[0006]I)建立不同重力浮力差的水下浮體的下水曲線數(shù)據(jù)庫；
[0007]2)確定速度調(diào)整階段的下水距離SI和臨界速度V，根據(jù)浮體的即時安裝環(huán)境和自身浮力調(diào)整能力確定SI，總下水距離S減去SI后得到自由下水階段的下水距離S2，然后在重力浮力差為零的下水曲線上選取目標(biāo)點(diǎn)，所述目標(biāo)點(diǎn)到曲線終點(diǎn)的水平距離等于S2，所述目標(biāo)點(diǎn)對應(yīng)的速度即為臨界速度V ;
[0008]3)確定預(yù)設(shè)重力浮力差C，查找下水曲線數(shù)據(jù)庫，找到預(yù)設(shè)下水曲線Q，所述預(yù)設(shè)下水曲線Q上的下水深度等于SI時、下水速度正好等于臨界速度V，所述預(yù)設(shè)下水曲線Q對應(yīng)的浮體重力浮力差即為預(yù)設(shè)重力浮力差C ;
[0009]4)調(diào)整水下浮體的浮力，使水下浮體的重力浮力差等于預(yù)設(shè)重力浮力差C，牽引水下浮體下水進(jìn)入速度調(diào)整階段；
[0010]5)在速度調(diào)整階段，監(jiān)測系統(tǒng)不斷監(jiān)測水下浮體的實測深度和實測速度并傳輸至控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)將實測深度和實測速度與預(yù)設(shè)下水曲線Q進(jìn)行對比，當(dāng)實測速度不等于預(yù)設(shè)下水曲線上對應(yīng)深度的對應(yīng)速度時，再次查找下水曲線數(shù)據(jù)庫，找到另一條預(yù)設(shè)下水曲線Q’，所述預(yù)設(shè)下水曲線Q’中的下水速度由水下浮體的實測速度降為臨界速度V所需的下水深度，正好等于水下浮體的速度調(diào)整階段的剩余深度，所述下水曲線Q’對應(yīng)的浮力重力差即為新的預(yù)設(shè)重力浮力差C’，調(diào)整水下浮體的浮力，使得水下浮體的重力浮力差等于新設(shè)重力浮力差C’，水下浮體繼續(xù)下水；
[0011]6)當(dāng)水下浮體下降至速度調(diào)整階段的終點(diǎn)時，水下浮體的實測速度正好等于臨界速度V，控制系統(tǒng)調(diào)整水下浮體的浮力，使得水下浮體的重力浮力差為零，水下浮體進(jìn)入自由下水階段；
[0012]7)水下浮體在水體阻力作用下減速下水，當(dāng)速度為零時正好到達(dá)指定的下水深度，完成水下浮體安裝。
[0013]一種水下浮體的安裝方法，所述步驟5)還包括步驟5-1)?5-2):
[0014]5-1)當(dāng)水下浮體的實測速度不等于預(yù)設(shè)下水曲線Q上對應(yīng)深度的對應(yīng)速度，并且由于剩余下水深度過短而在下水曲線數(shù)據(jù)庫中不能找到滿足要求的新的預(yù)設(shè)下水曲線Q’時，則增大下水距離SI至SI’，并計算得到新的自由下水階段的下水距離S2’，再通過重力浮力差為零的下水曲線確定新的臨界速度V’ ；
[0015]5-2)再次查找下水曲線數(shù)據(jù)庫，找到另一條預(yù)設(shè)下水曲線Q”，所述預(yù)設(shè)下水曲線Q”中的下水速度由水下浮體的實測速度降為臨界速度V’所需的下水深度，正好等于水下浮體的下水距離SI，的剩余深度，所述預(yù)設(shè)下水曲線Q”對應(yīng)的浮力重力差即為新的預(yù)設(shè)重力浮力差C”，調(diào)整水下浮體的浮力，使得水下浮體的重力浮力差等于新的預(yù)設(shè)重力浮力差C”，水下浮體繼續(xù)入水。
[0016]一種水下浮體的安裝方法，還包括步驟8):8)根據(jù)水下浮體結(jié)構(gòu)所允許的最大下水深度和安全系數(shù)，確定水下浮體對應(yīng)下水深度的最大速度，得到水下浮體的安全帶曲線，在水下浮體的整個下水過程中，監(jiān)測系統(tǒng)不斷地監(jiān)測水下浮體的實測深度和實測速度并傳輸至控制系統(tǒng)，當(dāng)檢測到水下浮體的實測速度大于安全帶曲線上對應(yīng)下水深度的對應(yīng)速度時，控制系統(tǒng)調(diào)整浮力至到最大值，使水下浮體上浮至水面，從步驟4)開始重新安裝。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0018]1、本發(fā)明的安裝方法將下水過程分為速度調(diào)整和自由下水兩個階段，并將兩個階段的分界點(diǎn)作為控制點(diǎn)，控制浮體在分界點(diǎn)處的速度等于目標(biāo)速度，以及控制重力浮力差為零，從而控制浮體的下水速度和下水深度，與一次性下水的方法相比，大大增強(qiáng)了浮體下水的可控性和安全性。
[0019]2、本發(fā)明的安裝方法將下水過程分為速度調(diào)整和自由下水兩個階段，理論上而言，浮體在速度調(diào)整階段正常完成后無須進(jìn)行其他操作便可自由下水，直至預(yù)定水深處。與逐段下水相比，本發(fā)明的方法在保證安全性和可控性的基礎(chǔ)上，簡化了下水過程，從而提高了安裝效率，間接地降低了安裝成本。
[0020]3、本發(fā)明的安裝方法，以不同重力浮力差的下水曲線數(shù)據(jù)庫為指導(dǎo)，通過浮力設(shè)定與調(diào)整控制下水速度，并通過不斷的監(jiān)測與反饋進(jìn)行及時的調(diào)整，整個下水過程控制精準(zhǔn)、安全可靠，能適應(yīng)各種安裝環(huán)境和突發(fā)情況。
[0021]4、本發(fā)明的安裝方法中設(shè)置了最大下水速度限值，確保浮體整個安裝過程不會超過預(yù)定水深位置，防止出現(xiàn)較大水深造成浮體結(jié)構(gòu)破壞的后果，保障了浮體結(jié)構(gòu)安全。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明的水下浮體安裝方法的示意圖。
[0023]圖2是水下浮體在重力浮力差為零時的下水曲線圖；
[0024]圖3是水下浮體在重力浮力差為10噸時的下水曲線圖。
【具體實施方式】
[0025]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0026]本發(fā)明提供的耐壓水下浮體的安裝方法，將整個下水距離劃分為兩段，第一階段為速度調(diào)整階段，第二階段為自由下水階段。速度調(diào)整階段的目的是在規(guī)定的下水距離內(nèi)，通過調(diào)整水下浮體的重力浮力差，將水下浮體的速度調(diào)整為設(shè)定目標(biāo)值，并調(diào)整浮體重力浮力差為零。自由下水階段以速度調(diào)整階段的最后狀態(tài)開始，期間無須任何操作，水下浮體自由下沉，即在整個自由下水階段，水下浮體的重力浮力差始終為零，僅在下水阻力的作用下作減速運(yùn)動，最終停留在預(yù)定水深處。
[0027]本發(fā)明提供的耐壓水下浮體的安裝方法包括以下步驟I)-7):
[0028]I)建立不同重力浮力差的水下浮體的下水曲線數(shù)據(jù)庫。繪制不同重力浮力差(包括重力浮力差為零)的水下浮體下水曲線，例如圖1和圖2的示例，建立下水曲線數(shù)據(jù)庫，作為控制系統(tǒng)的參考數(shù)據(jù)庫。
[0029]2)確定速度調(diào)整階段的下水距離SI和臨界速度V。顯然，確定SI之后，自由下水階段的下水距離S2用總下水距離S減去SI即可得到。臨界速度V是速度調(diào)整階段的最終下水速度，也是速度調(diào)整階段和自由入水階段臨界點(diǎn)的下水速度。
[0030]通常根據(jù)浮體的即時安裝環(huán)境和自身浮力調(diào)整能力確定SI，有時還需要通過實驗輔助分析。顯然，水下浮體在實際工程安裝中，速度調(diào)整階段的下水距離Si越小，浮體自由下水的距離S2就越長，安裝就更簡單、更順利，因此SI是將水下浮體的下水速度調(diào)整為臨界速度V的最短下水距離。
[0031]確定SI和S2之后，可通過重力浮力差為零的下水曲線得到臨界速度V。參見圖1，在浮體重力浮力差為零的下水曲線上選取目標(biāo)點(diǎn)，該目標(biāo)點(diǎn)到曲線終點(diǎn)的水平距離等于S2，此目標(biāo)點(diǎn)對應(yīng)的速度即為臨界速度。因為水下浮體以此臨界速度為起速度，在自由下水階段(重力浮力差為零)下水距離等于S2時，速度正好自臨界速度V降為零，從而完成下水過程。
[0032]3)確定預(yù)設(shè)重力浮力差C。查找下水曲線數(shù)據(jù)庫，找到一條預(yù)設(shè)下水曲線Q，該曲線上的下水深度等于SI時下水速度正好等于臨界速度V，則該預(yù)設(shè)下水曲線Q對應(yīng)的重力浮力差即為預(yù)設(shè)重力浮力差C。
[0033]4)調(diào)整水下浮體的浮力，使水下浮體的重力浮力差等于預(yù)設(shè)重力浮力差C，牽引水下浮體下水進(jìn)入速度調(diào)整階段。
[0034]5)調(diào)整預(yù)設(shè)下水曲線和預(yù)設(shè)重力浮力差。在速度調(diào)整階段，理論上講，按照預(yù)設(shè)的重力浮力差和下水深度Si，浮體在到達(dá)臨界點(diǎn)時的速度正好達(dá)到臨界速度。但是，實際安裝環(huán)境和操作精度的不確定性使得浮體顯然不可能完全按照預(yù)想那樣完成安裝，浮體到達(dá)臨界點(diǎn)的速度可能出現(xiàn)大于或小于目標(biāo)速度VA。因此需要在速度調(diào)整階段及時進(jìn)行調(diào)整，即根據(jù)實測速度和剩