张威，徐锋

饱和潜水支持船潜水钟月池设计分析

张威，徐锋

（上海振华重工（集团）有限公司，上海 200125）

通过上海振华重工（集团）有限公司近期设计建造的一艘多功能饱和潜水支持船“ZPMC PELAGIC”的潜水钟月池设计方案，详细分析了潜水钟月池设计中月池结构、潜水钟导轨、月池消波措施等设计要点，为类似月池的设计提供一定的借鉴和指导意见。

饱和潜水支持船；潜水钟月池；消波设计；饱和潜水技术

饱和潜水技术是一种应用于深水海洋环境，潜水员长期处于水下高压环境进行作业的潜水方式。按照国际惯例，当潜水作业水深大于120 m，时间超过1 h，一般都是采用饱和潜水技术。通过潜水钟把处于高压饱和状态下的潜水员送到预定的作业水深，潜水员出潜水钟后直接暴露于高压环境进行水下作业，休息时潜水员返回潜水钟，通过潜水钟回到水面上作业母船的高压居住舱内。

饱和潜水作业设备系统通过潜水钟收放系统（LARS）将潜水钟吊起经过潜水钟月池进行下放和回收，潜水钟经过“潜水钟月池”时，潜水钟月池内的结构冲击、水流冲击和垂向抽吸气塞会对处于饱和压力环境下的潜水钟内部产生强烈的冲击波，对潜水钟内的潜水员的安全和心理造成直接影响，也可能损坏潜水钟表面附带的设备、线管、照明灯具、水下摄像头等。通过合理经济的潜水钟月池设计方案，减少潜水钟下潜和回收时的卡顿和消除潜水月池内水波和抽吸气塞，对保护潜水钟内的人员和实现潜水钟的安全下放和回收非常重要。

1 项目背景

“ZPMC PELAGIC”是上海振华重工（集团）有限公司负责设计建造的一艘多功能饱和潜水支持船，该船搭载一套24人双钟全自动饱和潜水系统，系统可容纳24名潜水员，潜水员可分批次进行不间断的深达300 m的饱和潜水作业。潜水系统同时满足国际海事承包商协会IMCA标准及挪威科技标准协会的NORSOK潜水相关标准。整套饱和潜水系统由高压居住舱（DDC）、潜水钟（Bell）、收放系统（LARS）、控制系统、生命支持系统（ECU）、水下通信系统等复杂设备组成。整套系统在充分考虑潜水安全的前提下两套潜水钟可同时进行相同水深或不同水深的饱和潜水作业。此外，该船还同时装备了一套氦氧混合表面潜水系统，用于水深小于60 m时的潜水作业。船上还装设了两台具备“主动波浪补偿”功能的深水海工折臂吊机，主吊机机的最大起吊能力达400 t，最大作业水深可达3 000 m。辅助吊机最大起吊能力达25 t，最大作业水深可达600 m，具备吊人功能，可用于潜水钟的应急回收。

该船动力定位系统满足挪威船级社DYNPOS AUTRO和DYNPOS ER入籍符号，也就是通俗来讲的DP 3级和DP加强级动力定位。动力定位能力达到ERN99.99.99.99，潜水系统可在各种恶劣海况下进行下潜和回收作业。

潜水钟收放系统由潜水钟主绞车、导向钢丝绳绞车、脐带缆绞车、被动波浪补偿器、液压单元、潜水钟小车和操控台等组成。

潜水钟收放系统主要设计参数如表1所示。

表1 潜水钟收放系统主要设计参数

设计温度﹣10～55 ℃ 最大倾斜横倾5°，纵倾2° 最大摇摆横摇±22.5°，纵摇±10° 最大有意波高5.5 m

2 潜水钟月池结构设计

在海上，饱和潜水钟月池内的水面上会有水波，随着船舶的摇荡，特别是在海上恶劣海况条件下会进一步加剧，在潜水钟月池内引起复杂的水波运动，加大月池水面波浪高度，不实施有效的处理，有时潜水钟月池内的水面波高会大于所处海洋环境，给潜水钟穿越月池造成更为恶劣的环境条件。饱和潜水作业时，潜水钟内的潜水员处在潜水深度所要求的高压环境下，潜水钟月池内的水流运动冲击和垂向抽吸气塞会对饱和压力环境下的潜水钟内部产生强烈的冲击波，对潜水钟表面设备管线等造成破坏，也会严重危害潜水员的安全和健康。

本船潜水钟月池是一个垂向的箱体结构，在潜水钟月池的垂向结构舱壁上设置着由水平挡浪板和垂直挡浪板组成的多层中空隔层；水平挡浪板和垂直挡浪板上均匀开设多个圆形减轻孔。当海浪或浪涌拍打潜水钟月池结构时，浪涌通过减轻孔进入由水平挡浪板和垂直挡浪板组成的多个小的中空箱体，海水短暂滞留在小箱体内，多孔箱体结构对波浪形成了缓冲，降低了水波的波动浮动，从而减缓海浪的冲击，在潜水钟月池内形成相对缓和的水流环境。而且，多孔箱体结构形成了水流和空气的附件流通通道和水流缓冲区间，可以消除潜水钟上下穿越潜水钟月池时所产生的垂向抽吸气泵现象，消除潜水钟月池内垂向抽吸气泵对潜水钟的冲击。本船潜水钟月池呈矩形，月池舱壁上的水平和垂直挡浪板也多采用矩形，结构简单，便于布置和装配焊接施工。水平隔板上的开孔尺寸略小于竖直隔板上的开孔尺寸。潜水钟月池内每层水平隔板均与潜水钟外形相仿，尺寸略大于潜水钟，平台边缘做倒圆角处理，可进一步减缓水流运动对潜水钟的下放和回收的影响。月池底部与船体结构连接处做成喇叭口形状，末端采用重型耐磨圆钢，作为潜水钟回收进入潜水钟月池的导向结构。通过本船海试时的潜水钟实效下潜和回收试验验证，该结构形式对降低水波和减小潜水钟下放和回收通过月池时所产生的垂向抽吸气塞现象有良好的效果。

3 潜水钟轨道设计

实施潜水钟下潜作业时，潜水钟和保护框架一起进入潜水钟月池，潜水钟保护框架外装有直角形导向卡槽。潜水钟和保护框架一起沿潜水钟月池轨道滑行，缓慢入水，保护框架滑动到月池底部时停止动作，潜水钟继续下潜出舱，直至下放至作业水深。在海上作业时，船舶始终处于摇荡状态，潜水钟经过月池时，会随着船舶摇荡而摇晃，可能造成潜水钟倾斜，导向卡槽受力不均，从而造成潜水钟和保护结构的卡顿和碰撞，对潜水钟内部产生一定的冲击。严重时，甚至可能导致潜水钟和保护框架卡在月池内上下不得，对潜水作业造成恶劣影响。

本船潜水钟月池四个角分别设置潜水钟轨道，轨道由角钢、钢管及支撑肘板组成。钢管上下封堵密封，在钢管内充装惰性气体，以达到更好的防腐蚀效果。潜水钟轨道与船底喇叭口处采用带面板的加强肘板连接，面板上设置特氟龙防磨板材，可一定程度上减轻潜水钟回收时与船体结构的碰撞冲击。该方案设计简单，便于施工，有利于对潜水钟轨道垂直度的控制，可减少潜水钟上下经过月池时的卡顿和碰撞。

4 潜水钟月池吹气系统设计

本船饱和潜水月池还设置了吹气系统，吹气系统有20个压缩空气喷嘴，布置在潜水钟月池底部和围壁四周。在压缩空气供气管路上设置电控流量阀，可在远程进行流量设定和开关控制。压缩空气管路和喷嘴安装在挡浪结构中，不得伸入潜水月池中，以免碰撞损坏和影响潜水钟上下穿越潜水钟月池时的安全。潜水钟下放室，喷嘴向潜水钟月池中喷出压缩空气，在水中吹出大量气泡，形成阻尼层，减缓波浪的运动，在较短时间内消除潜水钟月池内的波浪及涌流，使水面运动逐渐平缓。

在潜水钟潜入水前，开启压缩空气控制阀，由喷嘴向潜水钟月池内喷入压缩空气，使潜水钟月池内的波浪和涌流运动逐渐减小，水面趋于平静，在潜水钟没入水面后停止吹气。在潜水钟回收出水前开启压缩空气控制阀，由喷嘴向潜水钟月池钟喷入压缩空气，使潜水钟月池水面的水波迅速消除而恢复平静，给潜水钟回收进船体提供平缓的水面环境，在潜水钟完全进入船体后即可关闭。在海况环境良好，潜水钟月池内风平浪静水面平稳时，也可以不开启压缩空气吹气系统。通常情况下，吹气系统与月池挡浪结构同时适用，可以起到更好的消波作用，为潜水钟下潜和回收操作提供良好的水面环境。

5 结论

随着海工市场的不断发展，海洋装备的使用日益增加，对潜水作业的需求也越来越大。饱和潜水技术在深海资源开发、海疆保卫建设、国民经济发展中将会展现巨大的发展前景。本项目通过对潜水钟月池结构、导向轨道和消波措施等的深入设计，为潜水冲的安全下潜和回收作业提供安全保障，消除了潜水钟月池内波浪环境和船舶摇摆对潜水钟作业的不利影响。同时，也保证了潜水钟内潜水员的安全和心理健康，从而提升饱和潜水作业效率，获得更好的经济收益和社会效益。

［1］刘贞飞，严国华，陈雷，等.饱和潜水在海洋工程中的应用［J］.中国水运，2012（3）：38-39.

［2］周校国，李雨，江沭淮，等.多层直立开孔挡板透空式防波堤消浪性能试验研究［J］.水运工程，2014（1）：31-35，57.

U674.3

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.08.042

2095－6835（2020）08－0100－02

〔编辑：严丽琴〕