一种潜航器收放系统及其作业方法与流程

本发明涉及一种潜航器收放系统及其作业方法，属于海洋工程作业船技术领域。

背景技术：

潜航器是一种无人驾驶，可在水下自主航行的器具，应用于海洋环境监测，海底地形地貌探测，水下搜索和深海救援等水下作业。潜航器一般由母船进行布放回收，即潜航器作业时，母船将潜航器布放至海面上，潜航器完成作业时，潜航器回收至母船进行补充能源、数据处理和检修维护等作业。布放回收作业是潜航器作业过程中最为关键的部分，也是最容易发生事故的环节。目前，潜航器收放方式主要有a形架布放回收、专用吊单臂布放回收、滑道布放回收等。但以上几种收放方式主要用于中小型潜航器，对于大型或超大型(大重量和大尺寸)潜航器，特别是高海况下的布放回收现尚无成熟的解决方案。

技术实现要素：

本发明的目的是为解决针对大型或超大型(大重量和大尺寸)潜航器，在高海况下如何实现布放回收的技术问题。

为达到解决上述问题的目的，本发明所采取的技术方案是提供一种潜航器收放系统；包括月池、甲板升降系统、牵引系统和转运系统；船体尾部设有月池，月池中设有甲板升降系统；船体上设有用于牵引潜航器的牵引系统；船体甲板上设有用于转运潜航器的转运系统。

优选地，所述月池设为向船体尾部开口的u形结构。

优选地，所述甲板升降系统包括升降系统、桩腿、升降甲板和固桩室；所述升降甲板两侧设有桩腿，桩腿与升降甲板固定连接；所述月池两侧船体甲板上设有固桩室，固桩室中设有用于驱动桩腿进行升降的升降系统。

优选地，所述桩腿外周设有用于桩腿导向和减少桩腿弯曲应力的桩腿导向装置；所述桩腿外周设有用于固定桩腿，限制桩腿横向运动的桩腿航行固定装置。

优选地，所述升降甲板与月池外周的船体甲板之间设有用于使升降甲板与船体结构形成固定连接，限制升降甲板竖直方向运动的液压插销装置。

优选地，所述桩腿与船体之间设有用于桩腿升降的齿轮齿条型式的升降机构。

优选地，所述牵引系统包括主牵引绞车、主牵引绞车钢丝绳、主牵引绞车钢丝绳导向滑轮、辅牵引绞车、辅牵引绞车钢丝绳和辅牵引绞车钢丝绳导向滑轮；所述主牵引绞车设于船体甲板下方的舱室内，主牵引绞车上设有主牵引绞车钢丝绳，主牵引绞车钢丝绳通过所述主牵引绞车钢丝绳导向滑轮与月池内潜航器连接；所述辅牵引绞车设于船体甲板上的所述月池的前部两侧，辅牵引绞车设有辅牵引绞车钢丝绳，辅牵引绞车钢丝绳通过所述辅牵引绞车钢丝绳导向滑轮与月池内潜航器连接。

优选地，所述转运系统包括转运小车、转运小车牵引装置和转运小车导轨；所述转运小车导轨设于所述升降甲板和所述船体甲板上，所述转运小车导轨上设有转运小车；船体甲板上设有转运小车牵引装置，转运小车牵引装置与转运小车活动连接。

优选地，所述转运小车导轨设为下沉式结构，转运小车导轨的顶部与船体甲板以及所述升降甲板的上部表面齐平。

本发明提供一种潜航器收放系统的作业方法，包括以下步骤：

步骤1：回收潜航器时，开启船舶动力定位，船舶的尾部靠近浮在海面上的潜航器；

步骤2：转运小车与转运小车牵引装置快速解脱，转运小车锁紧固定在升降甲板上，转运小车牵引装置移运至船体甲板上并锁紧固定；

步骤3：开启升降系统，降下升降甲板和转运小车至水下一定位置，升降系统刹车锁定，转运小车上端面距离潜航器底部留有一定的安全距离；

步骤4：由潜水员将主牵引绞车钢丝绳与辅牵引绞车钢丝绳和潜航器连接，开启主牵引绞车，并在辅牵引绞车的辅助下，将潜航器牵引至月池内的转运小车上方；

步骤5：开启升降系统，潜航器坐落在转运小车上；升降甲板整体提升潜航器，使转运小车和升降甲板升至船体甲板面位置；升降甲板与船体甲板平齐；

步骤6：转运小车与转运小车牵引装置快速连接，牵引潜航器沿转运小车导轨转运至船体甲板检修维护区域，实现潜航器回收作业；

步骤7：潜航器布放作业时，则与上述步骤1至步骤6的回收作业相反；潜航器进行布放作业时，潜航器在下放至月池水面后，潜航器自主离开，入海作业。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明收放作业时不需要重载吊钩的人工连接和解脱作业，有更高的作业效率和安全性，并可在更高的海况下作业，提高作业效率；

(2)本发明系统所采用的升降系统等技术已广泛应用海洋工程领域，技术成熟、可靠，技术风险和制造、检修、保养成本较小；

(3)相比于传统收放系统，本发明系统无需设置止荡系统，即可平稳实现潜航器的收放；

(4)本发明系统作业完成后能保持完整的甲板空间；

(5)本发明系统可设置在船舶尾部，有利于平衡船舶浮态，减小船舶规模。

(6)本发明系统可方便快速地将潜航器转运至甲板检修维护区域

(7)本发明系统具有载重量大的特点，可适应不超过最大设计尺寸及载荷的各种潜航器的收放作业。

附图说明

图1为本发明的一种潜航器收放系统的主视示意图。

图2为本发明的一种潜航器收放系统的俯视示意图。

图3为本发明的一种潜航器收放系统的作业方法示意图。

其中图3a为回收潜航器前，升降甲板降至水平面以下；图3b为主、辅牵引绞车钢丝绳连接船体外的潜航器；图3c为潜航器进入月池升降甲板的转运小车上方；图3d为潜航器和转运小车通过升降甲板上升；图3e为携带潜航器的转运小车上升到升降甲板与船体甲板平齐。

附图标记：1.月池；2.甲板升降系统；21.升降系统；22.桩腿；23.升降甲板；24.固桩室；25.桩腿导向装置；26.桩腿航行固定装置；27.液压插销装置；3.牵引系统；31.主牵引绞车；32.主牵引绞车钢丝绳；33.主牵引绞车钢丝绳导向滑轮；34.辅牵引绞车；35.辅牵引绞车钢丝绳；36.辅牵引绞车钢丝绳导向滑轮；4.转运系统；41.转运小车；42.转运小车牵引装置；43.转运小车导轨；5.潜航器；6.船体。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下：

如图1-3所示，本发明提供一种潜航器收放系统；包括船体6甲板下方设有的月池1、甲板升降系统2、牵引系统3和转运系统4；船体6尾部设有月池1，月池1中设有甲板升降系统2；船体上设有用于牵引潜航器5的牵引系统3；船体6甲板上设有用于转运潜航器5的转运系统4。月池1设为向船体6尾部开口的u形结构。甲板升降系统2包括升降系统21、桩腿22、升降甲板23和固桩室24；升降甲板23两侧设有桩腿22，桩腿22与升降甲板23固定相连；月池1两侧船体甲板上设有固桩室24，固桩室24中设有用于驱动桩腿22进行升降的升降系统21。桩腿22外周设有用于桩腿导向和减少桩腿弯曲应力的桩腿导向装置25；桩腿22外周设有用于固定桩腿，限制桩腿横向运动的桩腿航行固定装置26。升降甲板23与月池1外周的船体甲板之间设有用于使升降甲板23与船体结构形成固定连接，限制升降甲板23竖直方向运动的液压插销装置27。桩腿22与船体6之间设有用于升降甲板23升降的齿轮齿条型式的升降机构。牵引系统3包括主牵引绞车31、主牵引绞车钢丝绳32、主牵引绞车钢丝绳导向滑轮33、辅牵引绞车34、辅牵引绞车钢丝绳35和辅牵引绞车钢丝绳导向滑轮36；主牵引绞车31设于船体6甲板下方的舱室内，主牵引绞车31上设有主牵引绞车钢丝绳32，主牵引绞车钢丝绳32通过主牵引绞车钢丝绳导向滑轮33与月池内潜航器5连接；辅牵引绞车34设于船体6甲板上的月池1的前部两侧，辅牵引绞车34设有辅牵引绞车钢丝绳35，辅牵引绞车钢丝绳35通过辅牵引绞车钢丝绳导向滑轮36与月池内潜航器5连接。转运系统4包括转运小车41、转运小车牵引装置42和转运小车导轨43；转运小车导轨43设于升降甲板23和船体6甲板上，转运小车导轨43上设有转运小车41；船体甲板上设有转运小车牵引装置42，转运小车牵引装置42与转运小车41活动连接。转运小车导轨43设为下沉式结构，转运小车导轨43的顶部与船体6甲板以及升降甲板23的上部表面齐平。

本发明提供的一种潜航器收放系统的作业方法，包括以下步骤：

步骤1：回收潜航器5时，开启船舶动力定位，船舶的尾部靠近浮在海面上的潜航器5；

步骤2：转运小车41与转运小车牵引装置42快速解脱，转运小车41锁紧固定在升降甲板23上，转运小车牵引装置42移运至船体6甲板上并锁紧固定；

步骤3：开启升降系统21，降下升降甲板23和转运小车41至水下一定位置，升降系统21刹车锁定，转运小车41上端面距离潜航器5底部留有一定的安全距离；

步骤4：由潜水员将主牵引绞车钢丝绳32与辅牵引绞车钢丝绳35和潜航器5连接，开启主牵引绞车31，并在辅牵引绞车34的辅助下，将潜航器5牵引至月池1内的转运小车41上方；

步骤5：开启升降系统21，潜航器5坐落在转运小车41上；升降甲板23整体提升潜航器5，使转运小车41和升降甲板23升至船体甲板面位置；升降甲板23与船体甲板平齐；

步骤6：转运小车41与转运小车牵引装置42快速连接，牵引潜航器5沿转运小车导轨43转运至船体甲板检修维护区域，实现潜航器5回收作业；

步骤7：潜航器5布放作业时，则与上述步骤1至步骤6的回收作业相反；潜航器5进行布放作业时，潜航器5在下放至月池1水面后，潜航器5自主离开，入海作业。

如图1和图2所示，本发明的一种潜航器收放系统，包括月池1、甲板升降系统2、牵引系统3、转运系统4等。潜航器5可由牵引系统3牵引至月池1内，再由甲板升降系统2提升至船体6甲板面，再由转运系统4转运至船体6检修维护区域，实现潜航器5的收放作业。月池1设置在船体6尾部，月池1形状为u形，开口朝船尾，月池1尺寸与潜航器5外形尺寸匹配。甲板升降系统2包括升降系统21、桩腿22、升降甲板23、固桩室24、桩腿导向装置25、桩腿航行固定装置26和液压插销装置27等。四个桩腿22分别固定在升降甲板23两侧，四桩腿2可沿月池1两侧对应开槽结构内上下自由升降。四个升降系统21安装在月池1两侧固桩室24内，并与船体6固定相连。四个升降系统21可分别驱动四个桩腿22进行升降，可实现升降甲板23的升降。升降系统21采用齿轮齿条型式升降机构，其优势在于，该型式升降机构驱动装置可设置在船舶纵向前后侧，增加月池1的有效作业空间。此外，相比于其他型式升降机构，该型式升降机构有升降速度快的特点，可提高收放作业效率。升降系统21安装在月池1两侧船体6主甲板上，其优势在于，一方面可防止升降系统21浸水，另一方面又可尽可能降低固桩室24高度，减轻重量，同时也便于结构加强。桩腿22采用圆筒形式，在与升降甲板23连接部分采用箱体结构，桩腿22在升降甲板23以上长度与固桩室24高度相匹配，桩腿22在升降甲板23以下长度与船体6船底板至甲板面高度相匹配。升降甲板23采用箱体结构，长度和宽度尺寸与月池1开口尺寸相匹配，高度尺寸满足强度要求。在桩腿22对应靠近固桩室24的顶部和靠近船体6底部，安装桩腿导向装置25，桩腿导向装置25除了为桩腿22提供导向外，还可以承受侧向力，并减小桩腿22弯曲应力。在桩腿22对应于固桩室24的顶部安装桩腿航行固定装置26，在船舶航行时，桩腿航行固定装置26可固定桩腿22的横向运动，减小桩腿22应力。四个液压插销装置27安装在月池1两侧船体结构上，液压插销装置27插销顶出，插销进入升降甲板23内凹孔结构内，使升降甲板23与船体6形成固定连接，可限制升降甲板23竖直方向的运动。两个液压插销装置27安装在月池1首部的船体结构上，并在转运小车导轨43下部，可减小升降甲板23在该处的变形。

本发明的牵引系统3包括主牵引绞车31、主牵引绞车钢丝绳32、主牵引绞车钢丝绳导向滑轮33、辅牵引绞车34、辅牵引绞车钢丝绳35和辅牵引绞车钢丝绳导向滑轮36等。主牵引绞车31安装在船体6主甲板以下舱室内，主牵引绞车钢丝绳32通过主牵引绞车钢丝绳导向滑轮33导向至月池1内。辅牵引绞车34安装在船体6主甲板上，月池1前部两侧，辅牵引绞车钢丝绳35通过辅牵引绞车钢丝绳导向滑轮36导向至月池1内。

本发明的转运系统包括转运小车41、转运小车牵引装置42和转运小车导轨43等。转运小车导轨43安装在升降甲板23和船体6主甲板上，转运小车导轨43可为转运小车41和转运小车牵引装置42提供导向。转运小车41和转运小车牵引装置42可快速连接和解脱，转运小车牵引装置42为转运小车41的动力装置。转运小车导轨43采用下沉式设计，转运小车导轨43顶部与船体6主甲板以及升降甲板23上部表面齐平。

本发明在上述基础上还具有如下作业方法：

第一步，开启船舶动力定位，船尾靠近浮在海面上的潜航器5；

第二步，转运小车41与转运小车牵引装置42快速解脱，转运小车41锁紧固定在升降甲板23上，转运小车牵引装置42移运至船体6主甲板上并锁紧固定；

第三步，开启升降系统21，下放升降甲板23和转运小车41至水下一定位置，升降系统21刹车锁定，转运小车41距潜航器5底部留有一定安全距离；

第三步，由潜水员完成主牵引绞车钢丝绳33与辅牵引绞车钢丝绳35和潜航器5的连接，开启主牵引绞车31，辅牵引绞车34的辅助下，将潜航器5牵引至月池1内；

第四步，开启升降系统21，潜航器5坐落在转运小车41上，整体提升潜航器5、转运小车41和升降甲板23至船体6甲板面位置；

第五步，转运小车41与转运小车牵引装置42快速连接，牵引潜航器5转运至船体6甲板检修维护区域，实现潜航器5回收作业。

潜航器5布放作业则与上述步骤相反。在潜航器5进行布放作业时，潜航器5是有动力的，可在下放至月池1水面后，自主离开，入海作业。

综上所述，本发明实现了潜航器从水面或水下到船舶甲板的回收，或从甲板到水面或水下布放，避免了作业人员直接进入危险区域进行作业，同时也可大大提高作业效率和安全可靠性。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

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