海洋平台自主布放回收动态控制方法

本发明涉及海底设备浮沉控制，特别是一种海洋平台自主布放回收动态控制方法。

背景技术：

1、经过近半个世纪的努力，我国海洋技术与装备取得了长足的进步和发展，尤其是近年来，深海技术与装备的发展为我国海洋科学的创新提供了新的动力。

2、稳定下放和回收海底设备是水下作业工程能否成功进行的关键因素，尤其对于深海设备而言，要求更高的技术和可靠性。目前现今海底设备按布放方式可分为有缆式设备和无缆式设备。有缆式海底设备的工作过程主要依靠缆绳和作业船，工作过程中需要计算考虑缆绳的强度、刚度和作业船的蓄能、体型等参数，计算量很大，并且需要缆绳和作业船之间的相互配合，这往往造成一定量的资源过剩。

3、相比之下，无缆式自海底设备的数据计算更为简便。目前无缆式海底设备的下方回收技术通常采用自重或u型仓排气进水实现下沉：其上浮过程需要依靠控制u型仓完成，在紧急情况下无法上浮时，通常采用抛弃载重块完成上浮过程。虽然只需要计算海底设备本身的数据，但针对u型仓的计算却非常复杂，抛载载重块的应急上浮方式也需要根据海底设备本身进行定制计算选取。因此在实际使用过程中，针对每一种海底设备都需要分别单独进行大量的计算，无法广泛适用于大多数海底设备。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提出了一种海洋平台自主布放回收动态控制方法，其广泛适用于大多数海底设备，且能够顺利的实现海底设备的自动下沉和上浮。

2、本发明的技术方案是：一种海洋平台自主布放回收动态控制方法，其中，包括以下步骤：

3、s1、将海底设备与浮沉控制机构连接，将海底设备下放至完全进入水中，通过浮沉控制机构使海底设备处于漂浮状态；

4、s2、释放海底设备，浮沉控制机构泄气，使海底设备加速下沉至安全速度后，海底设备以安全速度下沉至海底；

5、s3、海底设备在海底完成作业后，通过浮沉控制机构使海底设备处于漂浮状态；

6、s4、浮沉控制机构带动海底设备加速上升，当海底设备加速至安全速度后，海底设备以安全速度上浮至海面。

7、浮沉控制机构包括：

8、壳体，其底部通过连接爪与下部的海底设备连接；

9、气囊机构，设置在壳体的顶部外侧，包括三个从下至上依次设置的第一层气囊单元、第二层气囊单元、第三层气囊单元，气囊单元包括气囊，气囊上设有自监测泄气阀，相邻气囊的连接管路上设有自动开关阀；

10、增压机构，设置在壳体内部的腔体内，包括增压缸单元和涡轮增压单元；增压缸单元包括增压缸、传动电机和滑动设置在增压缸内的推块，推块的一侧与传动电机的输出轴连接，推块的另一侧与增压缸之间组成增压腔；

11、涡轮增压单元包括第一增压腔室和第二增压腔室，第一增压腔室的进口与储气罐连接，第一增压腔室的出口通过第一单向阀与增压腔的进口连接，第二增压腔室的进口通过第二单向阀与增压腔的出口连接，第二增压腔室的出口通过自动减压阀与气囊机构连接，第一增压腔室和第二增压腔室内分别设有涡轮，涡轮之间通过涡轮连接杆固定连接。

12、气囊的环形下部外侧包覆有气囊卷筒，气囊卷筒的一端与气囊固定连接，气囊卷筒的另一端与卷筒控制器连接，卷筒控制器固定在气囊上，通过卷筒控制器调整包覆在气囊外侧的气囊卷筒的长度，对气囊内的充气量进行调整。

13、增压机构动作，储气罐向第一增压腔室提供气体，储气罐内的带压气体直接冲入第一增压腔室的过程中，带动第一增压腔室内的涡轮转动，该涡轮转动过程中实现气体的第一次增压；

14、进过第一次增压后的气体经过第一单向阀进入增压缸内的增压腔内后，传动电机动作过程中，传动电机的输出轴转动过程中，带动推块在增压缸内往复移动，推块在往复移动过程中，对增压腔内的气体进行压缩，实现气体的第二次增压；

15、经过第二次增压后的气体经过第二单向阀进入第二增压腔室内后，第一增压腔室内的涡轮转动过程中，通过涡轮连接杆带动第二增压腔室内的涡轮转动，该涡轮转动过程中，实现气体的第三次增压。

16、步骤s1中，打开第一层气囊单元和第二层气囊单元之间的自动开关阀，浮沉控制机构的增压机构动作，向气囊机构的第一层气囊单元和第二层气囊单元充入恒定压强值为的气体，为气囊最大承担压强；第一层气囊单元的第一层气囊和第二层气囊单元的第二层气囊充满气体后，整个海底设备处于漂浮状态；

17、当海底设备整体处于刚好完全浸水状态时，气囊机构中的气囊开启体积为：

18、，

19、其中，m表示浮沉控制机构与海底设备的总体重量，表示海水表面的密度。

20、步骤s2中，释放海底设备，关闭第一层气囊单元和第二层气囊单元之间的自动开关阀，打开第二层气囊上的自监测泄压阀，对第二层气囊进行泄气，泄气过程中，海底设备加速下沉，第二层气囊泄空时海底设备加速至安全速度，随后海底设备以安全速度匀速下沉至海底；当第二层气囊泄空时气囊机构的开启体积为：，其中，表示随海水深度变化的海水密度值，表示随海水深度变化的重力加速度值；海底设备释放过程中，增压机构始终向气囊机构提供压强为的气体，，其中，表示海底设备在水中的实际纬度，z表示设备在水中的深度；

21、增压机构向气囊机构的充气流量q为：，其中，m表示当前充入气体的摩尔质量，表示当前充入气体的密度，r表示摩尔气体常数，t表示气囊内温度，其单位为开尔文，表示为，a表示设备的最大横截面积，表示随海水深度变化的海水密度函数，，其中，。

22、步骤s3时，海底设备需要上浮时，开启第一层气囊和第二层气囊之间的自动开关阀，通过增压机构向气囊机构的第一层气囊和第二层气囊注入恒定压强值为的加压气体，，其中，表示海底设备工作海底面的深度值；第一层气囊和第二层气囊内充满气体后，设备整体处于漂浮状态，此时气囊机构的气囊开启体积为：。

23、步骤s4时，打开第二层气囊单元和第三层气囊单元之间的自动开关阀，增压机构动作，向气囊单元注入压强为的气体，，注入过程中，海底设备加速上浮，当第三层气囊充满气体之后，海底设备加速上浮至安全速度，增压机构停止动作，随后海底设备以安全速度匀速上浮至海面，此过程中，通过第三层气囊单元的自监测泄压阀的泄气保证气囊机构的使用安全。

24、第一层气囊单元中的第一层气囊的体积为：；第二层气囊单元中的第二层气囊的体积为：；第三层气囊单元中的第三层气囊的体积为：。

25、本发明的有益效果是：本申请可以通过增压机构，将5mpa的气体加压至40-50mpa的高压气体，因此在随着海底设备升降的过程中，只需要根据外界海水的压强，通过控制增压机构向气囊机构内充入高压气体、或者气囊机构的泄气，实现海底设备的自动下沉和上浮。

技术特征：

1.一种海洋平台自主布放回收动态控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的海洋平台自主布放回收动态控制方法，其特征在于，浮沉控制机构包括：

3.根据权利要求2所述的海洋平台自主布放回收动态控制方法，其特征在于，气囊的环形下部外侧包覆有气囊卷筒，气囊卷筒的一端与气囊固定连接，气囊卷筒的另一端与卷筒控制器连接，卷筒控制器固定在气囊上，通过卷筒控制器调整包覆在气囊外侧的气囊卷筒的长度，对气囊的充气量进行调整。

4.根据权利要求2所述的海洋平台自主布放回收动态控制方法，其特征在于，增压机构动作，储气罐向第一增压腔室提供气体，储气罐内的带压气体直接冲入第一增压腔室的过程中，带动第一增压腔室内的涡轮转动，该涡轮转动过程中实现气体的第一次增压；

5.根据权利要求4所述的海洋平台自主布放回收动态控制方法，其特征在于，步骤s1中，打开第一层气囊单元和第二层气囊单元之间的自动开关阀，浮沉控制机构的增压机构动作，向气囊机构的第一层气囊单元和第二层气囊单元充入恒定压强值为的气体，为气囊最大承担压强；当海底设备整体处于刚好完全浸水状态时，气囊机构中的气囊开启体积为：，其中，m表示浮沉控制机构与海底设备的总体重量，表示海水表面的密度。

6.根据权利要求4所述的海洋平台自主布放回收动态控制方法，其特征在于，步骤s2中，释放海底设备，关闭第一层气囊单元和第二层气囊单元之间的自动开关阀，打开第二层气囊上的自监测泄压阀，对第二层气囊进行泄气，泄气过程中，海底设备加速下沉，第二层气囊泄空时海底设备加速至安全速度，随后海底设备以安全速度匀速下沉至海底；当第二层气囊泄空时气囊机构的开启体积为：，其中，表示随海水深度变化的海水密度值，表示随海水深度变化的重力加速度值；海底设备释放过程中，增压机构始终向气囊机构提供压强为的气体，，其中，表示海底设备在水中的实际纬度，z表示设备在水中的深度；

7.根据权利要求4所述的海洋平台自主布放回收动态控制方法，其特征在于，

8.根据权利要求4所述的海洋平台自主布放回收动态控制方法，其特征在于，

9.根据权利要求2所述的海洋平台自主布放回收动态控制方法，其特征在于，

技术总结本发明涉及海底设备浮沉控制技术领域，特别是一种海洋平台自主布放回收动态控制方法。包括以下步骤：S1、将海底设备与浮沉控制机构连接，将海底设备下放至完全进入水中，通过浮沉控制机构使海底设备处于漂浮状态；S2、释放海底设备，浮沉控制机构泄气，使海底设备加速下沉至安全速度后，海底设备以安全速度下沉至海底；S3、海底设备在海底完成作业后，通过浮沉控制机构使海底设备处于漂浮状态；S4、浮沉控制机构带动海底设备加速上升，当海底设备加速至安全速度后，海底设备以安全速度上浮至海面。其广泛适用于大多数海底设备，且能够顺利的实现海底设备的自动下沉和上浮。技术研发人员：郭磊,刘浩然,闫祥磊,杨秀卿,费梓航,薛钢,刘延俊,孙治雷受保护的技术使用者：山东大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18