潜水支持船减压舱和船艏舷侧加强结构设计雷祖亮.docx

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潜水支持船减压舱和船艏舷侧加强结构设计雷祖亮

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摘要：对某潜水支持船减压舱的基座及下端结构强度进行校核，以及对船艏舷侧结构进行设计。首先，选取某潜水支持船饱和潜水系统中的减压舱，通过三维有限元模型分析的方法对其基座及下端加强结构的强度进行分析和变形计算。其次，基于不同船级社对船艏舷侧结构的要求不同，以挪威船级社（DNV）的要求为例，用规范计算的方式阐述了不同的要求对应的不同的构件取值。

关键词：潜水支持；船减压舱；舱和船艏舷侧；结构设计

引言

随着海洋石油工业的发展，潜水作业越来越多地被用于这一领域。潜水作业依赖于船舶作为潜水支持平台，不同的潜水方式，以及在不同的海区，对船舶有着不同的要求。船舶可能是油田供给船、起重驳船、动力定位船或四点锚泊船等，因此在什么样的海区，什么样的潜水方式，选用什么样的船舶才能满足潜水作业要求，应具体情况具体分析。为确保潜水作业能安全和顺利进行，我们应该对其特性进行评估。

1.船舶选用主要考虑的因素

船舶选用主要考虑的因素包括以下几个方面：

1．从事的工程任务的类型和性质，包括海上设施的建造、检查、维修或检测等，不同性质的任务，考虑到的甲板空间、起重机能力、作业场所通道等也不同。

2．潜水作业深度。

3．潜水作业持续时间，作业时间不同，所需准备的食品、燃料、淡水、潜水用气也不同。

4．环境条件，潜水支持船舶必需具备在一定环境条件下开展工作的能力，这些条件包括风力、海浪、水流、海水和空气的温度、雾、冰等。

5．适宜的住宿餐饮设施支持潜水作业的开展。

2.减压舱基座及下端加强结构设计

船型一和船型二每套潜水设备各配有3个减压舱，减压舱之间通过连接管路连接。由于减压舱内部有一定的压强，为防止气体泄漏造成舱室内压强的变化，因而对连接管与设备的密封性要求比较高。基于减压舱之间对接精度要求高，且船体变形不能影响对接精度，因而对减压舱下的支撑结构提出了比较高的要求，以保证在航行过程中不论中拱状态或中垂状态下任意一个减压舱和邻近减压舱的下支撑结构之间的相对变形量最大不能超过1mm。考虑到减压舱的上述要求，必须对该区域结构采取加强、加密处理措施，即在设备下方增加了强构件及支柱等主要支撑结构，并进行一系列的强度和变形分析来保证达到上述要求。

2.1减压舱基座及下端加强结构强度分析

对减压舱基座及下端加强结构采用三维有限元模型进行强度分析时，为减小边界条件对模型计算结果的影响，所取边界距离评估目标保留一定的距离。模型纵向范围选取了减压室前后各半个舱室；横向范围选取了从左舷到右舷；垂向范围选取了船底到平台甲板以上约2400mm的范围（减压舱放置在平台甲板上）。模型中涵盖了该范围内的所有板、纵、横强框架、纵骨等构件。模型中网格大小约为1/2的骨材间距。模型中纵骨、强构件面板、支柱、扶强材采用梁单元，其余构件采用板单元。模型示意图如图1所示，减压舱与基座及下端加强结构连接示意图如图2所示。

图1模型示意图

3.船艏舷侧结构设计

选择适当的船舶用于潜水作业时，还应考虑下列诸多具体因素：

3.1甲板区域

甲板面积必须足够安全地安装和布置所有的设备。甲板布置图的设计应特别考虑正常和紧急情况下的人员通道。布置图应考虑潜水控制站和潜水减压架或潜水钟的位置关系，对于水面供气式潜水作业来说，还要考虑潜水员布放地点到甲板减压舱的区域。此外，根据作业范围的要求，临近潜水员吊笼或潜钟的地方应提供适当空旷的工作区域。如果项目计划中包括使用人员吊笼进行人员撤离的回收方法，那么，这一区域还要用于甲板上通过人员吊笼进行人员的撤离。

图2减压舱与基座及下端加强结构连接示意图

3.2干舷/稳性

选择船舶时，应考虑船舶干舷。如甲板经常遭海水冲刷，即使在中等海况下，应考虑该船舶不适于潜水作业。

还应根据可能预见的天气状况，考虑船舶的整体大小和稳定性，比如要考虑到在摇晃的甲板上作业，施放和回收潜钟和潜水减压架时，可造成潜水员和甲板上人员受伤。应要求操作人员检查船舶的稳定性，包括潜水作业的所有设备。建议干舷至少应为1.5米左右。船舶应配置合理的潜水员施放和回收系统，以确保潜水员安全地入出水，应有一级和二级系统。低干舷的船舶应提供设计合理的潜水梯；高干舷的船舶，要有合适的机械装置用来施放和回收潜水员。

3.3甲板强度和设备的固定

动工前必须对船舶甲板的强度进行评估。建议规划一个甲板布置图，包括项目的每个设备的具体尺寸、重心和重量。用计算出来的设备总重量除以所用的甲板面积，得出单位面积装载量，甲板必须能支撑该载荷，对高载荷区域应进行特定的局部检查，必要时，可用格排垛来分散所要求的载荷。

另外，应注意潜水作业设备同甲板的固定方式。所有的潜水设备必须充分安全可靠地固定在甲板上，通常是通过焊接的方式。应标出设备焊接点的位置，某些位置是不能焊接的，特别是在