“海龙号”支持船饱和潜水系统设备安装定位方法探讨

罗玖田，刘崇喆，余富斌，马 可，冯仕清

（ 中船黄埔文冲船舶有限公司，广州 510715）

1 前言

潜水起源于人们对海洋的利用和开发，人们对潜水技术的探索至今已有5000 年的历史[1]。提高潜水员水下作业能力最显著和关键方法，就是为水下的潜水员提供充足空气供应。人们先后使用了呼吸管、呼吸袋（器）、开放式潜水钟、潜水服、沉箱、混合气体等为水下潜水员提供空气，使潜水深度达到了200 ft[1]。然而随着下潜深度的增加，出现了减压病、氧气中毒、氮麻醉等问题，这些问题极大地阻碍了潜水技术的发展。

1957 年，美国海军上校乔治·F·邦德提出，如果暴露的时间足够长，机体组织吸收惰性气体最终会达到饱和状态[1]。该理论促进了饱和潜水的发展，之后美、英、法等西方国家进行了大量有关饱和潜水的研究和试验，并在海洋石油开采和其他深海工程中得到了广泛应用。

饱和潜水是指潜水员在进行潜水作业时，将一定比例的惰性气体和氧气混合充满居住舱，逐步增加或降低舱内压力，使潜水作业人员身体内各组织的体液中渗入惰性气体，并达到完全饱和的程度[1]。在相当于作业水深压力的饱和情况下，潜水员乘坐潜水钟从过渡舱到达深海潜水作业位置。完成潜水作业后再乘坐潜水钟回到居住舱休息。只要潜水深度不改变，潜水员的减压时间与暴露时间无关，而是与潜水深度正相关，因而可极大地提高潜水作业的效率[1]。

随着我国对海洋资源开发的不断发展，对大深度饱和潜水的需求也日益提高，在饱和潜水领域也取得了突出成就。我国首次自主的饱和潜水试验是由交通部上海打捞局于2006 年12 月30 日完成的[2]，2014 年1 月26 日我国首次成功实施了300 m 饱和潜水作业，标志着我国深海潜水技术达到了国际先进水平[3]。

2 饱和潜水系统组成

饱和潜水系统一般用于海上饱和潜水作业，多安装在潜水工作母船上。饱和潜水系统主要组成部分可大致分为4 部分：甲板减压舱；人员转运舱；人员转运舱吊放系统；生命支持保障系统[1]。

（1）甲板减压舱（居住舱）

潜水员进行饱和潜水工作期间居住和生活的舱室,与外界完全隔绝并保持持续的正压力, 舱内设有环境控制系统，并配置必要的生活及娱乐设施。

（2）潜水钟

用于将潜水员送往水下作业地点，或送返甲板减压舱。

（3）潜水钟释放回收系统

包括潜水钟吊放绞车、潜水钟转移行车及滑轮组、脐带绞车、月池导轨、脐带等，用于下放和回收潜水钟。

（4）气体净化系统

饱和潜水作业时，居住舱内氦氧混合气体中二氧化碳含量会随时间而增加, 需将配备气体净化系统对其进行清除。

（5）生命支持系统

包含环境控制单元、热水单元、呼吸气体供给单元及黑灰水排放系统等。

（6）应急逃生系统

潜水员在进行饱和潜水作业时是在高压环境下工作和生活的,如遇到应急情况同样须在高压环境下逃生，否则人体将因与外界巨大的压力差而发生伤亡事故。该系统包含逃生通道、高压救生艇及回收释放系统等。

工作母船为潜水设备提供所需的各种能源，以确保潜水设备、生命支持系统和辅助设备的正常运行[4]。

某船厂于2019 年12 月30 日交付了一艘饱和潜水作业支持船——“海龙号”，是迄今为止我国建造作业能力最强的饱和潜水支持船，该船配置了最先进的固定式24 人双钟饱和潜水系统，可将潜水员送入水下300 m 深处工作，作业能力处于世界顶尖水平[5]。“海龙号”可同时为24 名潜水员提供饱和加压或减压，共由206 专项设备组成，包括生命支持系统，气体管理分配系统、潜水钟收放系统、气体回收系统等，如图1 所示。

图 1 “海龙号”支持船饱和潜水系统主要设备

3 饱和潜水设备安装难度

饱和潜水作业支持船是高科技、高附加值的高端海洋工程装备，其设备布置密集，安装精度要求极高，难度非常大。

早期的饱和潜水作业船，多数使用撬装式潜水设备。某饱和潜水系统构造复杂，分为功能不同的几个单元，每个单元集成在一个独立的集装箱内，在支持船甲板上就位后再通过管线连接构成一套能够进行潜水作业的有机系统[6]。因撬装式潜水设备结构紧凑、体积较小，往往不能满足较大深度的多人潜水作业要求，因此需要开发建造大深度饱和潜水作业支持船，图2 为“海龙”号支持船饱和潜水系统布置图。

“海龙号”支持船饱和潜水装置，主要由甲板居住舱、转移过渡舱、潜水钟、生命保障系统四个主要部分，以及相应的吊装收放设备、应急逃生系统组成：饱和潜水装置拥有大量高压装置及对密封性要求相当严格的设备，安装在摇摆和颠簸的支持船上，除了需要保证船体结构强度外，还需要有正确的设备安装方法，同时由于饱和潜水装置的高集成性和设备的特殊性，对设备的装船工艺提出了很高的要求。

图 2 “海龙”号饱和潜水系统布置图

考虑到居住舱、转移过渡舱及潜水钟之间的各连接通道都需要承载较大重量，故设备的对接必须是刚性的；另外，潜水员居住和工作环境为高压状态，各设备的对接处必须保证密性，需特别注意潜水钟到转移舱及居住舱间的安装对中，确保潜水钟能顺畅地从转移舱接口处分离进入导轨并与导向罩对接。由此可见，导轨、行车导轨及潜水钟与转移舱的对中及定位是整个系统安装的关键所在；行车导轨应以转移舱接口为基准，因潜水钟需要能和转移舱自动对接，所以行车导轨的平行度也需要严格控制[7]。

4 饱和潜水系统设备安装定位方法

考虑到船舶建造环境复杂，作业工序繁多，在整个建造过程中船体结构无法避免会出现一定的变形及安装误差，如果按照理论尺寸对设备的基座进行制作安装的话，将会出现设备基座的尺寸或现场安装的精度无法满足设备所规定的安装精度要求。

4.1 主要设备安装点几何关系

要保证饱和潜水各系统设备安装精度，主要是要保证各设备安装点位的几何关系：各甲板月池中心点A1、A2、A3、A4 需保持在一条直线上；转移舱基站的定位点C1、转移舱法兰接口的定位点C2、潜水钟转移行车的定位点C3、补偿架的定位点C4 也需保持在一条直线上；且A1C1 连线、A2C2 连线、A3C3 连线、A4C4 连线长度相等，并都平行与船舯线CL，如图3所示。

图 3 饱和潜水系统主要设备安装点几何关系图

当船体搭载完毕后，可使用精密测量仪器确定好各设备安装点，避免由于船体结构的变形或理论尺寸的偏差而导致设备的安装点与理论安装点发生偏差。

4.2 月池中心线测量

潜水钟是通过主绞车从月池下放到潜水工作区域的，饱和潜水设备的安装都需要以月池中心线作为参考，这样才能保证潜水钟的收放平顺、安全，因此确定各设备安装点应从测量月池中心线开始，如图4 所示。

图 4 月池中心线测量示意图及中心工装

船体主甲板搭载完工后，检查确认两舷月池相对于船舯线的位置满足误差要求。在主甲板及二甲板月池上拉设对角线，确定该月池中心点A1、A2，并在A1、A2 位置放置中心工装；使用全站仪从主甲板月池中心点A1 向四甲板方向照射，并使激光束穿过A2点；将钢丝线从主甲板的月池中心点拉设至四甲板月池中心点，并使之与激光束重合，钢丝线与各甲板月池的交点，分别为各甲板的月池中心点A1、A2、A3、A4；通过钢丝线的拉设可以直观的看出各甲板层的月池中心点，便于后续使用月池中心点作为参照点。

4.3 转移舱及居住舱安装点确定

潜水钟在进入月池之前对接的设备是转移舱，月池中心线确定后即可确定转移舱安装点：在主甲板的月池中心点A1 船首方向的预设距离X 处标记用于定位转移舱基座的点C1，其中A1 和C1 连线平行于船舯线CL；以同样方法标记用于定位转移舱法兰接口的定位点C2，其位于转移舱的上方，是用于与潜水钟进行对接的接口，需要非常的精准；对于预设距离X，可以根据设备和月池尺寸的不同进行调整，该距离X 为后续潜水钟转移行车需要移动的距离，不可过长，以减少出现误差的概率。

根据转移舱及居住舱的对接安装关系，在主甲板上距离A1C1 连线2 467～2 473 mm 处，画出两条平行于A1C1 连线的线TWL1 和TWL2，分别用于定位两个居住舱的位置，如图5 所示。

图 5 居住舱安装点确定

4.4 潜水钟转移行车安装点确定

“海龙”号的潜水钟收放系统布置在甲板居住舱上的两层甲板内，包括潜水钟行车、潜水钟主缆绞车、潜水钟导引缆绞车、脐带缆绞车、被动波浪补偿装置、滑轮组等装置。

潜水钟行车如图6 所示，主要用来实现潜水钟从转移舱对接位置到月池之间的来回移动，行车的安装精度也是潜水钟能否顺利收放的关键。

图 6 潜水钟转移行车安装点确定

将激光测量仪（或全站仪）放置在三甲板，调整激光测量仪的发光轴，使激光测量仪发出的激光经过点A1、A4 和点C2 照射出一个面，照射面延伸至四甲板下表面，形成一条交线，在交线内距离点A4 的预设距离X 处标记用于补偿架的定位点C4；然后在C2、C4 之间拉设钢丝线，钢丝线与三甲板的交点为潜水钟转移行车的定位点C3。

4.5 其它潜水设备安装点确定

在船舶上确定了以上关键设备的安装位置后，其它次关键设备，如潜水钟收放系统对精度要求相对较低，可根据潜水钟行车的位置来确定；潜水钟主缆绞车、潜水钟导引缆绞车、脐带缆绞车等绞车的位置，均可按照其系统逻辑关系来布置，同时布置相应的被动波浪补偿装置和滑轮组以及其他辅助设备；逃生通道及高压逃生艇的位置，则是根据转移舱位置来确定。

5 结语

海洋对人类生存和发展具有重要意义，我国拥有辽阔的海洋，海洋经济具有美好的发展前景。随着海洋经济的发展，饱和潜水作业不断增加，饱和潜水作业支持船的建造需要也不断增长，以满足海洋工程发展的需要。

饱和潜水作业支持船，是一项复杂的综合性工程，其设备多且精密，设备的安装精度是潜水作业成功实施的保证。本文通过“海龙”号300 m 饱和潜水作业支持船的建造，总结了饱和潜水系统关键设备的安装要点，有效避免了由于船体结构的变形和理论尺寸的偏差导致设备的实际安装点发生偏移的情况，提高了设备现场安装的精度。