專利名稱：有關(guān)漂浮裝置的改進的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及漂浮裝置，尤其是與操作海底環(huán)境下的裝置及從海床提升物件的裝置相關(guān)的漂浮裝置。
背景技術(shù)：
海船和潛艇等在海里行駛的船只往往載有貴重的貨物，而且一般其自身就價值不菲。如果這類船只在海上受損并沉入海床，人們非常希望能將貨物或者甚至船只本身回收。 回收這些物件需要有將它們從海床提升到海面的方法。需要將物件從海床提升或下降到海床的其它情況包括在海床上采礦，以及搭建或拆除油氣平臺及其附屬物。英國專利GBM35856中公開了漂浮裝置的一個例子。此漂浮裝置包括盛裝液化氣體的容器、氣室和遙控操作裝置，該遙控操作裝置可以在關(guān)閉狀態(tài)和打開狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，在關(guān)閉狀態(tài)下流體不能在容器和氣室之間流通，在打開狀態(tài)下流體可以在容器和氣室之間流通且氣室被啟用并在使用中利用液化氣體的蒸發(fā)給氣室充氣。GBM35856還公開了利用上述裝置從海床提升物件或?qū)⑽锛陆档胶４驳姆椒ā?此方法包括以下步驟將上述漂浮裝置與該物件相連接，并把遙控操作裝置從其關(guān)閉狀態(tài)轉(zhuǎn)換到打開狀態(tài)，使得氣室被液化氣體蒸發(fā)所產(chǎn)生的氣體充氣。當所要取回的物件處在極端條件下時，氣體不能產(chǎn)生以流入上述GBM35856所述的氣室內(nèi)。當處在非常極端的情況下時，液態(tài)氮不能蒸發(fā)為氣相。這里的極端條件包括300m 以上的深度，也就是說壓力超過32巴和/或溫度接近或低于0°C。

發(fā)明內(nèi)容
目前提出了一種改進的漂浮裝置，它克服或者大大減輕了上述與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)的缺點。按照本發(fā)明，提供一種漂浮裝置，其包括浮力室、低溫流體存儲器，在此低溫流體存儲器和浮力室之間提供可用開關(guān)控制的流體流通的加熱管。低溫流體提供可在使用中盛裝轉(zhuǎn)變?yōu)槌R界流體的流體的低溫流體存儲器，使得該漂浮裝置能在2000米區(qū)域的極端深度下工作。此浮力室，低溫流體存儲器和加熱管可以部分或全部包含在一個外殼內(nèi)。該外殼可以在鄰近低溫流體存儲器處設有加強部。此加強部可保證該低溫流體存儲器足夠牢固，以能在2000米深度區(qū)域工作，在該深度區(qū)域的壓力將達200巴左右。該裝置還可包含微處理器和多個傳感器。這些傳感器被用來檢測該裝置內(nèi)多個關(guān)鍵位置處的溫度和壓力。還提供了一些偏航傳感器以監(jiān)測該裝置的穩(wěn)定性。所有的傳感器將數(shù)據(jù)傳給微處理器。微處理器可以包含用于該裝置的特有的識別器。這個外殼可以包括排氣部，若該裝置與周圍海洋環(huán)境之間的壓力不平衡超過預定的臨界值，可以啟用該排氣部。不平衡可能會使該裝置不受控制地快速上浮到海面，這可能讓會轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀嗟某R界流體急速膨脹并將外殼毀壞。氣室可以再分為多個隔室，每個隔室設有隔板。提供許多較小的隔板為系統(tǒng)帶來較大的冗余度，因為即使有其中一個隔板失效，該裝置的其余部分仍可繼續(xù)工作。這個浮力室，或者浮力室的每個隔室可以具有至少一個孔，以允許海水流進和流出該浮力室。這個(些)孔可用格柵蓋住，以防海洋生物進入。浮力室、或浮力室的每個隔室可設有至少一個單向閥門，以允許超臨界低溫流體或氣體流出該裝置。排氣部可以由幾個單向閥門來提供，它能在該裝置內(nèi)部和周圍環(huán)境的壓力差變得過大時讓流體流出。加熱管可以穿過外殼布置，使得加熱管的至少一部分靠近該外殼的外表面。這可以通過從周圍海水吸取熱量而加熱低溫流體。這就減少或消除了對在該裝置內(nèi)設置熱源的需求。該裝置還可包含多個將熱量引入低溫流體存儲器的熱導體。這些熱導體還可以從周圍海水把熱量引入該裝置，在此情況下是直接引入低溫流體存儲器內(nèi)。由熱導體引入低溫流體存儲器的熱量，將幫助低溫流體開始轉(zhuǎn)變?yōu)槌R界流體以及此流體在加熱管中的后續(xù)運動。加熱管可以用閥門進行開關(guān)。此外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種從海床提升物件的方法，此方法包括以下步驟將漂浮裝置下降到海床；將該漂浮裝置與要提升的物件連接；在該漂浮裝置的一部分內(nèi)產(chǎn)生超臨界流體；利用超臨界流體的浮力使該漂浮裝置和物件上升到海面，以將該物件提升至海面。超臨界流體可以是超臨界氮二氧化碳、氦或氫。


現(xiàn)在我們將僅通過例子參照附圖對本發(fā)明加以說明。圖IA和圖IB是通過形成根據(jù)本發(fā)明的漂浮裝置的一部分的浮力室的示意性剖視圖；圖2A和圖2B是通過形成根據(jù)本發(fā)明的漂浮裝置的一部分的低溫流體存儲器的示意性剖視圖；圖3A和圖;3B是用于按本發(fā)明的漂浮裝置的加熱系統(tǒng)的示意性側(cè)視圖和剖視圖；圖4A和圖4B是根據(jù)本發(fā)明的裝置的剖視圖，其處于該裝置下降到海床時采用的
配置；圖5A和圖5B是圖4A和圖4B所示裝置的示意性剖視圖，這是浮力室準備充裝低密度流體的配置；圖6A和圖6B是圖4A和圖4B所示裝置的示意性剖視圖，這是浮力室正在充裝低密度流體的配置；圖7A和圖7B是圖4A和圖4B所示裝置的示意性剖視圖，這是該裝置上浮的配置；圖8是根據(jù)本發(fā)明的漂浮裝置另一個例子的示意性剖視圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明的漂浮裝置又一個例子的示意性剖視圖。
具體實施例方式這些附圖都是示意性的，而且各組成部件未按比例繪制。各個例子中的特征可以組合，而且在整個說明書中對于相似的元件，使用相似的附圖標記。為簡明起見，并不是在所有各圖中都顯示全部出現(xiàn)的元件。漂浮裝置100具有浮力室110、低溫流體存儲器210、加熱系統(tǒng)302和控制系統(tǒng)
4400。該浮力室110構(gòu)造成能容納密度小于水的流體，因而有利于將該裝置100和要提升的貨物提升。低溫流體存儲器210用來容納一般在環(huán)境壓力下呈液態(tài)的低溫流體。加熱系統(tǒng) 302用來加熱液態(tài)低溫流體，使它轉(zhuǎn)變形成超臨界流體，其隨后可流入浮力室110。超臨界流體是溫度和壓力超過其熱力學臨界點的任何物質(zhì)。在臨界點附近，壓力或溫度的微小變化將使密度產(chǎn)生很大變化。漂浮裝置100的長度可以在1米至20米之間延伸，而且一個裝置，或者幾個裝置100聯(lián)合使用可具有提升重達1噸至2000頓貨物的能力。在圖名尾標帶A的各圖所示的例子中，所有這些整體件都被裝在封閉的外殼112 內(nèi)。雖然該裝置100是畫成浮力室110豎向位于低溫流體存儲器210之上，但由于有封閉外殼112，該裝置同樣可以布置成讓浮力室110水平放置。該外殼112包括具有圓形截面的細長中心部114，其處于兩個半球形端部115，116 之間。外殼112包圍著浮力室110、低溫流體存儲器210、加熱系統(tǒng)302和控制系統(tǒng)400的某些部件。外殼112提供防護作用，并防止多個元件之間產(chǎn)生不希望的相互作用，而相互作用在所有元件不全包含在單個部件內(nèi)時可能發(fā)生。外殼112可以作為單件構(gòu)件形成，或者可以是由浮力室110和低溫流體存儲器210 的外表面局部界定。例如，在圖4A中，此外殼由浮力室110的半球形端部115和細長中心部114以及部分低溫流體存儲器210構(gòu)成。另外提供環(huán)形外殼材料把上述各部分連在一起。外殼112可以用玻璃纖維加強的塑料(GRP)、鋁或碳復合材料制成。如果采用鋁，那么可以將外殼112做成幾塊，然后用氣密連接的方式固定在一起。外殼112應當能承受外殼 112內(nèi)部和周圍環(huán)境之間2巴至3巴的壓力差。倘若裝置內(nèi)部和外部之間的壓力差超過大約3巴，則將在造成破壞之前引發(fā)使壓力均衡的改變。例如，可以打開閥門使該裝置100內(nèi)部和外部間的壓力差均衡。在圖4A所示的例子中，外殼112在靠近低溫流體存儲器210附近設有加強段118。 此加強段118可使該裝置100能承受在2000米深度并因此200巴壓力的極端條件下的工作壓力。此加強段118可由與外殼112相同或不同的材料做成。外殼112設有至少一個固定機構(gòu)130，其有利于將該裝置100連接到要從海床提升的物件上。這個固定機構(gòu)130可以是能連接到要被提升物件的兩組平行的突出部。此固定機構(gòu)130可以直接連接到要提升的物件上，或者經(jīng)由中間件例如穿過固定機構(gòu)130內(nèi)的孔眼的一段鋼纜實現(xiàn)連接。固定機構(gòu)130的結(jié)構(gòu)決定該裝置100的工作方位。在圖IA至圖7A所示的例子中， 是在外殼112的外部提供兩組固定機構(gòu)130。如果這些固定機構(gòu)是按沿水平隔開的配置連接到要提升的物件，那么當裝置100與要提升的物件連接時，該裝置100的長軸將基本處于水平面內(nèi)。反之，如果這些固定機構(gòu)是按豎向隔開的配置連接到該物件，那么該裝置將在如圖IA至圖7A所示的直立配置下工作。外殼112還設有至少一個吊耳140，它能讓該裝置在下降和上浮的整個過程中保持拴在水面上的船只上。或者，此吊耳140可以只用來在使用之前幫助把該裝置100吊到水中，和/或在使用之后將裝置從水中吊出，在這種情況下，該裝置100使用時不被拴住。如果只設置一個吊耳140，則它布置在外殼112的半球形部116的頂端。在圖示一些例子中， 所示的吊耳是偏置的。倘若一個吊耳是偏置的，它一般是與至少另一個吊耳(未示出)配合使用。
在圖的尾標以B結(jié)尾的例子中，浮力室呈底面敞開的充氣浮筒122的形式，即至少在其底部部分敞開的鐘形室。此充氣浮筒的底部用虛線1 表示。由于該充氣浮筒122對周圍環(huán)境是敞開的，因而不要求用來制造它的材料能承受很大的壓力差。因此，其可以采用部分柔軟的材料來制成。根據(jù)所需充氣浮筒122的材料和尺寸，該充氣浮筒可以不是鐘形的，而是球形或別的形狀。充氣浮筒122可以設有與上面圖IA至圖7A所示的相似的固定機構(gòu)130和吊耳140。為了增加充氣浮筒122的穩(wěn)定性，還可以在充氣浮筒122底部設有凸緣145。如果該充氣浮筒122接近完全充滿而且不是完全直立的，此凸緣145可以防止超臨界流體流出該充氣浮筒122。雖然在這些例子中沒有顯示，外殼112或低溫流體存儲器210可以設有支架，它包括座落在船泊甲板或海床等任何合適的支承面上的底座，和從該底座上表面伸出的四個傾斜支柱，這些支柱在一端被固定在外殼112或低溫流體存儲器210的外表面上，從而將該裝置100支承在豎向方位。在另一個例子中，外殼112或低溫流體存儲器210設有這樣的機構(gòu)，裝置100通過該機構(gòu)可以與吊架連接。在圖IA所示的例子中，此連接機構(gòu)可以是環(huán)繞外殼112或低溫流體存儲器210外部的加熱盤管的多個部分?；蛘?，可以設置多個凸耳，使外殼112或低溫流體存儲器210可以支靠在吊架內(nèi)。在還有一個例子中，外殼設有一些附加的固定機構(gòu)，以便將輔助低溫流體罐連接到該外殼112的外部。這個輔助罐可以用于一系列局部下降和上升時使用。這樣低溫流體存儲器210可以從此輔助罐再充裝，而無需讓該裝置100再返回海面。圖IA和圖IB詳細示出了浮力室110。在圖IA所示例子中，其具有用玻璃纖維加強塑料(GRP)制成的堅固殼體150。殼體150的內(nèi)部容積具有中心圓柱部152和半球形端部154，156。該殼體150的這個內(nèi)部容積被隔板160分隔為第一室162和第二室164。此隔板160在其周緣處在沿殼體150的縱軸線并在將其內(nèi)部容積平分的平面內(nèi)固定在該殼體 150的內(nèi)表面上。隔板160相對于殼體150的相應橫截面積擴大了，因而可以將隔板移動以靠著該殼體150的內(nèi)表面。因此，隔板160的移動可以改變第一和第二室162，164的相對尺寸。該隔板160可以用彈性材料制成，使它靠在殼體的內(nèi)表面時受到張力作用。或者，該隔板也可以用柔性材料制成，并且其尺寸可以做成靠著殼體150的內(nèi)表面。殼體150還包含一組孔180，所述孔允許海水流進和流出第一室162。圖IA中顯示了 6個孔180。但孔的數(shù)量和尺寸可以變化。孔可以設有粗孔格柵，以防止大的海洋生物進入該裝置100。在所示的兩個例子中，提供了一組單向閥門170，所述閥門可以打開以讓裝在浮力室110內(nèi)的流體流出該裝置100。這些單向閥門170具有壓力釋放機構(gòu)，通過該壓力釋放機構(gòu)，當浮力室110內(nèi)的壓力超過周圍海水壓力預定的閾值(例如1巴)時允許流體流出該浮力室110。圖IA中示出了 6個單向閥門170，而圖IB示出了在鐘形充氣浮筒122的頂端的兩個單向閥門。然而，閥門的數(shù)量和尺寸可以變化。由于充氣浮筒122的底部是敞開的， 因此它必須在圖IB所示的方位工作。所以單向閥門170設置在充氣浮筒122的頂端，以便從充氣浮筒122內(nèi)釋放流體時不會使該裝置100不穩(wěn)定。
圖2A和圖2B詳細示出了低溫流體存儲器210。該低溫流體存儲器210具有限定出適于盛裝低溫流體216的殼體214的內(nèi)壁212和完全包圍此內(nèi)壁212的外壁218。在兩個示出的例子中，殼體214具有半球形部分222和錐形部分224。半球形部分222構(gòu)造成與外殼112的形狀一致。因此，如果鄰近低溫流體存儲器210的外殼112的端部116不是半球形，則殼體214的形狀將與圖中示例的形狀不相同，以便使殼體214的形狀與外殼112的端部的形狀一致低溫流體存儲器210的內(nèi)壁212可用奧氏體鋼制造，但也可以用某些其它材料，例如9%鎳鋼或低溫鋁。外壁218可用GRP制造，但也可以用某些其它的材料，例如碳復合材料。外壁218通過氣密腔體2 與內(nèi)壁分開。在制造過程中，內(nèi)、外壁212，218之間的這個腔體內(nèi)形成真空，以此為殼體214提供隔熱。在錐形部分2 的尖端，有注入管230和排氣管232延伸穿過低溫流體存儲器210 的內(nèi)壁和外壁212，218。注入管230基本上沿殼體214的長度延伸到接近半球形部222的最低點的位置。 排氣管232在外壁的內(nèi)表面處終止。在殼體214半球形部222的最低點附近，內(nèi)壁212包含至少一個孔234。冷卻盤管236從該孔234附近延伸出來冷卻盤管并圍繞內(nèi)壁212的外表面盤繞。此冷卻盤管236 的上端包含壓力釋放閥門，當冷卻盤管236內(nèi)的壓力比浮力室110內(nèi)的壓力高出約100毫巴時，該壓力釋放閥門允許流體從該冷卻盤管236流入浮力室110內(nèi)。此冷卻盤管236主要由金屬制成。不過，在低溫流體存儲器210和浮力室110之間延伸的冷卻盤管236部分 238是由具有低導熱系數(shù)的塑料制成。如圖2B所示，低溫流體存儲器210被包圍在經(jīng)過加強的球形殼體MO內(nèi)。此殼體 240必須是厚壁的，并且可由碳復合材料加工形成。此殼體240必須能承受1巴至203巴的壓力差，以便能在2000米的深度下工作。除了殼體MO的壁較厚之外，還可以在該殼體內(nèi)部或外部設置加強肋來提供額外的加強作用。球形殼體240可以設有不透水的抗壓的彈性檢查蓋(未示出)，以便在維修或為其它目的時能進入該球形殼體MO內(nèi)部。另外，可以提供附加的管子(未示出)，使低溫流體再循環(huán)回到低溫流體存儲器 210內(nèi)，以占據(jù)液態(tài)低溫流體上方的空間。此外，球形殼體240可以設有輔助固定機構(gòu)(未示出)，將輔助低溫流體罐(未示出)固定到殼體Mo。這樣可以讓該裝置100進行多次局部提升和受控制的下降而不需要升到海面補充低溫流體。除此而外，此輔助低溫流體罐可連接到低溫流體存儲器210，使低溫流體能從該輔助罐流入低溫流體存儲器210內(nèi)，然后低溫流體可經(jīng)過加熱并轉(zhuǎn)變成超臨界狀態(tài)并進入充氣浮筒122。這種結(jié)構(gòu)能使所用的低溫流體216超過低溫流體存儲器210 的最大容量。加熱系統(tǒng)主要顯示在圖3A和;3B中，雖然有些細節(jié)示于圖2A和2B。加熱系統(tǒng)302 包括從殼體214內(nèi)壁212內(nèi)的孔234伸出的加熱管310，加熱室336和一對電加熱元件 346。加熱管310進入加熱室336。加熱管310的路徑是彎彎曲曲的，而且有一部分穿過外殼112并環(huán)繞此外殼112的外表面。處在外殼112的外側(cè)的加熱管310被加強，以承受該裝置100由于在極端條件下工作所受到的壓力。為保護在外殼112外側(cè)的加熱管310，提供了防護格柵(未示出)。利用格柵可以降低加熱管310因與被提升的物件，或海床或任何其它危險物接觸而損壞的風險。加熱系統(tǒng)302還包含閥門338，用來控制流過加熱管310并因此是流入浮力室110 的流體流量。此閥門338布置在外壁218的內(nèi)表面附近。此加熱系統(tǒng)302還包括在低溫流體存儲器210和浮力室110之間的隔熱罩330。 在圖3A所示的例子中，隔熱罩330包含鄰近浮力室的第一部分332和鄰近低溫流體存儲器 210的第二部分334。隔熱罩330的兩部分332，334界定出環(huán)形加熱室336。加熱室336與浮力室110和低溫流體存儲器210兩者是熱絕緣的。多個可遙控操作的熱導體340圍繞殼體214的半球形部222被固定在外壁218的內(nèi)表面上。每個熱導體340包含可樞轉(zhuǎn)地安裝在低溫流體存儲器210的外壁218的內(nèi)表面上的銅桿342。此銅桿342可在其作用位置(在該位置所述桿基本垂直于外壁218的表面延伸)和非作用位置(在該位置所述桿基本平行于外壁124的表面)之間樞轉(zhuǎn)。銅桿342 的長度可選擇成與內(nèi)壁212和外壁218之間的距離嚴格匹配，使當各桿起作用時提供至殼體214的熱傳導路徑。在各附圖所示例子中，該殼體的內(nèi)壁和外壁基本上是平行的，因此所有各桿342的長度基本上相同。各圖所示的桿342的數(shù)目只是示例性的。該數(shù)目可以為30 左右。如果由熱導體340引入低溫流體存儲器210內(nèi)的熱量不足，那么可以從電加熱元件 346通過電加熱來增加。雖然在此示例中是提供一對電加熱元件346，但加熱元件的數(shù)量和尺寸可以根據(jù)裝置100的大小和/或打算的使用領(lǐng)域而改變。例如，在極地區(qū)域就需要為裝置配備更多的加熱元件。圖4A和圖4B顯示出完整的裝置，如前所述，它包括浮力室110，低溫流體存儲器 210，加熱系統(tǒng)302和控制系統(tǒng)400。雖然在圖4B所示的例子中，充氣浮筒122的寬度基本上等于球形殼體MO的直徑，但充氣浮筒122可以比球形殼體240寬或窄。球形殼體240利用至少一個連接梁242連接到充氣浮筒。此連接梁242可以部分或完全圍繞球形殼體的周邊延伸。也可以用多個梁。在后一種情況下，每個梁可以是細長的，即其長度遠大于其寬度。這些梁可以是剛性的或柔性的。在附圖中未顯示的另一個例子中，可以用萬能接頭代替梁將充氣浮筒122連接到球形殼體對0。由于充氣浮筒122和低溫流體存儲器210不是一體制成，加熱管310終止在低溫流體進給管道M4內(nèi)，此管道從球形殼體240伸出并進入充氣浮筒122內(nèi)。該低溫流體進給管道244安裝有單向閥門M5，以防止海水300從充氣浮筒122進入加熱管310?？刂葡到y(tǒng)400包括安裝在該裝置100的外殼112內(nèi)的微處理器402，和遙控裝置 (未示出)，該遙控裝置一般放置在投放和控制該裝置100的船上。微處理器402通過數(shù)據(jù)傳輸裝置404和船載控制裝置通信。該數(shù)據(jù)傳輸裝置404可由纖維光學傳輸裝置或包封在保護涂層內(nèi)的銅電纜提供。此數(shù)據(jù)傳輸裝置404可以從該裝置100上拆除。安裝在外殼112內(nèi)的微處理器402用來整理從安裝在裝置100內(nèi)的多個傳感器傳來的數(shù)據(jù)并將此信息傳遞給遙控裝置。此外，每個裝置100具有獨特的標識符，該標識符被儲存在該微處理器402內(nèi)，并連同位置數(shù)據(jù)一起通過數(shù)據(jù)傳輸裝置404發(fā)送出去。這樣可以協(xié)同控制兩個或多個裝置100，并由此提升太大的或者其形狀不足以用單個裝置100提升的物件。數(shù)據(jù)可直接傳送到遙控裝置，或者直接在各協(xié)同操作的裝置100之間共享。
在該裝置100外表面之內(nèi)或之上的不同位置安裝有若干不同的傳感器。在該裝置內(nèi)所示的傳感器位置410，412，414，418，420僅僅是示例性的。各傳感器也可以安裝在其它的位置，或者下面所述的一些傳感器可設置在附圖示出的任何一個位置。所述傳感器被配置成用來監(jiān)測作業(yè)條件并將信息反饋到微處理器402。某些傳感器，例如傳感器410，可以是溫度或壓力傳感器。提供若干壓力傳感器，可以利用微處理器402或遙控裝置計算該裝置100的不同部分之間的壓力差。此外，該裝置 100外面的壓力與該裝置100所處的深度有很強的相互關(guān)系。某些傳感器，例如傳感器412，可配置成用來對該裝置內(nèi)部進行資源管理。在這個例子中，傳感器412可以指示低溫流體存儲器210還留下多少低溫流體。可以設置傳感器如傳感器414來保證該裝置100的各敏感元件的完整性。傳感器 414被安裝在微處理器402附近，該微處理器利用隔熱罩330與該裝置100熱隔離。該傳感器414將監(jiān)測微處理器402所處的條件。除了從總體上識別裝置100的位置的位置傳感器，和給出該裝置的深度信息的壓力傳感器之外，該裝置100的方位可以用偏航傳感器418監(jiān)測。此偏航傳感器418給出該裝置100穩(wěn)定性的指示，并鑒別當幾個裝置一起工作以取回形狀不規(guī)則或部分沉入海床的物體時發(fā)生的問題。可以利用從偏航傳感器418得到的信息來鑒別是否該物體的一部分是自由的而另一部分仍然陷在海床里。一旦將此信息傳到微處理器402中并經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸裝置 404傳送到海面上的船只，則可指示處在最靠近陷入海床的那部分物體的裝置100產(chǎn)生更多的超臨界流體，以提供更大的正浮力，從而解脫被陷的那部分物體。數(shù)據(jù)傳輸裝置404可以安裝在提升纜繩內(nèi)，后者將吊耳140連接到海面船只。也可以將數(shù)據(jù)傳輸裝置404與提升纜繩分開。如果數(shù)據(jù)傳輸裝置404和提升纜繩組合在一起， 那么此組合纜繩將被加強，以確保保持數(shù)據(jù)傳輸裝置404的完整性并提供足夠的強度以將該裝置100從船只上提吊到海里。圖8所示例子與圖1至圖7所示的各例子的區(qū)別在于浮力室110被再分成幾個隔室190，每個隔室包含隔板166。每一個隔室190設有至少一個單向閥門170和至少一個孔180。提供多個不同的隔室給該裝置帶來一定的冗余度，因為如果一塊隔板壞了，該裝置仍能工作，雖然可被提升的最大重量可能會有所下降。另外，如果要提升的是不均衡負荷， 或者要同時部署幾個裝置共同來提升一個物件，為了優(yōu)化該裝置100的性能，可以讓某些隔室比其它隔室先裝載。雖然在所有附圖中都顯示有熱導體340，但它們對于裝置100的運行來說并非必須的，同時低溫流體存儲器210可以通過其它的措施來達到所需的熱傳遞。圖9示出了另一種帶開放式充氣浮筒122的配置。圖9中的例子的充氣浮筒122 與圖IB至圖7B所示充氣浮筒122的不同在于，圖9中的充氣浮筒122只是部分敞開的。此充氣浮筒122在水平面內(nèi)是細長形的，而不是在豎向平面內(nèi)。另外，低溫流體存儲器210布置在充氣浮筒122內(nèi)。這種結(jié)構(gòu)允許利用固定結(jié)構(gòu)130把該裝置100很方便地固定到要提升的物件上。為了改善裝置100的穩(wěn)定性，設有兩個吊耳140?，F(xiàn)在說明該裝置100的操作方法。為讓該裝置100準備投入使用，將殼體214充滿低溫流體216。它可以是液態(tài)氮、 二氧化碳、氦或氫。流體的選取取決于該裝置將要工作的深度。氮可以在深度1000米左右的區(qū)域使用。氦和氫的可在達到或超過1000米，甚至2000米的深度使用。使該裝置100準備投入使用或充裝液體的過程通常是在此漂浮裝置處在海船等上面時進行。低溫流體216源通過耐壓口 350引進該裝置100并與注入管230相連通。此低溫流體216流經(jīng)注入管230并在其底部進入殼體214。由于該殼體214內(nèi)部相對于低溫流體處在較高的溫度，一些流體在與注入管230和殼體214的內(nèi)部相接觸時將蒸發(fā)，同時由低溫流體蒸發(fā)所產(chǎn)生的氣體將經(jīng)過排氣管232離開殼體214。這個過程一直持續(xù)到殼體214內(nèi)部處于足夠低的溫度下，以將低溫流體216保持在液態(tài)。一旦殼體214已經(jīng)被液態(tài)低溫流體216完全充滿，此流體源與注入管230斷開，同時耐壓口 350，352被關(guān)閉。然后將該裝置100小心地投放到海里，并下降到接近海床上要提升的貨物(圖中未示出)處。當該裝置100最初進入水中，海水300通過如圖4A所示的一些孔180進入第一室 162。在圖4B所示的例子中，海水300通過充氣浮筒122基部的開口進入充氣浮筒122，如圖4B中箭頭所示。海水300取代浮力室110中的空氣并讓隔板160使第二室164相對于第一室162的尺寸減小。一旦第一室162基本占據(jù)浮力室110的全部體積且第一室162被水充滿，該裝置100在整體上具有負浮力并朝著海床下沉。倘若該裝置100的負浮力不足以朝海床下沉，可以把重物加到固定裝置130或外殼外表面的下部以幫助穩(wěn)定下沉。裝置100可能由于加熱室336內(nèi)存在空氣或者由于低溫流體216的密度而具有正浮力。例如，液體氮具有的密度約為水密度的80%左右。在該裝置100朝貨物下沉過程中，少量低溫流體216將蒸發(fā)變成氣體。由于該裝置100結(jié)構(gòu)上的緣故，是冷卻盤管236中的流體而不是殼體214內(nèi)的低溫流體216更容易蒸發(fā)。這種蒸發(fā)使冷卻盤管236降溫并因此幫助維持殼體214內(nèi)的低溫流體冷卻。在冷卻盤管236內(nèi)形成的氣體將在該冷卻盤管236內(nèi)移動并進入浮力室110的第二室164。為防止隔板160讓第二室164膨脹并取代部分海水300，可使單向閥門170保持在打開狀態(tài)。或者，為防止低溫流體蒸發(fā)到海里，可使此單向閥門170保持關(guān)閉。這在該裝置100啟動提升貨物之前停留在海床時特別有用。當漂浮裝置100到達海床和待提升貨物時，該貨物以適當方式連接到固定機構(gòu) 130。把漂浮裝置100與貨物相連的動作一般通過由用戶在海面控制的機器人(圖中未示出)來完成。然后漂浮裝置100發(fā)送信號關(guān)閉單向閥門170并打開閥門338，使得加熱管310與處于殼體214中的低溫流體216流體連通。由于該裝置周圍的極端條件，當?shù)蜏亓黧w216 流過加熱管310時變成超臨界低溫流體。此超臨界流體流到浮力室110內(nèi)并強迫隔板160 移動，使得第二室164的尺寸增大。由于第二室164尺寸的增大，第一室162的尺寸減小， 并且其中海水的壓力超過周圍海水的壓力，因此海水300通過孔180中流出，如圖6A所示。 在圖6A所示的例子中，海水300是通過充氣浮筒122基部IM處的開口區(qū)域流出。一旦浮力室110充滿了足夠的超臨界低溫流體216，如圖7A和圖7B所示，該漂浮裝置100和貨物將開始上升。在圖7A所示的例子中，為了控制該漂浮裝置和貨物的上升，可以打開單向閥門170以讓超臨界流體流出浮力室110，同時海水300進入第一室162，從而降低向上的浮力。隨著漂浮裝置100和貨物朝海面上升，海水的壓力將下降。隨著該裝置
10100上升，超臨界流體216轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀啵⑼ㄟ^單向閥門170或通過充氣浮筒122基部IM 的開口區(qū)域流出。除了利用該裝置100將貨物從海床提升到海面之外，還可以利用該裝置100為物件提供上浮力以減輕其有效重量，從而使水下操作變得更容易。例如，如果裝置被連接到重 50噸的物件，并且足夠多的低溫流體被轉(zhuǎn)換到臨界狀態(tài)來減小物體的有效重量只有5噸， 則更容易操縱物件。如上所述，可以用一個以上的裝置100來提升特別大或形狀難于處理的物件。在這種情況下尤其重要的是，單向閥門170可以根據(jù)需要打開，以在一個或多個同時一起工作的裝置100的提升過程中產(chǎn)生臨時的負浮力。這樣可以有效地控制從海床提升或引向海床的物件的方位。當該裝置100最上面的部分到達水面時，貨物將按照該裝置100的結(jié)構(gòu)或多或少地留在水中。漂浮裝置100和貨物從水面或靠近水面的位置被回收，并且將漂浮裝置100 與貨物分離。然后可以重新給該漂浮裝置100充裝低溫流體216并再次使用。在附圖中未顯示的另一個例子中，外殼112可以基本上為球形或者是規(guī)則或不規(guī)則的多邊形。菱形和球形是有利的，因為它們單獨由曲線形狀構(gòu)成，因而可避免與尖銳的棱角和邊緣相關(guān)的應力。
權(quán)利要求
1.一種漂浮裝置，包括 浮力室；低溫流體存儲器；加熱管，其可在該低溫流體存儲器和該浮力室之間提供可用開關(guān)控制的流體連通。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，該浮力室、該低溫流體存儲器和該加熱管至少部分被包含在外殼內(nèi)。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中，該外殼在鄰近該低溫流體存儲器處設有加強部。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的裝置，還包括微處理器和多個傳感器。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其中，該微處理器包含該裝置的獨特的識別符。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項所述的裝置，其中，所述浮力室被再分為多個隔室。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項所述的裝置，其中，該浮力室、或該浮力室的每個隔室設有至少一個孔，以允許海水進出該浮力室。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項所述的裝置，其中該浮力室、或該浮力室的每個隔室設有至少一個單向閥門以允許超臨界低溫流體或氣體流出該裝置。
9.如權(quán)利要求1至8中任一項所述的裝置，其中該加熱管穿過該外殼布置，使得該加熱管的至少一部分鄰近該外殼的外表面。
10.如權(quán)利要求1至9中任一項所述的裝置，其中，該加熱管可以利用閥門進行開關(guān)控制。
11.如權(quán)利要求1至9中任一項所述的裝置，還包括多個熱導體，所述熱導體配置成用來將熱量引進該低溫流體存儲器。
12.一種從海床提升物件的方法，此方法包括以下步驟 將漂浮裝置下降到海床；將該漂浮裝置與要提升的物件相連接； 在該漂浮裝置的一部分中產(chǎn)生超臨界流體；以及利用超臨界流體的浮力讓該漂浮裝置和物件上浮至水面，以將該物件提升至水面。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，該超臨界流體為超臨界氮。
14.如權(quán)利要求12或13所述的方法，其中該漂浮裝置是根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項所述的漂浮裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供的漂浮裝置(100)包括浮力室(110)、低溫流體存儲器(210)、在低溫流體存儲器(210)和浮力室(110)之間提供可用開關(guān)控制的流體連通的加熱管(310)。本發(fā)明還提供一種從海床提升物件的方法。此方法包括以下步驟將漂浮裝置(100)下降到海床；將該漂浮裝置(100)與要提升的物件連接；在該漂浮裝置(100)的一部分內(nèi)產(chǎn)生超臨界流體；以及利用超臨界流體的浮力使該漂浮裝置(100)和物件上升到海面，以將該物件提升至海面。
文檔編號B63C7/10GK102271994SQ200980153693
公開日2011年12月7日 申請日期2009年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月6日
發(fā)明者P·普里查德 申請人:深海麗卡瑞有限公司