水聲測量設(shè)備的布放方法

魏偉榮 孫奇?zhèn)?吳家喜 唐軍

（1.中海石油（中國）有限公司南海深水天然氣開發(fā)項目組，深圳，518000）

（2.昆明船舶設(shè)備研究試驗中心，昆明，650051；3.第七一五研究所，杭州，310012）

在水文、水聲測量工作中，要將各種測量設(shè)備放置到水中的適當(dāng)位置，以便測量設(shè)備能在預(yù)定的深度位置工作。了解水中測量設(shè)備的布放方法、影響因素，能有針對性采取相應(yīng)措施，提高作業(yè)效率。

1 布放方法

1.1 自由垂放

自由垂放是一種使用廣泛、便捷的放置方式，如圖1所示，這一方式所需輔助工具只有纜索和重錘。重錘用于提供負(fù)浮力，為減小水流沖擊造成垂直位置偏離影響，重錘的密度要大，具有流線形，一般采用鉛魚。在纜索出水點上方放置GPS天線，可測出該點大地坐標(biāo)，根據(jù)纜索水中長度可知放置深度。

圖1 自由垂放示意圖

1.2 船底布放

在工作船底布放水聲設(shè)備，一般采用兩種方式，均需改造工作船體的結(jié)構(gòu)。一種方式是鋼管穿透形式，如圖2所示。在工作船底開一個洞，將一根長鋼管從船底貫穿到船的主甲板上，鋼管下端口焊接在船底，保證工作船不漏水，鋼管的內(nèi)徑由水聲設(shè)備的大小決定。通過導(dǎo)桿從上向下將固定在導(dǎo)桿頭上的水聲設(shè)備送至水中，導(dǎo)桿可通過插銷固定在工作船上。這種布放方式現(xiàn)場操作方便，且當(dāng)工作船航行時，水聲設(shè)備在水下深度基本保持不變。布放的深度取決于導(dǎo)桿的強度和船速，船速越慢、導(dǎo)桿越粗，布放深度就可越大。船速越快，導(dǎo)桿伸出越長，越易折彎導(dǎo)桿。

圖2 鋼管穿透形式示意圖

另一種方式是閘閥、活塞形式，如圖3所示。當(dāng)船體不容許從主甲板到底層甲板貫穿時采用該形式，它由閘閥、活塞、活塞缸等構(gòu)成。船底打有通孔，孔上裝有閘閥和活塞缸。布放時，閘閥打開，將活塞向下順著活塞缸頂出船底，活塞的下端面安裝有水聲設(shè)備。為防止漏水，活塞上有 O 形密封圈?；厥諘r，將活塞收回到適當(dāng)位置后，閘閥關(guān)閉?；钊倪\動一般采用絲桿傳動。為避免進(jìn)水，在閘閥沒有關(guān)閉前，限位裝置限制活塞完全從活塞缸中抽出。

圖3 閘閥、活塞形式示意圖

1.3 拖曳布放

拖曳布放是當(dāng)水聲設(shè)備較大或者要求深度較深，而同時要求船處于航行狀態(tài)的一種布放方式，如圖4所示。當(dāng)船速較高時，為達(dá)到較深位置，拖曳纜應(yīng)采用鋼纜，用于產(chǎn)生較大負(fù)浮力。通過調(diào)整鋼纜長度和配重大小來控制深度。

圖4 拖曳布放示意圖

在其它條件不變的情況下，配重越大，深度越深，但配重太大不便于現(xiàn)場操作。為減小配重的重量，增加布放深度，可利用流體力學(xué)升力定理，將配重由水滴流線型改成具有向下壓差的附壓型，效果較為明顯，如圖5所示。

圖5 附壓型配重拖曳布放示意圖

一般來說拖曳體水平投影運動軌跡由工作船的航行軌跡決定，深度變化由拖曳纜的長度和工作船的航行速度決定。如果在拖曳體上安裝舵用來調(diào)節(jié)深度，對于附壓型拖曳體來說，由于拖曳纜和水阻力的作用，拖曳體最大深度增加不明顯，但向上、往淺處的調(diào)節(jié)作用大而迅速。拖曳纜在水中拖動時會產(chǎn)生抖動，抖動會增加水阻力，從而影響拖曳體深度。在拖曳纜上增加繩須可減小抖動。

1.4 浮標(biāo)布放

浮標(biāo)有漂移浮標(biāo)、水下浮標(biāo)和錨定浮標(biāo)等。如圖6所示。漂移浮標(biāo)和錨定浮標(biāo)受風(fēng)浪影響大，為減小風(fēng)浪影響，需要選擇好動力學(xué)參數(shù)（如固有頻率、質(zhì)量、浮力等）。漂移浮標(biāo)和水下浮標(biāo)由于在設(shè)計時已確定好了重心、浮心的相對位置，水中姿態(tài)也就確定了。布放這兩種浮標(biāo)可采用拋投方式。浮標(biāo)上一般要有打撈環(huán)或者一段打撈繩，以方便回收。水下浮標(biāo)回收的關(guān)鍵取決于錨釋放器，如圖6所示。

圖6 各種浮標(biāo)圖

錨定浮標(biāo)布放時，如先投放錨，然后釋放浮標(biāo)，布放位置較為精確，因為此時錨已著底，在重力和吸附力作用下，不會輕易移動位置。如果按如圖 7所示，先釋放浮標(biāo)，船離開一定距離后再投放錨，這種布放方式工作效率較高，操作也較為方便，但布放位置不夠精確，因為錨在下落過程中會因水流等原因偏離釋放點位置。

圖7 錨定浮標(biāo)的錨后投放入水示意圖

2 一種錨定浮標(biāo)布放的實施過程

圖8所示為一種錨定浮標(biāo)，它主要由浮標(biāo)、錨用耐壓筒、聯(lián)接電纜等組成。浮標(biāo)由浮筒、浮力塊、加長桿和掛環(huán)等組成，它具有正浮力。錨用耐壓筒由耐壓筒體、聲學(xué)換能器、腳板和掛環(huán)等組成，它具有負(fù)浮力。該浮標(biāo)布放包括：將錨用耐壓筒布放到水底預(yù)定位置，將浮標(biāo)布放到水面，浮標(biāo)與錨用耐壓筒間通過聯(lián)接電纜相連。

布放程序步驟如下：（1）工作船開至預(yù)定布放水域，將安裝在電纜絞車上的聯(lián)接電纜的一端連接在錨用耐壓筒上，電纜上的承重網(wǎng)通過卸扣連接到錨用耐壓筒的掛環(huán)上；（2）用船上的吊車將錨用耐壓筒從船甲板吊移至船邊安裝的電纜絞車的導(dǎo)向輪附近，然后緩慢下放，當(dāng)電纜絞車完全承重后，解脫船上的吊車掛鉤；（3）用電纜絞車通過聯(lián)接電纜將錨用耐壓筒向水底下放，當(dāng)聯(lián)接電纜另一端的承重網(wǎng)露出電纜盤后，將承重網(wǎng)移動至電纜上的預(yù)定位置，用膠帶固定承重網(wǎng)；（4）給船上的吊車掛上快速脫鉤掛鉤；（5）用快速脫鉤掛鉤將水中的電纜及錨用耐壓筒吊住，并由一名工作人員看護(hù)快速脫鉤掛鉤的拉繩；（6）電纜絞盤繼續(xù)完全釋放電纜；（7）將電纜接頭連接到浮標(biāo)上；（8）將多余的電纜盤繞好后，用繩系在浮標(biāo)下端；（9）工作人員通過聯(lián)接電纜將浮標(biāo)放到水中；（10）快速脫鉤掛鉤拉繩啟動，浮標(biāo)向脫鉤點移動，浮標(biāo)布放完畢。

3 結(jié)束語

4 種布放方法中，自由垂放方式結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，成本較低；船底布放方式需對船體進(jìn)行改造，成本較高，但使用時操作方便；拖曳布放和浮標(biāo)布放需要船上有專門機械，布放過程較為復(fù)雜，需要的工作人員較多。

確定布放方法后，應(yīng)制定相應(yīng)的布放程序。布放細(xì)節(jié)應(yīng)根據(jù)所布放水聲測量設(shè)備的結(jié)構(gòu)形狀、重量等因素決定。一些大型設(shè)備的布放需要采用水上吊車、船用絞車、快速釋放鉤和自動脫鉤裝置等，有時工作船也需要進(jìn)行適當(dāng)改造以適應(yīng)布放需要。