水下漂浮裝置的製作方法

2023-04-25 02:46:22

本發明涉及一種漂浮裝置，特別是潛水或水下漂浮裝置。這種漂浮裝置可用於海洋環境中，例如，在地震數據的採集、石油或天然氣勘探工業、海洋研究，或近海生產（offshoreproduction）的領域中。這種漂浮裝置可存在於航行控制裝置中的翼部件（也稱為「飛行部件（bird）」）中，以用於控制在水中被拖拽的連有設備的線纜（instrumentedcable）（例如海洋地震拖纜（seismicstreamer））的位置和/或拖纜（streamer）的被拖拽的連有設備的線纜網中的線纜的相對位置。

背景技術：
水下漂浮裝置應該在漂浮的同時能抵抗由於（水下漂浮裝置所處的）深度產生的高的壓力並能抵抗機械負載。結果，這種裝置必須具有有效的密度和有效的機械結構，以便承受使用過程中的壓力和機械負載。漂浮裝置也應該是防水的。在受到破壞的情況下，漂浮裝置不應完全充滿水。地震數據採集技術通常要求兩個拖纜處於5米至15米的深度處。現在，新的地震數據採集技術要求兩個拖纜能處於達到80至120米的深度處。因此，在操作過程中，漂浮裝置應該能抵抗可能達到1.2MPa（即，直到12巴）的壓力。已知的是，使漂浮裝置具有PVC（聚氯乙烯）的泡沫芯，PVC的泡沫芯覆蓋有低壓聚氨酯（polyurethane）的殼體。泡沫部件被機加工，這使成本變高。殼體是熱固性材料，這是不可再利用的。US2010/037402中公開了這種類型的其他裝置，該裝置包括中空的框架部件和密封件。該裝置的缺陷在於是中空的，在受到破壞的情況下，該裝置將充滿水，因此不能再漂浮。這種已知的裝置的其他缺陷在於，它包括很多玻璃纖維，玻璃纖維使板狀件產生變形，這導致板狀件很難安裝。另一種已知的漂浮裝置包括環氧樹脂泡沫和由環氧樹脂或聚氨酯製成的殼體。這種熱固性裝置是不可再利用的、昂貴的，並且在碰撞情況下是易碎的。而且，環氧樹脂泡沫包括開孔（opencell），在裝置受到破壞的情況下其將充滿水。另一種已知的裝置包括聚氨酯泡沫，聚氨酯泡沫形成與水接觸時的殼體。這種裝置是不可再利用的並且是昂貴的。

技術實現要素：
本發明的目的在於提供克服了已知裝置的缺陷的漂浮裝置。特別地，本發明的目的是提供具有如下的密度和漂浮性能的漂浮裝置，即，該密度和漂浮性能使漂浮裝置在壓力高達0.8-1.2MPa時能在水下使用。本發明的另一個目的在於提供成本低、（因能再利用而）有益於環境的漂浮裝置。本發明的另一個目的是提供在被損壞的情況下（例如，當發生碰撞時）不會充滿水的漂浮裝置。利用水下漂浮裝置，本發明實現了這些目的中的全部或部分，水下漂浮裝置包括：插入件，其包括熱塑性材料和中空管，熱塑性材料的泡沫部件，其至少部分地覆蓋插入件，外部的殼體，其包括通過包覆泡沫部件進行注塑而形成的熱塑性材料，並且配置成在使用過程中與水接觸。由於本發明，水下漂浮裝置具有所需的技術特徵，由於（具有）外部的殼體而防水，同時由於（具有）泡沫部件而漂浮並且重量輕，和由於形成水下漂浮裝置的這些構件相結合而抗壓。另外，由於熱塑性材料形成該裝置的不同構件，該水下漂浮裝置能再利用且生產成本低。為了實現本發明，發明人突破了在這種應用中不能使用熱塑性材料的偏見，具體說就是使用了一些熱塑性構件。實際上對於熱塑性材料而言，在製造過程中材料的厚度小且均勻。其原因在於，厚度越大，材料的收縮現象越明顯（important），而熱固性材料不是這種情況。因此，發明人發現能利用熱塑性材料來提供插入件。插入件的形狀有助於彌補泡沫部件的厚度太小的位置，由此使水下漂浮裝置的剛性加強。殼體的厚度的改變也可有助於彌補泡沫部件的厚度太小的位置。而且，發明人突破了另一偏見，即，不能將熱塑性材料的泡沫（例如殼體）布置在另一熱塑性材料（例如泡沫部件）上。其原因在於，注塑殼體的溫度和壓力很高，以至於在注塑殼體的過程中存在泡沫熔化的危險和在總體上壓縮泡沫部件的危險。使用熱固性材料不會遇到這些危險。水下漂浮裝置的泡沫部件具有有利的壓縮彈性極限（為大約1.2MPa）。因此，水下漂浮裝置在海洋環境的12巴的壓力下不會變形。由於通過包覆泡沫部件進行注塑來模製覆蓋物（cover），就不必增加塞部件（stopper）。而且，可獲得更複雜的形狀（例如邊緣）或小厚度的泡沫部件。此外，在泡沫部件中可消除殘留氣泡。插入件、泡沫部件和殼體的熱塑性材料可是相同（unique）的熱塑性材料，例如聚丙烯。這種材料的優點是它能在市場上容易地獲得。該特徵有助於再利用該水下漂浮裝置，因為相同的材料構成了該水下漂浮裝置的三個構件或三層。該裝置可具有的總密度的範圍為50kg/m3至750kg/m3、例如範圍為150kg/m3至500kg/m3、例如為大約250kg/m3。這種特徵改進了該裝置的漂浮性。插入件和/或泡沫部件和/或殼體可通過注塑而成型。這有助於製造該水下漂浮裝置。泡沫部件可具有的密度的範圍為30至700kg/m3、例如範圍為100至500kg/m3、例如為大約200kg/m3。這種密度改進了漂浮性，泡沫部件相對較輕。在特定的實施例中，插入件包括玻璃纖維，該玻璃纖維的比例範圍為0％－60％、例如5％－40％。玻璃纖維能加強插入件的結構。存在玻璃纖維就要求在再利用之前將玻璃纖維與該裝置的其餘部分分離。插入件和泡沫部件可彼此粘接。泡沫部件和殼體可彼此粘接。在這兩層或這三層之間的這種粘接可不添加任何粘接劑而實現，其原因具體在於如下的事實：水下漂浮裝置的不同構件或不同層由熱塑性材料製成。在水下漂浮裝置的至少兩層之間的粘接加強了該水下漂浮裝置的整體結構，消除了在相關的構件之間的任何空隙。而且，在外部殼體受損壞的情況下，在各層之間的粘接防止水滲入水下漂浮裝置。該泡沫部件可包括閉孔（closedcell）。泡沫包括閉孔的事實有利於在水下漂浮裝置的外部的殼體受到損壞的情況下限制能滲入泡沫的水量。在優選的實施例中，殼體是防水的。水下漂浮裝置可選自以下部件構成的組：－航行控制裝置的翼部件，也稱為「飛行部件」－自動水下潛航器的翼部件，－滑行器的翼部件。本發明的另一目的涉及航行控制裝置，該航行控制裝置包括如上所述的水下漂浮裝置。附圖說明（被併入說明書的一部分並構成說明書的一部分的）附圖示出了一個或多個實施例並與說明書一起說明這些實施例。在附圖中：圖1是根據本發明的包括航行控制裝置（其包括水下漂浮裝置）的地震拖纜（seismicstreamer）的一部分的示意圖；圖2是圖1的包括幾個航行控制裝置的、被船拖拽的拖纜網的示意圖；圖3是根據本發明的作為水下漂浮裝置的一部分的插入件的實例的示意性透視圖；圖4是圖3的插入件的部分Ⅳ的放大的示意圖；圖5是根據本發明的作為水下漂浮裝置的一部分的泡沫部件的實例的示意性透視圖；和圖6是根據本發明的作為水下漂浮裝置的一部分的外部的殼體的實例的示意性透視圖。具體實施方式根據本發明的水下漂浮裝置可以是航行控制裝置的翼部件（也稱為「飛行部件」）、自動水下潛航器的翼部件，或滑行器（或任何其他合適的航海裝置）的翼部件。在附圖中示出的示例性實施例中，水下漂浮裝置1是航行控制裝置2的翼部件（或「飛行部件」），如在圖1中能看到的。這種航行控制裝置2在該實例中包括三個翼部件並且是地震拖纜3的一部分。地震拖纜3在圖1中被部分地示出並且包括多個傳感器20（也稱為水聽器）和多個轉換器22，圖1中示出了其中一個換能器。地震拖纜3是圖2中示出的被船21拖拽的地震拖纜網中的一部分，集中式系統（未示出）設置在船上，該集中式系統包括航行系統和節點管理系統（nodemanagersystem）。在示例性的實施例中，航行控制裝置2的作用是對地震拖纜和震源進行聲學定位並對地震拖纜進行控制。航行控制裝置包括三個子系統：－拖纜深度和轉向控制器，－聲學收發器，和－高級冗餘遙測子系統（redundanttelemetrysub-system）。拖纜網適於在海平面下大約100米的深度被拖拽，以便機械負載和水壓很大。根據本發明的水下漂浮裝置1包括三個構件或三層：－插入件，其包括熱塑性材料和中空管，－熱塑性材料的泡沫部件，其至少部分地覆蓋插入件，－外部的殼體，其包括通過包覆泡沫部件進行注塑而形成的熱塑性材料，並且配置成在使用過程中與水接觸。為了實現本發明，發明人突破了在這種應用中不能使用熱塑性材料的偏見，具體說就是使用了一些熱塑性構件。實際上對於熱塑性材料而言，在製造過程中材料的厚度小且均勻。其原因在於，厚度越大，材料的收縮現象越明顯，而熱固性材料不是這種情況。因此，發明人發現能利用熱塑性材料來提供插入件。插入件的形狀有助於彌補泡沫部件的厚度太小的位置，由此使水下漂浮裝置的剛性加強。殼體的厚度的改變也可有助於彌補泡沫部件的厚度太小的位置。水下漂浮裝置1自身的總密度為50至750kg/m3，在該實例中，為大約250kg/m3。插入件4示出為在圖3中的一側。在該實例中，插入件4通過注塑熱塑性材料製成，熱塑性材料在該實施例中包括聚丙烯。插入件包括小部分的纖維，以便加強其結構。插入件4包括沿著縱軸線X延伸的中空管7，並且在一個開口端8處敞開，並且具有圓形截面。在該實例中，中空管7允許將翼部件固定至航行控制裝置2。中空管7具有另外的封閉端11，封閉端11的頂部為插入件4的上端12，上端12的寬度大於中空管7的直徑。插入件4也包括基部10，基部10垂直於中空管的軸線X以非對稱的形式圍繞開口端8延伸。插入件4包括基本垂直於軸線X的第一外部肋9和基本平行於軸線X並連接上端12和基部10的第二外部肋14。圖4示出了插入件4的基部10的一部分的放大圖。在該圖中，示出了一個第二外部肋14的端部32，端部32形成一種具有三個叉33的叉狀件。特別利用第一肋9、第二肋14、帶有叉33的端部32和基部10的形狀，插入件的通常形狀被選擇成為提供剛性的翼部件，即使當泡沫部件5的厚度為大約5mm時。插入件的形狀可以是不同的，這不背離本發明的範圍。圖5中示出的泡沫部件5包括具有閉孔的聚丙烯泡沫。泡沫部件5具有大約200kg/m3的密度。通過包覆（over）插入件4進行注塑、使泡沫部件的任意位置的厚度等於或大於5mm來模製泡沫部件5。在圖3中可看見基部10和中空管7的開口端8，因為插入件4的這些部分沒有被泡沫部件5覆蓋。水下漂浮裝置的泡沫部件5在該實施例中具有的壓縮彈性極限為大約1.2MPa。泡沫部件5的形狀類似於水下漂浮裝置的最終的整體形狀，並且形成翼部件。泡沫部件5或水下漂浮裝置1的外形可以是不同的，這沒有背離本發明的範圍。在該實例中，泡沫部件5和插入件4沒有粘接劑而彼此粘接。在該實例中線13是注塑標記。在圖5中示出了開口30。這種開口30是預留的，以便允許將水下漂浮裝置1固定至航行控制裝置2的主體的臂。外部的殼體6通過包覆泡沫部件5進行注塑而被模製。該外部的殼體在圖4中被示出。外部的殼體6由聚丙烯製成。外部的殼體6完全覆蓋泡沫部件5並且重量輕。外部的殼體6和泡沫部件5無需粘接劑的輔助而彼此粘接。不用添加任何粘接劑就可實現在兩個層或三個層之間的這種粘接，具體說是因為這樣的事實，即，水下漂浮裝置的不同的構件或不同的層由熱塑性材料製成。在水下漂浮裝置的至少兩層之間的粘接加強了水下漂浮裝置的整體結構，消除了在相關的構件之間的任何空隙。而且，在外部的殼體受到損壞的情況下，在層之間的粘接防止水滲入水下漂浮裝置。在圖6中能看到兩種不同顏色的條，該條由泡沫部件5的線13限定，其是在注塑加工的過程中形成的。這些條在本發明中沒有技術作用，只有視覺上的效果。開口30被外部的殼體6遮蓋，如在圖6中所示的矩形位置34上。下面描述製造水下漂浮裝置的方法。通過用聚丙烯（選擇性地包括玻璃纖維）進行注塑來填充插入件的模具。插入件4接著在另一模具中通過注塑被泡沫部件5覆蓋，泡沫部件5自身通過注塑被外部的殼體6覆蓋。在該過程中，注塑殼體的溫度和壓力很高，以至於在注塑殼體的過程中存在泡沫熔化的危險和在總體上壓縮泡沫的危險。使用熱固性材料不會遇到這些危險。因此，為了使泡沫集中在模具中，在泡沫部件上注塑熱塑性材料是最佳的，這避免了泡沫的熔化，使注塑壓力最小，從而減小了變形和限制了與收縮有關的幾何變形。由於受到根據本發明的裝置的限制，該注塑可在一步或幾步中實現。在公開的實施例中，水下漂浮裝置是航行控制裝置的翼部件，但也可是其他潛水裝置，這不背離本發明的範圍。本發明的主題的範圍由權利要求限定，並且可包括本領域技術人員想到的其他實例。這些其他實例落在權利要求的範圍內。表述「包括一個」應被解釋為與表述「包括至少一個」意義相同，除非有相反的描述。範圍應被解釋為包括極值，除非有相反的描述。