水下回收：拔出、上升与出水

从海床回收设备并非将安装过程倒过来。海床会阻碍设备脱离，设备重量存在不确定性，而船舶升沉驱动的拉拔可能在设备脱离海床前，使起重机承受远超其 SWL 的载荷。本文介绍拔出时会发生什么，以及在我们的吸力筒回收案例中，升沉补偿器发挥了什么作用。

作者 Norwegian Dynamics 工程团队 · 2026 年三月 · 更新于 2026 年九月 · 阅读约 9 分钟

要点速览

回收会带来安装时没有的载荷和风险：海床的约束力、海生物附着及内部积水和积土造成的重量变化，以及多年服役后可能减弱的结构。
吸力筒在拔出时会产生阻力，而且拉得越快，阻力越大，因为水来不及流入筒底。使用未装补偿器的钢丝绳时，船舶升沉决定了拉拔速度。
串联的被动升沉补偿器以行程吸收升沉，使绞车能够缓慢、平稳地拉拔，筒底吸力因而保持较低水平。
在我们的 CONSTELLATION 案例中，CYGNUS 700 t / 5 m 在较坚实的黏土中拔出一个 Ø6 m 吸力筒，水深为 120 m，海况为 Hs 2.5 m；钢丝绳峰值载荷为 566 t，相当于起重机 SWL 的 87 %，该起重机的 SWL 为 650 t。未装补偿器时，钢丝绳载荷达到约 1,280 t，接近起重机 SWL 的两倍。

安装是将已知物体下放到经过准备的海床上。回收则要吊起在海床上停留多年的设备：它受到土体约束，表面附着海生物，内部往往积有水和沉积物，结构强度也可能不如安装时。

为什么回收比安装更难

海床的约束力。 吸力筒或泥垫下方的吸力，以及裙板沿线的黏附力和摩擦力，会在设备脱离海床前增加所需拉力。
重量未知。 海生物附着、内部积水和沉积物会增加重量，部件缺失或腐蚀则可能减轻重量。设备现状重量只能估算为一个范围。
结构强度降低。 吊点和结构构件可能因腐蚀或疲劳而失去强度，能够承受的载荷可能低于安装时。
突然脱离。 海床一旦松开，原先向下约束设备的力便会瞬间消失。钢丝绳和索具储存的弹性伸长能量会将设备向上弹起，钢丝绳可能先松弛，随后受到猛拉。

拔出

吸力筒最能说明这个问题。通常会向筒盖下方泵入水，将其顶出。若无法这样做，就必须用起重机拉拔，本文建模的正是这种情况。吸力筒上升时，水须经顶部阀门流入筒内。若拉拔速度快于进水速度，筒内压力就会下降，海床的约束力随之增大，直到筒内土体失稳。裙板沿线的摩擦力也会增加阻力，但这一部分随速度变化不大。

使用未装补偿器的钢丝绳时，拉力既来自绞车，也同样来自船舶升沉：每一道波浪都可能带来快速拉拔，使土体阻力和钢丝绳载荷一起上升。若吸力筒在这种拉力下突然脱离，钢丝绳储存的弹性伸长能量会将其向上弹起（图 1）。

图 1。 从海床拔出吸力筒。(A) 使用未装补偿器的钢丝绳时，船舶升沉驱动拉拔；快速拉拔使筒底吸力增大，因为水无法及时经顶部阀门流入；吸力筒一旦脱离，钢丝绳便会受到猛拉。(B) 串联补偿器吸收升沉，使绞车能够缓慢、平稳地拉拔，筒底吸力保持较低水平。示意图，未按比例绘制。

串联的被动升沉补偿器会改变这一过程。设备以行程吸收船舶升沉，因此吸力筒所受拉力由绞车控制，缓慢而平稳，土体阻力也较低。在我们的案例中，吸力筒以低于 0.1 m/s 的速度平稳拔出，没有突然脱离。若海床约束力突然消失，设备的阻尼会限制设备被向上带离的速度，避免钢丝绳储存的弹性伸长能量将其向上弹起。

上升与出水

设备脱离海床后，将穿过水柱被吊起，钢丝绳承受其水中重量和阻力；吸力筒内往往仍有土，其他结构中也可能积水。接近水面时，浪溅区的作用方向与入水时相反：设备出水后浮力减小，所携带的水和土也会增加其空气中重量。 DNV-RP-N103 要求在核查回收作业中补偿器的行程时计入这些滞留水。穿越浪溅区介绍了水面附近的载荷。

我们的吸力筒回收案例

在一个 CONSTELLATION 模型中，一艘配备 650 t 起重机的工程船回收一个 Ø6 × 10 m 吸力筒（空气中重 107 t，水中重 93 t）。吸力筒通过 Ø0.5 m 顶部阀门进水，仅靠起重机从 120 m 水深的较坚实的黏土中将其拔出。索具使用三倍率 90 mm 钢丝绳，海况为 Hs 2.5 m、Tp 8.0 s。在相同索具和海况下，分别对串联安装的、按该任务选型的 CYGNUS 700 t / 5 m，以及未装补偿器的钢丝绳进行了模拟。

图 2。 我们的吸力筒回收案例中的钢丝绳峰值载荷，对比了相同索具和海况下有无补偿器的结果。两次模拟均未达到钢丝绳 1,658 t 的破断载荷。未使用补偿器时，钢丝绳载荷超过了起重机的 650 t SWL 和钢丝绳的 663 t SWL；起重机的 SWL 更低，因此是控制限值。此结果是 Hs 2.5 m、Tp 8.0 s 的一次海况实现，由 CONSTELLATION 建模。

结果	裸钢丝绳	使用 CYGNUS
钢丝绳峰值载荷	约 1,280 t	566 t
相对于 650 t 起重机 SWL	接近两倍	87 %
相对于钢丝绳的 663 t SWL	接近两倍	85 %
相对于钢丝绳 1,658 t 破断载荷	77 %	34 %
吸力筒从黏土中拔出	否：上升约 1 m	是：以低于 0.1 m/s 的速度平稳拔出；模拟开始约 4.5 分钟后，裙板脱离海床

从开始拔出起，补偿器始终未触及行程限位，大部分时间处于行程下半段，同时绞车将吸力筒从黏土中平稳拔出。模拟在裙板脱离海床时结束，因此未覆盖后续上升和出水。未装补偿器时，吸力筒仍受土体约束，仅上升约 1 m，钢丝绳载荷就已超过起重机的 SWL。这只是一次海况实现，CYGNUS 也按本案例选型；实际回收须根据具体设备、土体和船舶单独建模。

同一案例的视频：CYGNUS 在 120 m 水深处从黏土中拔出吸力筒，由 CONSTELLATION 模拟。

选择设备

RIGEL 保持在甲板上给定的设定值。 CYGNUS 可以释放气体， ANTARES 则既可释放也可补充气体，因此两者都能在拔出后载荷下降时重新调整至合适的行程位置。在我们的案例中，CYGNUS 全程保持拔出阶段的设定值：其充气设定对应数百吨载荷，当吸力筒脱离海床、以 93 t 的水中重量悬挂时，补偿器会收缩至限位，因此上升和出水阶段需要单独核查。这三款产品的额定水深均为 3,000 m。对于最难预测的拔出工况，主动控制可增加调节余地；我们的 VEGA 主动设备正在开发中。

来源与假设

该回收案例采用 CONSTELLATION 模型，模拟吸力筒随拉拔速度变化的拔出阻力：外侧裙板的摩擦力，加上由 Ø0.5 m 顶部阀门流量决定的筒内负压；该负压上限取土体反向承载力与空化限值中的较低者。黏土的不排水抗剪强度约为 42 kPa。船舶运动以六自由度施加于吊臂端点。模拟只覆盖拔出过程，在吸力筒裙板脱离海床时结束。
一次海况实现（Hs 2.5 m、Tp 8.0 s）。CYGNUS 700 t / 5 m 按本案例选型，全程保持同一气体充注状态。
滞留水要求出自 DNV-RP-N103，原编号为 DNV-RP-H103 （2010 年四月，第 4.7.7.4 节）。

常见问题

为什么水下回收比安装更难？

海床约束着设备；设备重量自安装后可能改变，结构可能变弱；拔出时突然脱离还可能使设备向上弹起，猛拉钢丝绳。安装不存在这些情况。

什么是克服海床吸力的拔出过程？

吸力筒或泥垫在从海床拔出时会遇到阻力。吸力筒上升时，水须经顶部阀门流入筒底；若拉拔速度超过进水速度，筒内压力下降，海床的约束力就会增大。对于黏土上的泥垫，吸力持续时间太长，不能等待其自行消散，必须通过起吊克服。裙板沿线的摩擦力也会增加阻力。

升沉补偿器如何帮助拔出？

它以行程吸收船舶升沉，使绞车能够缓慢、平稳地拉拔，土体阻力因而较低。在我们的案例中，吸力筒以低于 0.1 m/s 的速度平稳拔出，没有突然脱离。若海床约束力突然消失，设备的阻尼会限制设备被向上带离的速度，避免钢丝绳储存的弹性伸长能量将其向上弹起。

回收过程中需要调整补偿器设定值吗？

这取决于设备脱离海床后载荷下降的幅度。RIGEL 保持在甲板上给定的设定值；CYGNUS 可释放气体，ANTARES 则可释放和补充气体。在我们的吸力筒案例中，设定值针对拔出阶段选择，因此吸力筒脱离海床后，补偿器会收缩至限位，上升和出水阶段需要单独核查。

回收模型显示了什么？

在我们的 CONSTELLATION 案例中，按任务选型的 CYGNUS 700 t / 5 m 从较坚实的黏土中拔出一个 Ø6 m 吸力筒，水深为 120 m，海况为 Hs 2.5 m；钢丝绳峰值载荷为 566 t，相当于起重机 SWL 的 87 %，该起重机的 SWL 为 650 t。未装补偿器时，钢丝绳载荷达到约 1,280 t，接近起重机 SWL 的两倍。这是一次海况实现，模拟只覆盖拔出过程，未覆盖后续上升。