臧義文

中交一航局第三工程有限公司，遼寧大連 116031

在我國(guó)船舶工藝中，船舶利用氣囊柔性上排工藝是我國(guó)獨(dú)創(chuàng)的一項(xiàng)造船工藝，其具備綜合經(jīng)濟(jì)效益高、安全可靠、機(jī)動(dòng)靈活、成本低、簡(jiǎn)單有效等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為國(guó)內(nèi)外中小型船廠用于船舶下水的主要方法[1]。當(dāng)前國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織正式發(fā)布了由我國(guó)提出并主導(dǎo)制定的船舶與海上技術(shù)-船舶下水用氣囊的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO14409，這標(biāo)志著我國(guó)船舶利用氣囊柔性上排工藝得到了在國(guó)際造船領(lǐng)域的相關(guān)話語(yǔ)權(quán)，也已經(jīng)得到了世界造船界的認(rèn)同[2]。同時(shí)鑒于中小船廠的特點(diǎn)，下水設(shè)施應(yīng)該簡(jiǎn)單方便，而氣囊柔性上排工藝是符合要求的高適應(yīng)性下水方式[3]。本文為此具體探討了船舶利用氣囊柔性上排工藝的意義與實(shí)施過(guò)程。

1 氣囊柔性上排工藝的分析

1.1 氣囊的結(jié)構(gòu)

船舶上排或下水時(shí)用的氣囊式移船裝置，由囊體、囊嘴、囊頭等組成。在實(shí)際應(yīng)用，氣囊囊壁強(qiáng)度的各向均衡性非常重要[4-5]，可以保證不同的主應(yīng)力方向。2013年6月，浙江正和造船有限公司建造的一艘76000噸級(jí)散貨船，該船總長(zhǎng)225米，載重噸7.6萬(wàn)噸，是迄今采用氣囊下水國(guó)內(nèi)最大噸位噸散貨船。乘坐在64只氣囊上，在船臺(tái)緩坡作用下，在105s時(shí)間內(nèi)，成功駛?cè)牒Ｖ?，順利下水?/p>

1.2 氣囊柔性上排工藝

船舶采用氣囊下水時(shí)，先將起重氣囊充氣，在卷?yè)P(yáng)機(jī)和鋼絲繩的牽引下，有控制的移動(dòng)船舶，完成下水過(guò)程。船舶上排時(shí)，用滾動(dòng)氣囊運(yùn)動(dòng)船舶，定位后再用起重氣囊墊墩，完成上排。船舶采用氣囊進(jìn)行下水和上排的原理是氣囊低壓充氣，大面積承載。氣囊的囊體主要用錦綸簾子布掛膠成型，我國(guó)的船舶利用氣囊柔性上排工藝從幾十噸的平底船起步，已經(jīng)發(fā)展到能夠此技術(shù)應(yīng)用于大型、復(fù)雜、高附加值船型，從而提高了利用價(jià)值。同時(shí)隨著新型氣囊下水、船臺(tái)和下水坡道的設(shè)計(jì)成功，萬(wàn)噸級(jí)船舶利用氣囊柔性上排工藝也是安全可行的[6-7]。

2 船舶氣囊受壓模型的建立

2.1 自由狀態(tài)下主應(yīng)力

船舶下水用氣囊在不受壓時(shí)形如梭形，當(dāng)囊體充入壓縮空氣后，囊壁四周均勻受壓，壓力垂直作用于囊壁，可將其分解為軸向力和徑向力。

式中：F1-軸向力

Po-初始內(nèi)壓力

D-氣囊直徑

ΠD-囊壁周長(zhǎng)

2.2 壓扁狀態(tài)下的主應(yīng)力

當(dāng)氣囊在船底下被壓扁以后，上下表面呈平面形狀，兩側(cè)表面仍呈半圓形。見(jiàn)圖2-1：

圖1 氣囊受壓后形狀變化

3 船舶氣囊柔性上排工藝過(guò)程及下水運(yùn)動(dòng)受力分析

3.1 從船體接觸水面到艉浮開(kāi)始

在此過(guò)程中作用于船上的力有囊體的反作用力r船體下水重量△G、浮力rV等。見(jiàn)圖2所示。

圖2 氣囊下水階段從船體接觸水面到尾浮開(kāi)始

3.2 從艉浮開(kāi)始到船體自由浮起

當(dāng)船尾開(kāi)始上浮時(shí)，橫向摩擦力消失，船體與氣囊的接觸不再嚴(yán)密，船體尾部有向下游漂移的趨勢(shì)。

船尾上浮的必要條件是：

力和力矩的平衡方程式為

同時(shí)為了保證船氣囊下水安全，我們也要就船舶的自重、水位的高低、船舶下滑產(chǎn)生應(yīng)力的計(jì)算、下水坡道的設(shè)計(jì)，以及氣囊的排列、沖氣壓力、滾動(dòng)速度的控制、防撞措施的落實(shí)、下水水域環(huán)境的警戒等進(jìn)行精確的分析與計(jì)算。

3.3 船體全浮至船體停止運(yùn)動(dòng)

當(dāng)下水重量和浮力相等時(shí)，船體便完全浮起，此時(shí)△G=rV。當(dāng)前船體離開(kāi)下水坡道，并在制動(dòng)設(shè)備的控制下停止運(yùn)動(dòng)，此時(shí)△G =rV。其運(yùn)動(dòng)方程為

此過(guò)程中θ=0。

總之，船舶利用氣囊下水是一項(xiàng)具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新技術(shù)，已經(jīng)成為了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，具有安全可靠、見(jiàn)效快、投資少等優(yōu)點(diǎn)。本文研究了下水階段船體的運(yùn)動(dòng)和受力情況，希望為下水工藝方案的優(yōu)選提供參考。

[1]王玉林，晉小莉，陳海峰.應(yīng)用柔性氣囊技術(shù)增強(qiáng)船舶不沉性[J].湛江海洋大學(xué)學(xué)報(bào)，2003(8).

[2]王紹清，朱珉虎.高承載力多層揉壓氣囊的研制與使用[J].中外船舶科技，2006(1).

[3]朱珉虎，孫菊香，黃立身.具有創(chuàng)新意義的我國(guó)船用氣囊標(biāo)準(zhǔn)[J].艦船標(biāo)準(zhǔn)化工程師，2004(3).

[4]姚立長(zhǎng)，王杰，董羅謙.氣囊駁運(yùn)船舶技術(shù)及要求的介紹[J].江蘇船舶，2005(4).

[5]王寶國(guó)，曲廣善.浙江民營(yíng)船廠轉(zhuǎn)模勢(shì)在必行[J].中國(guó)水運(yùn)，2006(6).

[6]洪宗躍.子午線輪胎有限元分析-簾線橡膠復(fù)合材料.輪胎工業(yè)，2006(1).

[7]洪宗躍，吳貴忠.子午線輪胎有限元分析-子午線輪胎有限元靜態(tài)分析實(shí)例[J].輪胎工業(yè)，2006(4).