某型援潛救生船的月池艙口蓋設(shè)計(jì)

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（中國船舶及海洋工程設(shè)計(jì)研究院 上海 200011）

0 引 言

潛救系統(tǒng)是某型援潛救生船最重要的使命任務(wù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由水聲設(shè)備、潛水設(shè)備、救援設(shè)備、氣站、潛水作業(yè)實(shí)時(shí)顯示裝置等組成。其中，飽和潛水鐘是實(shí)現(xiàn)使命任務(wù)的關(guān)鍵設(shè)備。為配合潛水鐘吊放作業(yè)，在某援潛救生船首次設(shè)計(jì)采用了潛水鐘通過月池吊放的方式，即在主甲板船體中部設(shè)置了月池直接與海水相通，形成一條潛水鐘吊放入海的船體通道。這種特殊的吊放方式，為月池艙口蓋的設(shè)計(jì)帶來新的問題和困難。

1 月池艙口蓋與常規(guī)艙口蓋設(shè)計(jì)差異

月池艙口蓋與常規(guī)艙口蓋的設(shè)計(jì)有較大區(qū)別:

（1）載荷作用的形式不同。常規(guī)艙口蓋內(nèi)部一般不受載荷作用，月池艙口蓋內(nèi)部受海水沖擊載荷。

（2）隔離介質(zhì)不同。常規(guī)艙口蓋隔離介質(zhì)一般都是空氣，月池艙口蓋上方介質(zhì)是空氣，下方介質(zhì)是空氣與海水。隨著船體的升沉，下方壓力會(huì)隨機(jī)變化，需考慮月池艙口蓋上下壓力差會(huì)產(chǎn)生的影響。

（3）其他作業(yè)要求。常規(guī)艙口蓋一般只要求啟閉作業(yè)，月池艙口蓋不僅要滿足潛水鐘的下放及上升作業(yè)，還需設(shè)置操作平臺(tái)以配合潛水鐘的作業(yè)。

2 內(nèi)部沖擊載荷確定

初步設(shè)想為降低月池波面對艙口蓋板的沖擊，在艙口蓋上開設(shè)一呼吸孔。為獲得內(nèi)部沖擊載荷，了解月池內(nèi)的波面撞擊頂部蓋板的情況以及驗(yàn)證設(shè)置透氣孔的效果，采用模型試驗(yàn)方法，專門進(jìn)行了某援潛救生船耐波性頂浪時(shí)的月池蓋板壓力測試模型試驗(yàn)。按設(shè)計(jì)方案將蓋板安裝在船模上，并在蓋板上安裝了4個(gè)壓力傳感器和1個(gè)呼吸孔，見圖1。

模型試驗(yàn)的環(huán)境條件是:

（1）試驗(yàn)在頂浪不規(guī)則波中進(jìn)行；

（2）海況為4級(jí)（有義波高2.5 m，平均周期T01=7.0 s），試驗(yàn)航速為 18 kn；

（3）海況為6級(jí)（有義波高6.0 m，平均周期T01=9.8 s），試驗(yàn)航速分別為 9 kn、15 kn、18 kn。

圖1 壓力傳感器及透氣孔設(shè)置位置圖

試驗(yàn)數(shù)據(jù)（摘錄）如表 1～表 5。

表1 4級(jí)海況18 kn航速頂浪航行時(shí)蓋板壓力測試結(jié)果（透氣孔未打開）

表2 6級(jí)海況9 kn航速頂浪航行時(shí)蓋板壓力測試結(jié)果（透氣孔未打開）

表3 6級(jí)海況15 kn航速頂浪航行時(shí)蓋板壓力測試結(jié)果（透氣孔未打開）

表4 6級(jí)海況18 kn航速頂浪航行時(shí)蓋板壓力測試結(jié)果（透氣孔未打開）

表5 6級(jí)海況18 kn航速頂浪航行時(shí)蓋板壓力測試結(jié)果（透氣孔打開）

根據(jù)對模型試驗(yàn)結(jié)果的分析對比，可以得出如下結(jié)論:

（1）蓋板壓力最大值發(fā)生在后方P1處，在高速航行時(shí)尤其明顯；

（2）航速增加導(dǎo)致蓋板受到的沖擊次數(shù)和最大壓力明顯增加；

（3）4級(jí)海況中18 kn航速頂浪航行時(shí)蓋板壓力最大值為0.45 kg/cm2；

（4）在艙口蓋上透氣口關(guān)閉狀態(tài)下，6級(jí)海況中9 kn航速頂浪航行時(shí)蓋板壓力最大值為0.42 kg/cm2，15 kn航速頂浪航行時(shí)蓋板壓力最大值為0.58 kg/cm2，18 kn航速頂浪航行時(shí)蓋板壓力最大值為1.08 kg/cm2；

（5）在艙口蓋上透氣口開啟狀態(tài)下，蓋板的沖擊次數(shù)和最大壓力值比透氣口關(guān)閉狀態(tài)下有明顯增加，沖擊壓力峰值達(dá)到1.41 kg/cm2。

更為重要的是，模型試驗(yàn)發(fā)現(xiàn):雖然在蓋板上開設(shè)呼吸口對艙口蓋啟閉有利，但會(huì)造成船在航行時(shí)蓋板所受沖擊次數(shù)和壓力明顯增加，這與當(dāng)初設(shè)想相悖。因此，最終內(nèi)部沖擊載荷確定為1.5 kg/cm2并取消蓋板上的呼吸孔。

3 隔離介質(zhì)不同帶來的問題及解決方法

為滿足潛水鐘吊放，月池艙口蓋需要在4級(jí)海況下進(jìn)行啟閉作業(yè)。由于月池的特殊性，月池艙口蓋封閉下方介質(zhì)先是一段空氣層、然后再是海水，見圖2。

圖2 月池艙口蓋內(nèi)介質(zhì)示意圖

根據(jù)耐波性的試驗(yàn)結(jié)果，在4級(jí)海況下零速時(shí)，母船最大垂蕩單幅有義值為1.23 m。

3.1 問 題

隔離介質(zhì)的不同，將帶來以下兩個(gè)問題:

（1）由于空氣層的存在，船舶升沉?xí)古摽谏w封閉的空氣層容積發(fā)生變化而使氣壓發(fā)生變化。將月池艙口蓋與波面之間的氣體作為一個(gè)絕熱過程，其壓力與容積滿足方程PV1.4=C（常數(shù)）。當(dāng)V1（51.4 m3）變化到 V2（66.1 m3），空氣層的氣壓會(huì)從1個(gè)大氣壓減小到0.7個(gè)大氣壓，這使得月池艙口蓋內(nèi)外有0.3個(gè)大氣壓的壓差，導(dǎo)致艙口蓋開啟力會(huì)額外附加，并最大達(dá)到0.3個(gè)大氣壓的負(fù)荷。

（2）由于母船垂蕩運(yùn)動(dòng)是一個(gè)隨機(jī)過程，使得空氣層內(nèi)容積變化隨機(jī)，空氣層內(nèi)氣壓變化也隨機(jī)，故難以確定艙口蓋開啟力。若艙口蓋開啟力按克服蓋板重力并附加空氣層最大壓差產(chǎn)生的負(fù)荷，開啟油缸會(huì)受到很大沖擊力；若艙口蓋開啟力按克服蓋板的重力設(shè)計(jì)，則可能開啟不了艙蓋。

3.2 解決方法

通過分析發(fā)現(xiàn)，由于隔離介質(zhì)不同以及空氣層的存在，導(dǎo)致艙口蓋開啟力不容易確定，而問題的關(guān)鍵是母船的升沉運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致空氣層壓差隨機(jī)變化。為此，直接針對關(guān)鍵問題，在艙口蓋的圍板上設(shè)置一高速透氣閥，在開啟艙口蓋時(shí)由控制系統(tǒng)先打開該高速透氣閥，待艙口蓋內(nèi)外壓差平衡后再開啟艙口蓋，這樣艙口蓋的開啟力可以按正常設(shè)計(jì)方法確定。

4 艙口蓋設(shè)計(jì)方案

針對月池艙口蓋的特殊性，對于外載荷的確定采用模擬試驗(yàn)方法，對于隔離介質(zhì)不同而產(chǎn)生壓力差的問題通過設(shè)置高速透氣閥來解決，對于其他作業(yè)要求則將月池艙口蓋設(shè)計(jì)成可折疊狀態(tài)來滿足使用要求，本月池艙口蓋的設(shè)計(jì)方案確定為液壓鉸翻式雙頁型式。主動(dòng)蓋板油缸布置在端鉸臂下方，從動(dòng)蓋板由連桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，連桿機(jī)構(gòu)油缸設(shè)置在主動(dòng)蓋板上，液壓鎖緊裝置由機(jī)械自鎖油缸驅(qū)動(dòng)。月池艙口蓋完全開啟后，可露出完整的月池。當(dāng)潛水鐘放入月池后，開啟收藏狀態(tài)液壓鎖緊裝置，再操作主動(dòng)蓋板油缸，將兩塊蓋板折疊，裝上活動(dòng)欄桿，從動(dòng)蓋板上方作為操作平臺(tái)，以便固定潛水鐘氧氣管與起吊鋼索。艙口蓋的關(guān)閉、打開、折疊狀態(tài)區(qū)別見圖 3～5。

圖3 艙口蓋關(guān)閉狀態(tài)

圖4 艙口蓋打開狀態(tài)

圖5 艙口蓋折疊狀態(tài)

5 結(jié) 論

設(shè)計(jì)后的月池艙口蓋通過系泊與航行試驗(yàn)，其液壓系統(tǒng)、艙口蓋操控效用、液壓艙口蓋啟閉、艙口蓋密封性等各項(xiàng)試驗(yàn)，完全達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，為后期進(jìn)行潛救專項(xiàng)試驗(yàn)提供保障。

［1］中國船舶重工集團(tuán)公司第七一九研究所.潛水鐘通過中央井吊放技術(shù)研究報(bào)告［R］.2005.

［2］某援潛救生船耐波性試驗(yàn)研究報(bào)告［R］.2005.