船舶利用氣囊柔性上排工藝

臧義文

中交一航局第三工程有限公司，遼寧大連 116031

在我國船舶工藝中，船舶利用氣囊柔性上排工藝是我國獨創(chuàng)的一項造船工藝，其具備綜合經(jīng)濟效益高、安全可靠、機動靈活、成本低、簡單有效等優(yōu)點，逐漸成為國內(nèi)外中小型船廠用于船舶下水的主要方法[1]。當前國際標準化組織正式發(fā)布了由我國提出并主導制定的船舶與海上技術-船舶下水用氣囊的國際標準ISO14409，這標志著我國船舶利用氣囊柔性上排工藝得到了在國際造船領域的相關話語權，也已經(jīng)得到了世界造船界的認同[2]。同時鑒于中小船廠的特點，下水設施應該簡單方便，而氣囊柔性上排工藝是符合要求的高適應性下水方式[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施過程。

1 氣囊柔性上排工藝的分析

1.1 氣囊的結(jié)構(gòu)

船舶上排或下水時用的氣囊式移船裝置，由囊體、囊嘴、囊頭等組成。在實際應用，氣囊囊壁強度的各向均衡性非常重要[4-5]，可以保證不同的主應力方向。2013年6月，浙江正和造船有限公司建造的一艘76000噸級散貨船，該船總長225米，載重噸7.6萬噸，是迄今采用氣囊下水國內(nèi)最大噸位噸散貨船。乘坐在64只氣囊上，在船臺緩坡作用下，在105s時間內(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，先將起重氣囊充氣，在卷揚機和鋼絲繩的牽引下，有控制的移動船舶，完成下水過程。船舶上排時，用滾動氣囊運動船舶，定位后再用起重氣囊墊墩，完成上排。船舶采用氣囊進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)展到能夠此技術應用于大型、復雜、高附加值船型，從而提高了利用價值。同時隨著新型氣囊下水、船臺和下水坡道的設計成功，萬噸級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)下主應力

船舶下水用氣囊在不受壓時形如梭形，當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

2.2 壓扁狀態(tài)下的主應力

當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程及下水運動受力分析

3.1 從船體接觸水面到艉浮開始

在此過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。見圖2所示。

圖2 氣囊下水階段從船體接觸水面到尾浮開始

3.2 從艉浮開始到船體自由浮起

當船尾開始上浮時，橫向摩擦力消失，船體與氣囊的接觸不再嚴密，船體尾部有向下游漂移的趨勢。

船尾上浮的必要條件是：

力和力矩的平衡方程式為

同時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)生應力的計算、下水坡道的設計，以及氣囊的排列、沖氣壓力、滾動速度的控制、防撞措施的落實、下水水域環(huán)境的警戒等進行精確的分析與計算。

3.3 船體全浮至船體停止運動

當下水重量和浮力相等時，船體便完全浮起，此時△G=rV。當前船體離開下水坡道，并在制動設備的控制下停止運動，此時△G =rV。其運動方程為

此過程中θ=0。

總之，船舶利用氣囊下水是一項具有我國自主知識產(chǎn)權的創(chuàng)新技術，已經(jīng)成為了國際標準，具有安全可靠、見效快、投資少等優(yōu)點。本文研究了下水階段船體的運動和受力情況，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.應用柔性氣囊技術增強船舶不沉性[J].湛江海洋大學學報，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)新意義的我國船用氣囊標準[J].艦船標準化工程師，2004(3).

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

[5]王寶國，曲廣善.浙江民營船廠轉(zhuǎn)模勢在必行[J].中國水運，2006(6).

[6]洪宗躍.子午線輪胎有限元分析-簾線橡膠復合材料.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)分析實例[J].輪胎工業(yè)，2006(4).