淺談專用消磁浮箱的設(shè)計與應(yīng)用

呂 偉

（大連遼南船廠，遼寧大連 116041）

0 引言

隨著現(xiàn)代造船技術(shù)的發(fā)展，船舶消磁已經(jīng)成為了必須的出廠措施。我國海軍逐年入列服役了大批新型船舶，因此，國家對船舶消磁的要求也逐步提高。為滿足船舶消磁的要求，相關(guān)單位研發(fā)了新型車載式消磁站等船舶消磁設(shè)施。與車載式消磁站配套使用的專用消磁浮箱形式多樣，本文以大連遼南船廠設(shè)計建造的3 000噸級以下船舶專用消磁浮箱為對象，針對專用消磁浮箱的設(shè)計應(yīng)用展開論述，介紹了其結(jié)構(gòu)選材、結(jié)構(gòu)設(shè)計、實際應(yīng)用等相關(guān)信息。

1 船舶消磁的必要性

建造船舶用的鋼板都是具有一定硬度的碳鋼，其是具有一定矯頑力的硬磁（也叫永磁）或半硬磁材料[1]。另一方面，船舶上配備大量的電子設(shè)備，這些設(shè)備通電后會產(chǎn)生相應(yīng)的電磁。此外，地球磁場具有磁化作用，會把具有半磁性特性的船舶船板磁化，因而船舶帶磁?？偟膩碚f，船舶帶有磁性會使船舶受到磁性武器的攻擊，會對船舶的隱身性、電子設(shè)備的精確性和機械儀表的準(zhǔn)確性產(chǎn)生不利的影響，故船舶需要消磁。

2 車載式消磁站

傳統(tǒng)的船舶消磁對作業(yè)場地要求嚴(yán)格，需在無風(fēng)錨地、平潮時段進(jìn)行。倘若海況變化頻繁，一般船舶的消磁任務(wù)時常持續(xù)十余天。以往我國船舶的消磁作業(yè)主要在固定的消磁碼頭進(jìn)行或利用消磁船在海上進(jìn)行。因消磁作業(yè)的要求較高，消磁碼頭的建造需選用特殊的無磁建筑材料，這大大增加了消磁碼頭的建造周期及成本。移動式的消磁船同樣具有建造周期長、投資大等缺點。

為滿足相關(guān)船舶的消磁需求，我國某高校研發(fā)部門精心研制了車載式消磁站。該消磁站機動靈活，可在碼頭、海岸邊預(yù)設(shè)多個消磁陣地，就近進(jìn)行消磁保障，且造價低、生產(chǎn)周期短，遠(yuǎn)途使用時可搭載火車、船舶運輸?shù)筋A(yù)定地區(qū)。車載式消磁站是有效解決戰(zhàn)時大量中小型船舶應(yīng)急消磁需求的設(shè)備。

3 消磁浮箱的設(shè)計應(yīng)用

為保障我國北方某基地的船舶消磁能力，2015年工廠自主設(shè)計建造了專供北方某基地使用的消磁浮箱，其可與車載式消磁站配合使用。通過實船檢驗，該套消磁浮箱滿足各項消磁需求。與車載式消磁站配合使用的方式使得北方某基地具備了為船舶消磁的能力。

3.1 消磁浮箱的應(yīng)用

在使用車載式消磁站進(jìn)行消磁作業(yè)時，為避免受到周邊碼頭或相關(guān)建筑的磁性影響，需使被消磁船舶與碼頭或相關(guān)建筑物保持一定的距離，具體距離需通過專業(yè)人員利用專業(yè)儀器進(jìn)行檢測后計算得出（距離的遠(yuǎn)近視影響的大小而定，一般為 10 m以上）。另外，船舶在被消磁過程中需保證航向固定，偏差不超過±3°。因此，消磁浮箱的作用主要是確保在不同的碼頭條件下，使被消磁船舶距離碼頭存在一定距離的同時保證船舶航向符合消磁要求，詳見圖1。

圖1 消磁浮箱的作用

3.2 消磁浮箱的設(shè)計

3.2.1 消磁浮箱材料的選用

在船舶消磁作業(yè)過程中，相關(guān)工裝的材料應(yīng)為無磁材料，同時應(yīng)滿足一定的強度要求且成本應(yīng)相對較低。浮箱材料一般為塑料、玻璃鋼、船用板材等。塑料浮箱一般用于快艇浮碼頭的組裝等，玻璃鋼浮箱一般用于臨時平臺組裝或船舶系泊，船用板材浮箱主要用于船舶或潛艇的系泊[2]。綜合比較，可選擇玻璃鋼或船用板材作為消磁浮箱的材料。通過走訪調(diào)研得知，在福建省，結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c及水域環(huán)境，用來保障消磁作業(yè)的浮箱是由玻璃鋼材料制成的。而某基地位于我國北方，冬季較為寒冷且風(fēng)力較強。工廠根據(jù)消磁浮箱的強度需求，并綜合考慮其他因素，決定選用5083H116型鋁質(zhì)板材。該材料除了在強度方面滿足使用要求外，其無磁性的特點同樣滿足消磁要求。

3.2.2 消磁浮箱結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)浮箱使用方提出的要求“浮箱應(yīng)采用模塊化設(shè)計以保證運輸、布放的可行性，其工作距離應(yīng)為：距離碼頭不得小于10 m，干舷應(yīng)至少保證1 m”，并結(jié)合被消磁船舶的噸位及航向要求，工廠開展了浮箱設(shè)計工作。

首先，工廠進(jìn)行了綜合布置設(shè)計，結(jié)合該基地碼頭的土建信息及被消磁船舶的船型信息，工廠確定了浮箱布置方案，詳見圖2。

圖2 浮箱布置方案（單位：mm）

其次，工廠根據(jù)運輸車輛的裝載能力確定了浮箱的主要尺寸為4 m×2 m×1.3 m（長×寬×高），在此基礎(chǔ)上，浮箱內(nèi)設(shè)置了艙壁結(jié)構(gòu)、T型材結(jié)構(gòu)、扶強材結(jié)構(gòu)等。其中，浮箱的結(jié)構(gòu)間距為650 mm，浮箱甲板上共設(shè)置4道T型材形式的甲板橫梁，同時設(shè)置4道扁鋼形式的加強結(jié)構(gòu)。縱向上，在中縱處設(shè)置一道T型材形式的甲板縱桁，同時間隔設(shè)置2道扁鋼形式的甲板縱骨。浮箱底板的結(jié)構(gòu)設(shè)置與甲板相似。對于浮箱的前后端壁，則在艙壁上設(shè)置3道T型材形式的扶強材，其中位于船中處的為主要結(jié)構(gòu)，內(nèi)部艙壁的結(jié)構(gòu)設(shè)置與端壁結(jié)構(gòu)相似，但為保證其水密性，在其過梁部位增設(shè)了水密補板。左右側(cè)壁板上設(shè)置1道T型材形式的舷側(cè)縱桁，同時在其上下設(shè)置2道扁鋼形式的加強筋結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)的板材厚度以6 mm厚為主。具體的結(jié)構(gòu)形式見圖3。通過上述結(jié)構(gòu)設(shè)計可計算出浮箱的結(jié)構(gòu)重量約為800 kg。

為保證設(shè)計出的結(jié)構(gòu)形式滿足使用要求，設(shè)計人員通過模擬浮箱在自然環(huán)境下的受力，對其進(jìn)行了強度校核。在自然界6級風(fēng)的風(fēng)速下，以被消磁船舶受風(fēng)面積為560 m2計算，得出浮箱受力約為6.5 t，故對浮箱施加10 t的外力進(jìn)行強度校核，校核結(jié)果為滿足使用要求，見圖4[3]。

圖4 浮箱的強度校核

另外，根據(jù)浮箱的功能特點，需設(shè)計相關(guān)系泊裝置來實現(xiàn)其組合、系緊、吊運的要求。通過對浮箱進(jìn)行綜合布置，可看出浮箱組合后兩端分別跟船舶外板及碼頭接觸，需在接觸面設(shè)置碰墊。碰墊的選型主要選擇D300型橡膠碰墊，安裝形式為側(cè)板及螺栓連接。另外，為避免浮箱間因起伏碰撞產(chǎn)生影響，需在浮箱間的接觸面配備碰墊，該處碰墊選型為D50橡膠碰墊。對于系緊及吊運，根據(jù)其功能特點，工廠在浮箱的甲板面上設(shè)置了6個載荷為10 t的F型眼板。在檢修及維護(hù)方面，針對其2個獨立的水密艙室，工廠在浮箱的甲板面上設(shè)置了2個人孔并配有材質(zhì)為316L的人孔蓋，詳見圖5。

圖5 浮箱結(jié)構(gòu)示意圖

在增加上述裝置后，浮箱的總重量約為1.1 t。使用浮力計算公式，可計算出浮箱的吃水約為100 mm，浮箱干舷約為1.2 m，滿足要求。

為了保證被消磁船舶的航向，除了上述浮箱的設(shè)計外，工廠同樣設(shè)計并建造了結(jié)構(gòu)相似的不規(guī)則浮箱。根據(jù)布置方案，不規(guī)則浮箱分為3種，其中最大的浮箱長邊約4.8 m，最小的浮箱短邊僅2.8 m，其系泊裝置與上述浮箱的相同，在這里不再做詳細(xì)介紹。因不規(guī)則浮箱的尺寸與重量與上述浮箱不同，為保證所有浮箱的浮態(tài)偏差較小，需在浮箱內(nèi)部做固定壓載。壓載材料為水泥（該材料對消磁作業(yè)無影響），壓載過程中需用橡膠氈將水泥與浮箱結(jié)構(gòu)相隔離，以防止長時間使用后浮箱被腐蝕。

當(dāng)浮箱制作完成后，需用纜繩將浮箱連接起來。所選擇的纜繩應(yīng)能保證強度，并利于操作，此次選用的纜繩為φ20的尼龍纜繩。連接前，在浮箱甲板上的眼板處配備了材質(zhì)為316L的卸扣，連接過程中，纜繩通過往復(fù)穿過卸扣系緊以達(dá)到與浮箱相連的目的。將浮箱連接成一個整體之后，另外引出纜繩與船舶及碼頭連接。需要說明的是，被消磁船舶除了與浮箱連接外，還應(yīng)與碼頭連接。被消磁船舶的系泊主要靠自身的纜繩與碼頭連接。

4 結(jié)束語

經(jīng)過某型船舶的實船消磁檢驗，證明上述專用消磁浮箱的設(shè)計是可行的。在風(fēng)力為6級的氣象條件下，其結(jié)構(gòu)強度、連接形式均符合要求，得到了消磁作業(yè)方的一致好評。由此可見，此次工廠設(shè)計并建造的專用消磁浮箱可與車載式消磁站共同應(yīng)用于該基地的船舶消磁作業(yè)中。

通過本文的詳細(xì)闡述，希望可以為同類型浮箱的設(shè)計者提供參考，同時希望通過交流研討，對該類型浮箱的設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化，提高該類工裝的設(shè)計水平。