王宏風(fēng) 喻雄飛
(中國(guó)人民解放軍92326部隊(duì) 湛江 524000)
當(dāng)船舶擱淺、觸礁、碰撞等原因造成艙壁破損進(jìn)水時(shí),船舶將喪失一部分儲(chǔ)備浮力,產(chǎn)生傾斜、傾差,穩(wěn)性降低,直接威脅船舶生命力,會(huì)因穩(wěn)性不足而發(fā)生傾覆,甚至?xí)蛲耆珕适?chǔ)備浮力而沉沒(méi)。因此,發(fā)現(xiàn)進(jìn)水后能否快速控制進(jìn)水或進(jìn)行堵漏,是減輕船舶危險(xiǎn)并爭(zhēng)取搶救時(shí)間的關(guān)鍵,所以損管堵漏技術(shù)一直以來(lái)都是船舶損管研究的一項(xiàng)重要內(nèi)容。本項(xiàng)目是通過(guò)對(duì)多種損管器材(如:金屬堵漏箱、軟邊堵漏板、金屬堵漏傘、泡沫堵漏器等)進(jìn)行分析,研制的一種利用高分子緩凝發(fā)泡材料的新型堵漏裝置。
經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展,國(guó)內(nèi)現(xiàn)役船舶已經(jīng)根據(jù)需要配置了較多種類(lèi)的堵漏器材,對(duì)船舶生命力起到了一定程度上的保障作用。但是由于受損船體常凹凸不平,傳統(tǒng)的堵漏器材通常采用木楔、木塞、木板等形式,堵漏時(shí)不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力,并且堵漏不徹底,特別是對(duì)于噸位較大的船舶,受損部位深、進(jìn)水壓力大的情況下,堵漏更為困難。目前船舶配置的損管堵漏器材多設(shè)計(jì)定型于20世紀(jì),多種損管器材如金屬堵漏箱、軟邊堵漏板、活頁(yè)鐵板、金屬堵漏傘等通常會(huì)在實(shí)際使用中出現(xiàn)操作不便、適用范圍小、堵漏不嚴(yán)、可靠性差等問(wèn)題,難以滿(mǎn)足現(xiàn)代化新型船舶對(duì)高效堵漏的需要。
針對(duì)幾種常用堵漏工具在使用中的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)了討論分析,具體分析如下。
1)金屬堵漏傘
優(yōu)點(diǎn):使用方便,堵漏速度快,水壓不太大的情況下,約30s即可完成,堵漏效果不受裂口凸起影響。
缺點(diǎn):對(duì)于水壓較大的情況,堵漏傘撐開(kāi)比較困難。
2)金屬堵漏箱
優(yōu)點(diǎn):操作原理簡(jiǎn)單,水壓較小時(shí)堵漏速度快,約20s可完成。
缺點(diǎn):水壓較大時(shí),面對(duì)破口進(jìn)水壓力時(shí),堵漏箱很難固定到位,且要求內(nèi)壁區(qū)域破口四周平整,旁邊無(wú)水管等其它結(jié)構(gòu)阻擋,操作空間要求高,空間太狹小時(shí)無(wú)法完成操作。
3)快速(泡沫)堵漏器
優(yōu)點(diǎn):使用時(shí),敲碎內(nèi)置的兩個(gè)玻璃瓶,玻璃瓶里的兩種化學(xué)品混合在一起,生成泡沫類(lèi)物質(zhì),撐開(kāi)帆布袋,填充破損口,類(lèi)似快干水泥的效果,可以適應(yīng)不規(guī)則形狀的破損口。
缺點(diǎn):當(dāng)水壓較大時(shí)很難將堵漏器伸到艙外,膨脹過(guò)程需人工頂住,時(shí)間較長(zhǎng),一次堵漏失敗,無(wú)法現(xiàn)場(chǎng)拆除重新堵漏。
通過(guò)調(diào)研分析,針對(duì)現(xiàn)有堵漏工具不易操作、適應(yīng)性差的問(wèn)題,現(xiàn)設(shè)計(jì)一種自適應(yīng)緩凝發(fā)泡堵漏裝置,該裝置主要由T形桿與膨脹囊組成,通過(guò)運(yùn)用基于聚氨脂的高分子聚合膨脹材料,解決當(dāng)前堵漏過(guò)程中遇到的不易操作、成功率低等難題,再通過(guò)改變聚氨脂的膨脹速度解決破口不平整、船舶內(nèi)壁不規(guī)則或有障礙物時(shí)的難題,提高堵漏自適應(yīng)性,且操作方法與堵漏箱類(lèi)似無(wú)需進(jìn)行額外培訓(xùn)。
在膨脹囊的設(shè)計(jì)方面,如果將膨脹囊設(shè)計(jì)在艙外雖然有堵漏效果好,較牢靠等優(yōu)點(diǎn)。但缺點(diǎn)是水壓大時(shí)伸到艙外較困難,且膨脹過(guò)程中需人工頂住,水壓過(guò)小時(shí)有脫落可能,如果一次堵漏不成功,很難拆除重來(lái),因此很難將其投入到訓(xùn)練中,而將膨脹囊設(shè)計(jì)在艙內(nèi)膨脹的優(yōu)點(diǎn)則是容易伸到艙外,膨脹過(guò)程中無(wú)需人工頂住,水壓過(guò)小時(shí)不會(huì)脫落,如果一次堵漏不成功,可拆除重來(lái),培訓(xùn)訓(xùn)練過(guò)程中易拆除,還可實(shí)現(xiàn)二次加固。
在膨脹囊內(nèi)部還應(yīng)有改進(jìn)性設(shè)計(jì),一方面在膨脹囊內(nèi)分前后兩格,后格內(nèi)的高分子膨脹材料比前格中的材料遇水膨脹快,后級(jí)先將前級(jí)擠推至最前方破口附近時(shí)才開(kāi)始膨脹,較好改善滲水情況,另一方面膨脹囊外圍由帆布與金屬網(wǎng)組成,后端有8股后檔桿形成較大、較硬的支撐,且前端相對(duì)較軟,延展性強(qiáng),帆布內(nèi)側(cè)加入一定數(shù)量的海綿或軟質(zhì)材料,避免滲水處形成噴射狀水柱。前端膨脹材料還可以加入粘性成份,進(jìn)一步減少滲水。
自適應(yīng)緩凝發(fā)泡堵漏裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)由T形桿、發(fā)泡膨脹囊、后檔桿(8股)、步進(jìn)壓桿等組成。具體如圖1示意。
圖1 自適應(yīng)緩凝發(fā)泡堵漏裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖
使用時(shí),將T形桿由艙內(nèi)通過(guò)破口伸出艙外并卡牢,手動(dòng)壓動(dòng)步進(jìn)壓桿將開(kāi)始膨脹的膨脹囊盡可能地壓向破口,使破口漏水變小,隨后膨脹囊前格內(nèi)的高分子材料才開(kāi)始膨脹并硬化,膨脹結(jié)束后即可把整個(gè)破口及內(nèi)壁全部封堵,如遇到有管道、棱角等不規(guī)則內(nèi)壁時(shí),可自適應(yīng)變形,確保填滿(mǎn)整個(gè)破口,令海水無(wú)法進(jìn)入艙內(nèi),完成堵漏,堵前堵后具體如圖2(a)、(b)示意。
圖2 堵前堵后示意圖
該設(shè)計(jì)能很好地解決現(xiàn)有堵漏裝置的九個(gè)主要缺點(diǎn),分別是:1)破口有時(shí)內(nèi)翻有時(shí)外翻,在緊急情況下可能選錯(cuò)堵漏工具,導(dǎo)致堵漏失敗;2)破口內(nèi)壁不規(guī)則,有水管、棱角、柱子等阻擋,傳統(tǒng)堵漏工具無(wú)法使用;3)破口附近有障礙物,操作空間狹小;4)破口很深,水壓很大,操作困難;5)破口較大,無(wú)堵漏工具可用;6)破口變形,不在同一平面,堵漏困難;7)破口呈長(zhǎng)條狀;8)部分新型堵漏裝備,操作較復(fù)雜,需額外培訓(xùn);9)部分新型堵漏裝備培訓(xùn)過(guò)程中難拆除,不利培訓(xùn)。
新設(shè)計(jì)的自適應(yīng)緩凝發(fā)泡堵漏裝置能較好地解決以上九個(gè)現(xiàn)存的缺點(diǎn):1)T形桿的設(shè)計(jì)能適應(yīng)內(nèi)外兩種翻口;2)內(nèi)壁不規(guī)則時(shí)可通過(guò)高分子材料的二級(jí)膨脹自動(dòng)堵塞;3)操作空間狹小時(shí),該裝置允許斜插操作;4)堵漏后期操作由裝置自動(dòng)膨脹完成,水壓很大時(shí)也能適用;5)因后期操作由裝置自動(dòng)膨脹完成,不存在人工難固定到位的問(wèn)題;6)破口變形,不在同一平面時(shí),該裝置可通過(guò)膨脹囊的自動(dòng)變形解決;7)破口呈長(zhǎng)條狀,可同時(shí)插入多個(gè)裝置,多個(gè)裝置相互膨脹擠壓,完成長(zhǎng)條狀破口堵漏;8)該裝置原理簡(jiǎn)單,操作容易,與現(xiàn)階段應(yīng)用最廣的金屬堵漏箱操作類(lèi)似,無(wú)需專(zhuān)門(mén)培訓(xùn);9)該裝置因膨脹囊設(shè)計(jì)在艙內(nèi)膨脹,拆除容易。
此外,自適應(yīng)緩凝發(fā)泡堵漏裝置生產(chǎn)選材方面還要從可靠耐用、簡(jiǎn)化操作流程等角度開(kāi)展結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì),并盡可能采取減重措施,提高堵漏效率并降低對(duì)總體資源的消耗。
該設(shè)計(jì)中膨脹囊內(nèi)選用聚氨酯為原材料,但是純聚氨酯存在一些問(wèn)題:1)聚氨酯強(qiáng)度不夠高;2)聚氨酯作為堵漏材料疏水性不強(qiáng);3)聚氨酯不便于儲(chǔ)存;4)受縮合反應(yīng)影響,凝固時(shí)間難以控制。
還應(yīng)在聚氨酯內(nèi)部通過(guò)添加強(qiáng)化劑、疏水物質(zhì)、固化劑、緩凝劑等,達(dá)到增大強(qiáng)度、提高疏水性、固態(tài)化保存、膨脹時(shí)間可控等要求。在低聚物多元醇的柔性長(zhǎng)鏈構(gòu)成的軟段和以二異氰酸酯及擴(kuò)鏈劑構(gòu)成的硬段上進(jìn)行分子改造,聚氨酯大分子長(zhǎng)鏈中硬段和軟段結(jié)構(gòu)單元如圖3。
圖3 聚氨酯大分子長(zhǎng)鏈中硬段和軟段結(jié)構(gòu)單元示意圖
其相應(yīng)的解決方案是:1)提高聚氨酯材料的強(qiáng)度依賴(lài)于聚氨酯硬段結(jié)構(gòu)的分子設(shè)計(jì),應(yīng)采用二苯基甲烷二異氰酸酯作為硬段分子單體,更利于硬段的規(guī)整排列和結(jié)晶,從而有利于提高聚氨酯的強(qiáng)度;2)聚氨酯的疏水性能可以通過(guò)軟段結(jié)構(gòu)來(lái)調(diào)節(jié),可以通過(guò)提高聚氧丙烷二醇的比例提高聚氨酯的疏水性;3)通過(guò)調(diào)節(jié)二異氰酸酯和多元醇的比例,從而調(diào)節(jié)聚氨酯預(yù)聚體的分子量,實(shí)現(xiàn)聚氨酯預(yù)聚體固態(tài)化保存;4)為了調(diào)節(jié)凝膠速度,可以加入適當(dāng)?shù)木從齽?,控制凝膠時(shí)間。此外,利用聚氨酯中的-NCO與水反應(yīng)產(chǎn)生的二氧化碳可形成孔洞,可提高膨脹率。
在上述基礎(chǔ)上,還可以通過(guò)在聚氨酯材料中添加納米二氧化硅進(jìn)一步提高聚氨酯的強(qiáng)度,添加帶有粘度的試劑,增加聚氨酯材料表面的粘度。聚氨酯(圖4(a))在納米粒子選擇性地與聚氨酯硬段(藍(lán)色粗線(xiàn)條,圖4(b))或者軟段(黑色細(xì)線(xiàn)條,圖4(c))產(chǎn)生相互作用,提高硬度。分子結(jié)構(gòu)圖如圖4。
圖4 分子結(jié)構(gòu)圖
該裝置運(yùn)用T形桿與膨脹囊的組合,解決當(dāng)前堵漏過(guò)程中遇到的不易操作、成功率低等各項(xiàng)難題,再通過(guò)改變聚氨脂各項(xiàng)特性提高堵漏效果。該裝置具備操作簡(jiǎn)單,成本可控,適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn),具有較大的推廣前景。