70000DWT船舶氣囊下水計算與實踐

jimosea

摘要  對 70,000 載重噸散貨船氣囊下水要素進(jìn)行計算， 取得各項數(shù)據(jù)， 并據(jù)此 編制氣囊下水操作工藝和制訂安全保障措施， 指導(dǎo)實船下水操作獲得了成功， 下水過程進(jìn)行的檢測結(jié)果驗證了計算的準(zhǔn)確性。實踐證明，船舶氣囊下水技術(shù)

還具有極大的發(fā)展?jié)摿Α?/div>

關(guān)鍵詞  船舶  氣囊下水  計算  安全措施

一、概述

船舶氣囊下水是具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新技術(shù)。因具有省投資、無污染、機(jī)動

靈活、安全可靠、綜合經(jīng)濟(jì)效益顯著、更低碳環(huán)保等優(yōu)點，近年來發(fā)展很快。

浙江正和造船有限公司自 2008 年以來，已經(jīng)使用氣囊實現(xiàn)了包括 57,000 噸散貨船、 33,000 噸散貨船、27,000 噸運木散貨船、8,000 立方米運木船等多條船舶的順利下水。

2010 年初，根據(jù)手持訂單情況，公司提出 70,000 噸散貨船也使用氣囊下水技術(shù)。

按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定， 下水重量大于 5,000 噸的船舶， 氣囊下水前應(yīng)提供可行性報 告， 評估該船臺能否適應(yīng)這類噸位的船舶氣囊下水， 同時對船舶及氣囊在整個下水過程

的安全性進(jìn)行評價，因此必須對氣囊下水過程進(jìn)行計算。

船舶氣囊下水過程計算， 通常包含的主要內(nèi)容有： 船舶在坡道上產(chǎn)生的下滑力及鋼 絲繩的牽引力； 下水需要的氣囊數(shù)量和布置方案； 每只氣囊的承載力以及對船舶重心之 矩的總和； 下水過程船舶入水部分的浮力； 船舶行程中承載力變化時氣囊可能產(chǎn)生的最

大內(nèi)壓；并據(jù)此驗證氣囊強度，必要時應(yīng)根據(jù)船舶結(jié)構(gòu)校核船板應(yīng)力。

濟(jì)南昌林氣囊容器廠有限公司在多年的實踐中， 總結(jié)出以理論研究結(jié)果為依據(jù)， 輔 以經(jīng)驗公式的一套計算方法： 基于氣囊的承載力等作用在船體上的所有外力， 在下水過 程中的每個階段均達(dá)到動態(tài)平衡， 根據(jù)某一具體的船舶下水重量、重心位置、船底線型， 綜合考慮下水坡道坡度， 水位高低等一系列參數(shù)變化對下水過程的影響， 對下水過程的 主要階段進(jìn)行計算， 得出每只氣囊在船舶下水過程中各個位置的內(nèi)壓和承載力數(shù)值。如

果計算得出的各項數(shù)值均在許可范圍內(nèi)， 則可以認(rèn)為船舶在該船臺上利用氣囊下水是安

全的，否則需要對該船臺進(jìn)行改造，并修改下水方案，重新計算。

二、計算要素

1、船舶與船臺

船舶總長 LOA

型     寬 B

型     深 D

設(shè)計吃水 T

重心縱向位置 LCG

船舶在船臺上的位置如圖 1 所示。

222.00m

32.26m

18.00m

11.30m

97.00m

圖 1   70,000 噸船臺及下水坡道

2、氣囊內(nèi)壓和承載力

要保證船舶安全下水，氣囊能否承受所受到的壓力無疑是最重要的要素。

船舶整個下水過程中， 在兩個環(huán)節(jié)上需要氣囊承載力作保證， 一是在起墩過程， 二

是在船舶脫開牽引后直至在水中全浮的過程，即船舶由船臺進(jìn)入水中的過程。

由船舶起墩作業(yè)計算得出的氣囊承載力總和應(yīng)大于船舶下水重量， 該船設(shè)計自重為 12,200 噸,加上下水時的配載， 船舶下水重量大約為 13,000 噸。同時按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定， 為 保證起墩時船舶的穩(wěn)定， 應(yīng)計算每只氣囊承載力對船舶重心之矩的總和， 小于船舶下水

重量乘以兩柱間長的 1% 。

起墩時氣囊數(shù)量按公式（1）計算：

N = K1      ………………… (1)

式中： N——氣囊的數(shù)量； K1——系數(shù)， K1 ≥1.2；Q  ——船舶下水時的重量 （t）； g ——重力加速度 （m/s2）；Cb——船舶方形系數(shù)； R——每米氣囊允許的承載力（kN/m）；

Ld——在船舶舯剖面處氣囊囊體與船舶接觸長度（m）。

按公式（1） 計算氣囊需要數(shù)量， 根據(jù)船舶有關(guān)參數(shù)排列氣囊， 進(jìn)行起墩姿態(tài)氣囊

承載力計算，得出所有氣囊的承載力以及對船舶重心之矩。

限于篇幅，本文只提供船舶重心位置附近氣囊承載力計算表，詳見表1。

表 1 起墩時船舶重心位置附近氣囊承載力

氣囊 編號	所處  肋骨號	工作長度 （m）	距重心位置 （m）	工作高度 （m）	氣囊內(nèi)壓 （Mpa）	承載力 （t）	對重心力矩 （t*m）
29	115.0	25.00	-5.34	0.85	0.13	338.00	-1804.31
30	118.5	25.00	-2.47	0.85	0.13	338.00	-834.25
31	122.0	25.00	0.40	0.85	0.13	338.00	135.81
32	126.0	18.50	3.68	0.85	0.13	250.12	920.89
33	130.0	18.50	6.96	0.85	0.13	250.12	1741.29
全部氣囊總和						13709.8	1611.51

計算表明，全部選取現(xiàn)有常規(guī)氣囊，所有氣囊按出廠壓力充氣，總承載力可以達(dá)到 13,700 噸， 大于船舶下水重量， 能將船體抬升完成起墩任務(wù)。所有氣囊的承載力對船舶 重心之矩的總和為 1611 t*m，大大小于船舶下水重量乘以兩柱間長的 1%，船舶有足夠

的穩(wěn)定性，所以起墩過程是安全的。

船舶下水作業(yè)剛開始時，船體的重量分布在全部氣囊上。

當(dāng)船舶脫開牽引后， 船舶的下滑力推動氣囊向水邊滾動， 帶動船體向水邊移動。隨 著滑程增大， 艏部的氣囊滾出， 艉部船體的一部分入水， 直至在水中全浮。在整個過程

中，氣囊的壓縮變形率、承載力和船體浮力、縱傾角等都在不斷改變。

在船舶移動過程中， 由于氣囊軸線相對于地面的運動速度與船體相對于地面運動速 度是不同的， 因此需要通過計算找出船舶重心位置移到船臺末端時， 處于船舶重心位置

下面的氣囊的編號，并求出該氣囊的工作高度及承載力。

計算得出，當(dāng)船舶重心移到船臺末端時，編號為 12 號的氣囊也滾動到船臺末端，

處于船舶重心下面。

一般情況下，當(dāng)艉部入水部分產(chǎn)生的浮力不足以抵消艏部滾出船體氣囊的承載力 時， 船舶的縱傾角會發(fā)生變化， 船舶重心位置下面的氣囊承載力會變大， 其最大承載力

在船舶重心位置移到船臺末端時發(fā)生。通過計算可以得出仍然位于船底的氣囊產(chǎn)生的承

載力及內(nèi)壓。這時船體重量由浮力和船舶前部的氣囊支反力平衡。

船體入水時的受力情況見圖 2 。

圖 2          船體入水受力圖