50T浮球，100噸凈浮力以上軟式柔性助浮氣囊浮筒的探析

jimosea

眾所周知，在救撈工程中，救撈工具是至關重要的，它的先進與否，直接影響著救撈工程的成敗、進程和巨額費用等問題。從國內(nèi)外的信息資料表明，100T—100T以上軟式浮筒只聽說有研究未聽說有研究成功的報道。交通部救撈總局原總工程師教授級高級工程師姚根福老師著《海上救助與打撈》一書所涉及的定型產(chǎn)品，僅是5T、10T的小型氣囊，本人認為：該產(chǎn)品
不能稱為浮筒，盡管什么是氣囊，什么是浮簡沒有什么標準，但我認為稱為浮筒，應最小不低于50T浮力的各種型體的硬軟式浮筒，以下只能稱為小型氣囊或姚老稱為提升袋之類的產(chǎn)品。本人研究大型軟式浮簡也請教并獲得姚老的支持，在此表示感謝。采用硬式《鋼制》浮簡打撈沉船，浮筒提供的浮力是通過浮筒各倉內(nèi)壓縮空氣排水實現(xiàn)的，硬式浮筒在打撈沉船的整個過程中，周期長、工藝復雜，并且不方便，不用不行，使用很麻煩，平時的維護也是令人頭痛的事，各個環(huán)節(jié)費用都很高。


目前，我們開發(fā)設計制造的50T浮球，100T一100T以上軟式浮簡均可以直接用于海上救助與打撈，以及海洋工程和軍事領域，經(jīng)長期研究、實驗和
開發(fā)，軟式浮簡必須解決以下幾個主要問題：



一、整體受力結構


以單只120T軟工浮簡為例：浮筒充氣產(chǎn)生浮力，其力作用在纜樁、千斤、最后作用在沉船上，如果是兩根千斤，則每根承擔60T的浮力，硬式浮簡的纜樁，兩個受力點能夠承受各60T的浮力，浮簡不拱、不變型，達到起浮沉船的目的。軟式浮簡則不然，目前軟式浮簡材料的選擇就較為復雜，廣州救撈局高級工程師莊禮本老師提供的較先進的英國的軟材料，經(jīng)我們分析認定為橡塑復合材料，就材料本身來看，只能制作小噸位的軟式提升袋。經(jīng)我們研究，大型軟式浮筒《100T-100T以上》要達到平行起浮，必須采用緯向平行整體過渡受力結構，才能平行起浮，浮簡不拱、不變型，而不能直接采用兩點或幾點受力，因為目前我們還沒有發(fā)現(xiàn)有一種以點來承受浮力超過硬式浮簡纜樁和千斤本身承受高噸位浮力能力的軟材料。而采用“緯向平行整體過渡受力”則科學合理的從根本上解決了這一難題。我們設計的120T軟式浮筒最大承受平行浮力720噸，使用浮力120T,保險系數(shù)6倍。這一結構的研制成功是徹底解決阻礙00T—100T以上軟式浮簡普遍使用的關鍵。



二、材料的選擇



軟式浮簡的工作環(huán)境同硬式浮筒的工作環(huán)境基本相同。這就需要選擇達到或超過硬式浮簡殼體材料鋼性強度的軟式浮簡軟材料，經(jīng)論證：橡膠材料要想達到這一水平必須像輪胎以及膠管工藝一樣多層整體硫化，并且還解決不了整體受力。這樣一來軟式浮簡的優(yōu)勢蕩然無存。厚度低于2毫米的任何一種橡膠或者合成橡膠材料制品，都達不到硬式浮簡的鋼性指標。


用PES材料作外胎，1毫米以下54-1型橡膠皮囊作內(nèi)胎，可以達到硬式浮簡的鋼性指標，同時解決了受力結構設計。



下面以4.5×9米-120m3軟式浮簡為例計算



一、用PES作外胎：
(4.5×3.14÷0.075)8+(9÷0.075)8=2460噸



二、表面積


  9000-6750)÷2+6750=7875
M=xdh=3.14×4500×7875=111.2m2
F=πr2=(3.14×2.252)2=31.8m2
兩式相加表面積得：143m2
則：2460÷143=17.2T/m2=1.72kg/cm2
由上得出：



如果采用寬75mm100%PES10噸型號材料，殼體強度能夠達到或超過硬式浮筒的殼體材料鋼性，該材料伸長率<3%。



三、軟式浮筒上浮壓縮空氣膨脹的設計


大家知道，壓縮空氣是不穩(wěn)定的物質(zhì)，隨著浮簡的上升，水作用在浮筒表面的壓力逐漸減少，反之，浮筒內(nèi)的壓縮空氣必然膨脹，硬式浮筒內(nèi)的壓縮空氣膨脹時，氣體會從浮簡的海底門溢出，浮簡浮力保持不變，安全的起浮沉船。軟體浮簡沒有海底門，軟體浮筒是以兩端按裝的膜片式排氣閥(20米水深不必按裝)來排出膨脹氣體，同時膜片式排氣閥是以設定的標準氣壓對浮筒內(nèi)安全工作氣壓給以保證。使浮筒的浮力保持不變，也同樣安全起浮沉船。



四、工藝



目前，國內(nèi)整體硫化膠囊制品可達5003左右，我們制作的膠囊內(nèi)胎，經(jīng)國內(nèi)著名專家參與設計配方，采用54-1號橡膠為主體，其極性賦予了抗油膨脹能力，具有良好的耐燃性和耐水性，同時具有良好的化學穩(wěn)定性，能抗耐一般化學藥品的侵蝕。制作時，可先將硫化膠布按樣板剪裁，接口處刷膠沾劑，貼未硫化膠布或膠條成型后，再經(jīng)硫化而制得成品外胎經(jīng)多年反復研究、實踐、推敲、工藝合理、工裝獨創(chuàng)密實性強，堅固耐用，維護簡單，膨脹系數(shù)<3%,橙色設計美觀實用，與箱式吊裝混然一體。使用時，在工作船上，很方便的快速組合，放氣下沉，沖氣上浮，以銷子與千斤連接，這是潛水員的唯一技術工作，沖氣管工作船一端使用姚根福高級工程師設計的空氣分配箱，按裝放氣閥，掛氣壓表。操作過程完


全處在合理、簡單，最低級職工便可輕松掌握和完成工作，不存在重體力勞動和麻煩事。綜上所述，50T浮球，100T—100T以上軟式浮簡與現(xiàn)有技術相比，具有：結構簡單、體積小(不充氣時)、重量輕、易制作、成本低、易運輸(可空運)、耐腐蝕、易維護、易存放、施工快、操作安全、使用廣泛等優(yōu)點，具有很好的推廣使用價值，外胎工藝“緯向平


行整體過渡受力結構”設計獨特合理，產(chǎn)品的整體性經(jīng)過反復的長期的研究精制而成，相信50T浮球，100T-100T以上軟式浮簡能依靠它的優(yōu)越性，運用于救撈行業(yè)、海洋工程領域、軍事領域，必將為進一步推動我國海洋事業(yè)的進展作出應有的貢獻。