70000DWT船舶氣囊下水計(jì)算與實(shí)踐

jimosea

摘要  對(duì) 70,000 載重噸散貨船氣囊下水要素進(jìn)行計(jì)算， 取得各項(xiàng)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(shí)船下水操作獲得了成功， 下水過(guò)程進(jìn)行的檢測(cè)結(jié)果驗(yàn)證了計(jì)算的準(zhǔn)確性。實(shí)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(jì)算  安全措施

一、概述

船舶氣囊下水是具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新技術(shù)。因具有省投資、無(wú)污染、機(jī)動(dòng)

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(diǎn)，近年來(lái)發(fā)展很快。

浙江正和造船有限公司自 2008 年以來(lái)，已經(jīng)使用氣囊實(shí)現(xiàn)了包括 57,000 噸散貨船、 33,000 噸散貨船、27,000 噸運(yùn)木散貨船、8,000 立方米運(yùn)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(bào) 告， 評(píng)估該船臺(tái)能否適應(yīng)這類噸位的船舶氣囊下水， 同時(shí)對(duì)船舶及氣囊在整個(gè)下水過(guò)程

的安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)，因此必須對(duì)氣囊下水過(guò)程進(jìn)行計(jì)算。

船舶氣囊下水過(guò)程計(jì)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(duì)船舶重心之 矩的總和； 下水過(guò)程船舶入水部分的浮力； 船舶行程中承載力變化時(shí)氣囊可能產(chǎn)生的最

大內(nèi)壓；并據(jù)此驗(yàn)證氣囊強(qiáng)度，必要時(shí)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(shí)踐中， 總結(jié)出以理論研究結(jié)果為依據(jù)， 輔 以經(jīng)驗(yàn)公式的一套計(jì)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(guò) 程中的每個(gè)階段均達(dá)到動(dòng)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(duì)下水過(guò)程的影響， 對(duì)下水過(guò)程的 主要階段進(jìn)行計(jì)算， 得出每只氣囊在船舶下水過(guò)程中各個(gè)位置的內(nèi)壓和承載力數(shù)值。如

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

全的，否則需要對(duì)該船臺(tái)進(jìn)行改造，并修改下水方案，重新計(jì)算。

二、計(jì)算要素

1、船舶與船臺(tái)

船舶總長(zhǎng) LOA

型     寬 B

型     深 D

設(shè)計(jì)吃水 T

重心縱向位置 LCG

船舶在船臺(tái)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(tái)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(wú)疑是最重要的要素。

船舶整個(gè)下水過(guò)程中， 在兩個(gè)環(huán)節(jié)上需要?dú)饽页休d力作保證， 一是在起墩過(guò)程， 二

是在船舶脫開(kāi)牽引后直至在水中全浮的過(guò)程，即船舶由船臺(tái)進(jìn)入水中的過(guò)程。

由船舶起墩作業(yè)計(jì)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(jì)自重為 12,200 噸,加上下水時(shí)的配載， 船舶下水重量大約為 13,000 噸。同時(shí)按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定， 為 保證起墩時(shí)船舶的穩(wěn)定， 應(yīng)計(jì)算每只氣囊承載力對(duì)船舶重心之矩的總和， 小于船舶下水

重量乘以兩柱間長(zhǎng)的 1% 。

起墩時(shí)氣囊數(shù)量按公式（1）計(jì)算：

N = K1      ………………… (1)

式中： N——?dú)饽业臄?shù)量； K1——系數(shù)， K1 ≥1.2；Q  ——船舶下水時(shí)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(zhǎng)度（m）。

按公式（1） 計(jì)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(jì)算，得出所有氣囊的承載力以及對(duì)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(jì)算表，詳見(jiàn)表1。

表 1 起墩時(shí)船舶重心位置附近氣囊承載力

氣囊 編號(hào)	所處  肋骨號(hào)	工作長(zhǎng)度 （m）	距重心位置 （m）	工作高度 （m）	氣囊內(nèi)壓 （Mpa）	承載力 （t）	對(duì)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(jì)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(duì)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(zhǎng)的 1%，船舶有足夠

的穩(wěn)定性，所以起墩過(guò)程是安全的。

船舶下水作業(yè)剛開(kāi)始時(shí)，船體的重量分布在全部氣囊上。

當(dāng)船舶脫開(kāi)牽引后， 船舶的下滑力推動(dòng)氣囊向水邊滾動(dòng)， 帶動(dòng)船體向水邊移動(dòng)。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(gè)過(guò)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(dòng)過(guò)程中， 由于氣囊軸線相對(duì)于地面的運(yùn)動(dòng)速度與船體相對(duì)于地面運(yùn)動(dòng)速 度是不同的， 因此需要通過(guò)計(jì)算找出船舶重心位置移到船臺(tái)末端時(shí)， 處于船舶重心位置

下面的氣囊的編號(hào)，并求出該氣囊的工作高度及承載力。

計(jì)算得出，當(dāng)船舶重心移到船臺(tái)末端時(shí)，編號(hào)為 12 號(hào)的氣囊也滾動(dòng)到船臺(tái)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(shí)， 船舶的縱傾角會(huì)發(fā)生變化， 船舶重心位置下面的氣囊承載力會(huì)變大， 其最大承載力

在船舶重心位置移到船臺(tái)末端時(shí)發(fā)生。通過(guò)計(jì)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(shí)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(shí)的受力情況見(jiàn)圖 2 。

圖 2          船體入水受力圖