萬(wàn)噸級(jí)船舶氣囊下水研究

永泰長(zhǎng)榮

氣囊下水技術(shù)是我國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的一項(xiàng)高新技術(shù)。文章基于氣囊下水存在的一 系列技術(shù)問題，通過(guò)氣囊壓縮試驗(yàn)、實(shí)船下水過(guò)程測(cè)試等方法的不斷探索、研究，對(duì)大型船舶下  水用氣囊的結(jié)構(gòu)及性能參數(shù)要求、船臺(tái)坡道參數(shù)、牽引力計(jì)算以及下水計(jì)算等方面進(jìn)行了深入的  研究，總結(jié)出了一套完整的計(jì)算方法。研究結(jié)果已在70000 DWT和82000 DWT等船舶下水實(shí) 踐過(guò)程中得到了充分的認(rèn)證，從而為大型船舶的下水提供了一套技術(shù)理論支持。

2002年，總長(zhǎng)138 m,  滿載排水量15000 t,  下水時(shí)船體自身質(zhì)量4000t 的萬(wàn)噸級(jí)油輪“舟油 28號(hào)”在浙江臺(tái)州用氣囊下水獲得成功。不久就 有2~3萬(wàn)噸級(jí)各類貨船用氣囊下水，用氣囊下水 的船舶噸位和自身質(zhì)量迅速提高。2008年后，55 000  DWT巴拿馬型船 “VICTORIA    I”  號(hào)在浙江三 門下水，其后有57000 DWT 、70000  DWT 、82  000  DWT 船舶下水，下水質(zhì)量已達(dá)到13000 t。

上百艘萬(wàn)噸級(jí)船舶用氣囊下水取得成功，氣囊 下水的噸位越來(lái)越大，取得這些成果除工藝操作水 平提高外，與以下各項(xiàng)研究成果有密切關(guān)系。

1  氣 囊

氣囊承載能力的提高是實(shí)現(xiàn)萬(wàn)噸船舶下水成功

的第一關(guān)鍵，從受力分析和長(zhǎng)期應(yīng)用實(shí)踐已證實(shí)纏 繞型的結(jié)構(gòu)是最優(yōu)秀的，我們進(jìn)一步又從萬(wàn)噸級(jí)船 舶使用特點(diǎn)中找出了氣囊制作中簾子布的最佳纏繞 角，提高了氣囊承載力。

萬(wàn)噸級(jí)船舶用氣囊下水初期，多數(shù)采用直徑 1.5m、 起墩時(shí)充氣壓力達(dá)到0.13 MPa、 長(zhǎng)度18 m、2500  kN 承載力的氣囊。到后期，如今最新產(chǎn) 品已到達(dá)充氣壓力0.16 MPa、長(zhǎng)度增加到24 m、 直徑1.5m 氣囊，起墩時(shí)就能有4000 kN 承載力。

從目前情況看，具有最佳纏繞角的氣囊是今后 大型船舶氣囊下水用的最佳載體。

2  坡 道

氣囊在傾斜的坡道上滾動(dòng)，馱載船體下水，以區(qū)別滑道滑板的下水方式，故把這種用于氣囊下水 的帶有坡度的特殊地面道路稱之“坡道”,船體建 造時(shí)船臺(tái)部分地面道路也應(yīng)包括在坡道之內(nèi)，這里 只討論坡道斜度、長(zhǎng)度和強(qiáng)度。

氣囊下水初期只用于內(nèi)河小船，船體重量輕， 氣囊可以在泥土地甚至草地上滾動(dòng)。第一艘采用氣 囊下水的萬(wàn)噸船以及其后第一批一兩萬(wàn)載重噸的船 舶仍然是在泥土地上下水。由于這些坡道都經(jīng)過(guò)多 次長(zhǎng)期使用已經(jīng)壓得很結(jié)實(shí)，能承載初期一兩萬(wàn)噸 級(jí)的船舶下水，但在臨近海水浸泡的區(qū)域就很危  險(xiǎn)，存在不安全因素，為此我們提出今后萬(wàn)噸船舶  必須建鋼筋水泥混凝土下水坡道，經(jīng)過(guò)多年研究， 并為多家船廠設(shè)計(jì)了新型適用氣囊下水的折角型坡 道，它由主坡道和副坡道2個(gè)部分構(gòu)成，見圖1。

圖1 氣囊下水用的折角型坡道

船體就在主坡道上建造，其長(zhǎng)度應(yīng)達(dá)到施工要 求。主坡道的坡度 K? 應(yīng)達(dá)到船體在解脫牽引后能 自滑，但也沒有必要取過(guò)大的坡度，坡度加大，牽 引力就要求大，容易發(fā)生事故，船臺(tái)建造投資也加 大。關(guān)于K? 的選?。河捎诖w自滑力是自身質(zhì)量 的分力，所以自身質(zhì)量越大自滑力也越大。與傳統(tǒng) 滑道設(shè)計(jì)相同，下水船舶自身質(zhì)量越大，坡道的坡 度相對(duì)較小，根據(jù)近年來(lái)萬(wàn)噸級(jí)船舶使用情況，提

出如下意見(見表1),僅供參考。

表1 主坡道坡度

載質(zhì)量/t	10000~ 30000	30.000~ 50000	50000~ 70000	大于 70000
K?	1/60~1/65	1/65~1/70	1/70~1/75	/75~1/78

主坡道的坡度最后確定還需要綜合考慮原始場(chǎng) 地的地形、地貌對(duì)施工條件、投資成本的影響，以 及地質(zhì)、水文、氣象條件等諸多因素的影響，上表 僅考慮船舶質(zhì)量大小引起的對(duì)牽引力的要求。

副坡道的長(zhǎng)度，要求在其上能停放5只氣囊起 到承壓作用就可以，所以用直徑1.5 m氣囊時(shí)， 一 般取13～15 m,  過(guò)長(zhǎng)就不起作用。

副坡道的坡度 K?,  首先不能太大，否則第5  只氣囊就不能起到有效作用(不受壓縮),如采用 直徑1.5m氣囊，坡度1/10以后就出現(xiàn)這種情況。

其次又不能太小，如果小于船體傾斜后的最大傾斜  度，副坡道上的氣囊就會(huì)出現(xiàn)最靠尾部一只氣囊壓  縮量大于拐點(diǎn)上氣囊的壓縮量，在這種情況下，不  但氣囊有危險(xiǎn)性，同時(shí)還對(duì)坡道末端造成很大壓  力，容易發(fā)生事故。根據(jù)近年來(lái)3萬(wàn)～8萬(wàn) DWT   艉機(jī)艙貨船的下水計(jì)算， 一般當(dāng)水位到達(dá)拐點(diǎn)時(shí)，

船體最大傾斜度1/32～1/28,所以坡度應(yīng)大于1/ 28為宜，目前用直徑1.5 m 氣囊時(shí)，平時(shí)多數(shù)取 K?=1/15~1/25。

副坡道及主坡道后半部必須用鋼筋水泥混凝土 建造并有足夠的強(qiáng)度。

3  牽引力計(jì)算

氣囊下水技術(shù)推廣最初10年間，由牽引失敗 而造成的事故占?xì)饽蚁滤鹿手孜?，而且其危?性大。隨著萬(wàn)噸級(jí)船舶自身質(zhì)量增加，牽引力就要 求更大，更應(yīng)重視牽引力的計(jì)算。牽引力F 推薦 按式(1)計(jì)算：

F=[k?(m·sina-k?μ·m·cosa)]a,(1)

式中： F 為牽引力，kN;m    為船舶自身質(zhì)量，kg; a 為船舶龍骨傾角，°;μ為氣囊滾動(dòng)阻力系數(shù)；k?

為安全系數(shù) (k?=1.5~2.0),            目前多數(shù)取2;k?

為船舶氣囊下水工藝操作影響系數(shù)，與氣囊充氣壓 力、擺放平行度等有關(guān)； a 為加速度，m/g2。

上式中的滾動(dòng)阻力系數(shù)，至今尚無(wú)準(zhǔn)確的計(jì)算 方法，在小型船計(jì)算時(shí)，從安全角度考慮，可以不 計(jì)算此值。但大型船也如此會(huì)造成誤差太大，為解 決這一困難，通過(guò)觀察多艘萬(wàn)噸級(jí)船舶在不同坡度 的坡道上下水時(shí)是否能自滑，即下達(dá)下水指令脫開 牽引后船舶能否自行下滑。能自滑時(shí)，此坡道的坡 度值必定大于氣囊滾動(dòng)阻力系數(shù)。觀察多艘70000 DWT和57000 DWT等巴拿馬型船在主坡道1.2/

100～1.25/100 的坡道上下水時(shí)，其中少數(shù)能自 滑，多數(shù)不能自滑；當(dāng)在坡度1.3/100 坡道上下水 時(shí)，全部能自滑。從而得知，氣囊滾動(dòng)阻力系數(shù)μ <1.2/100。因?yàn)橹灰幸淮文茏曰?，就說(shuō)明這一 點(diǎn)，其它不能自滑者，主要是氣囊在鋪放過(guò)程中的 不平行度造成，盡管工藝要求氣囊鋪放與船體中心 線垂直，要求全部呈平行狀態(tài)，由于氣囊是柔軟的 長(zhǎng)條，實(shí)際操作時(shí)要將數(shù)十條氣囊達(dá)到都平行很困 難，必定有誤差，所以就出現(xiàn)相同的姊妹船在同一

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