某型援潜救生船的月池舱口盖设计

2012-09-27贝贝

船舶 2012年4期

贝贝

（中国船舶及海洋工程设计研究院上海 200011）

0 引言

潜救系统是某型援潜救生船最重要的使命任务系统，该系统主要由水声设备、潜水设备、救援设备、气站、潜水作业实时显示装置等组成。其中，饱和潜水钟是实现使命任务的关键设备。为配合潜水钟吊放作业，在某援潜救生船首次设计采用了潜水钟通过月池吊放的方式，即在主甲板船体中部设置了月池直接与海水相通，形成一条潜水钟吊放入海的船体通道。这种特殊的吊放方式，为月池舱口盖的设计带来新的问题和困难。

1 月池舱口盖与常规舱口盖设计差异

月池舱口盖与常规舱口盖的设计有较大区别:

（1）载荷作用的形式不同。常规舱口盖内部一般不受载荷作用，月池舱口盖内部受海水冲击载荷。

（2）隔离介质不同。常规舱口盖隔离介质一般都是空气，月池舱口盖上方介质是空气，下方介质是空气与海水。随着船体的升沉，下方压力会随机变化，需考虑月池舱口盖上下压力差会产生的影响。

（3）其他作业要求。常规舱口盖一般只要求启闭作业，月池舱口盖不仅要满足潜水钟的下放及上升作业，还需设置操作平台以配合潜水钟的作业。

2 内部冲击载荷确定

初步设想为降低月池波面对舱口盖板的冲击，在舱口盖上开设一呼吸孔。为获得内部冲击载荷，了解月池内的波面撞击顶部盖板的情况以及验证设置透气孔的效果，采用模型试验方法，专门进行了某援潜救生船耐波性顶浪时的月池盖板压力测试模型试验。按设计方案将盖板安装在船模上，并在盖板上安装了4个压力传感器和1个呼吸孔，见图1。

模型试验的环境条件是:

（1）试验在顶浪不规则波中进行；

（2）海况为4级（有义波高2.5 m，平均周期T01=7.0 s），试验航速为 18 kn；

（3）海况为6级（有义波高6.0 m，平均周期T01=9.8 s），试验航速分别为 9 kn、15 kn、18 kn。

图1 压力传感器及透气孔设置位置图

试验数据（摘录）如表 1～表 5。

表1 4级海况18 kn航速顶浪航行时盖板压力测试结果（透气孔未打开）

表2 6级海况9 kn航速顶浪航行时盖板压力测试结果（透气孔未打开）

表3 6级海况15 kn航速顶浪航行时盖板压力测试结果（透气孔未打开）

表4 6级海况18 kn航速顶浪航行时盖板压力测试结果（透气孔未打开）

表5 6级海况18 kn航速顶浪航行时盖板压力测试结果（透气孔打开）

根据对模型试验结果的分析对比，可以得出如下结论:

（1）盖板压力最大值发生在后方P1处，在高速航行时尤其明显；

（2）航速增加导致盖板受到的冲击次数和最大压力明显增加；

（3）4级海况中18 kn航速顶浪航行时盖板压力最大值为0.45 kg/cm2；

（4）在舱口盖上透气口关闭状态下，6级海况中9 kn航速顶浪航行时盖板压力最大值为0.42 kg/cm2，15 kn航速顶浪航行时盖板压力最大值为0.58 kg/cm2，18 kn航速顶浪航行时盖板压力最大值为1.08 kg/cm2；

（5）在舱口盖上透气口开启状态下，盖板的冲击次数和最大压力值比透气口关闭状态下有明显增加，冲击压力峰值达到1.41 kg/cm2。

更为重要的是，模型试验发现:虽然在盖板上开设呼吸口对舱口盖启闭有利，但会造成船在航行时盖板所受冲击次数和压力明显增加，这与当初设想相悖。因此，最终内部冲击载荷确定为1.5 kg/cm2并取消盖板上的呼吸孔。

3 隔离介质不同带来的问题及解决方法

为满足潜水钟吊放，月池舱口盖需要在4级海况下进行启闭作业。由于月池的特殊性，月池舱口盖封闭下方介质先是一段空气层、然后再是海水，见图2。

图2 月池舱口盖内介质示意图

根据耐波性的试验结果，在4级海况下零速时，母船最大垂荡单幅有义值为1.23 m。

3.1 问题

隔离介质的不同，将带来以下两个问题:

（1）由于空气层的存在，船舶升沉会使舱口盖封闭的空气层容积发生变化而使气压发生变化。将月池舱口盖与波面之间的气体作为一个绝热过程，其压力与容积满足方程PV1.4=C（常数）。当V1（51.4 m3）变化到 V2（66.1 m3），空气层的气压会从1个大气压减小到0.7个大气压，这使得月池舱口盖内外有0.3个大气压的压差，导致舱口盖开启力会额外附加，并最大达到0.3个大气压的负荷。

（2）由于母船垂荡运动是一个随机过程，使得空气层内容积变化随机，空气层内气压变化也随机，故难以确定舱口盖开启力。若舱口盖开启力按克服盖板重力并附加空气层最大压差产生的负荷，开启油缸会受到很大冲击力；若舱口盖开启力按克服盖板的重力设计，则可能开启不了舱盖。

3.2 解决方法

通过分析发现，由于隔离介质不同以及空气层的存在，导致舱口盖开启力不容易确定，而问题的关键是母船的升沉运动导致空气层压差随机变化。为此，直接针对关键问题，在舱口盖的围板上设置一高速透气阀，在开启舱口盖时由控制系统先打开该高速透气阀，待舱口盖内外压差平衡后再开启舱口盖，这样舱口盖的开启力可以按正常设计方法确定。

4 舱口盖设计方案

针对月池舱口盖的特殊性，对于外载荷的确定采用模拟试验方法，对于隔离介质不同而产生压力差的问题通过设置高速透气阀来解决，对于其他作业要求则将月池舱口盖设计成可折叠状态来满足使用要求，本月池舱口盖的设计方案确定为液压铰翻式双页型式。主动盖板油缸布置在端铰臂下方，从动盖板由连杆机构驱动，连杆机构油缸设置在主动盖板上，液压锁紧装置由机械自锁油缸驱动。月池舱口盖完全开启后，可露出完整的月池。当潜水钟放入月池后，开启收藏状态液压锁紧装置，再操作主动盖板油缸，将两块盖板折叠，装上活动栏杆，从动盖板上方作为操作平台，以便固定潜水钟氧气管与起吊钢索。舱口盖的关闭、打开、折叠状态区别见图 3～5。