船舶利用气囊柔性上排工艺

臧义文

中交一航局第三工程有限公司，辽宁大连 116031

在我国船舶工艺中，船舶利用气囊柔性上排工艺是我国独创的一项造船工艺，其具备综合经济效益高、安全可靠、机动灵活、成本低、简单有效等优点，逐渐成为国内外中小型船厂用于船舶下水的主要方法[1]。当前国际标准化组织正式发布了由我国提出并主导制定的船舶与海上技术-船舶下水用气囊的国际标准ISO14409，这标志着我国船舶利用气囊柔性上排工艺得到了在国际造船领域的相关话语权，也已经得到了世界造船界的认同[2]。同时鉴于中小船厂的特点，下水设施应该简单方便，而气囊柔性上排工艺是符合要求的高适应性下水方式[3]。本文为此具体探讨了船舶利用气囊柔性上排工艺的意义与实施过程。

1 气囊柔性上排工艺的分析

1.1 气囊的结构

船舶上排或下水时用的气囊式移船装置，由囊体、囊嘴、囊头等组成。在实际应用，气囊囊壁强度的各向均衡性非常重要[4-5]，可以保证不同的主应力方向。2013年6月，浙江正和造船有限公司建造的一艘76000吨级散货船，该船总长225米，载重吨7.6万吨，是迄今采用气囊下水国内最大吨位吨散货船。乘坐在64只气囊上，在船台缓坡作用下，在105s时间内，成功驶入海中，顺利下水。

1.2 气囊柔性上排工艺

船舶采用气囊下水时，先将起重气囊充气，在卷扬机和钢丝绳的牵引下，有控制的移动船舶，完成下水过程。船舶上排时，用滚动气囊运动船舶，定位后再用起重气囊垫墩，完成上排。船舶采用气囊进行下水和上排的原理是气囊低压充气，大面积承载。气囊的囊体主要用锦纶帘子布挂胶成型，我国的船舶利用气囊柔性上排工艺从几十吨的平底船起步，已经发展到能够此技术应用于大型、复杂、高附加值船型，从而提高了利用价值。同时随着新型气囊下水、船台和下水坡道的设计成功，万吨级船舶利用气囊柔性上排工艺也是安全可行的[6-7]。

2 船舶气囊受压模型的建立

2.1 自由状态下主应力

船舶下水用气囊在不受压时形如梭形，当囊体充入压缩空气后，囊壁四周均匀受压，压力垂直作用于囊壁，可将其分解为轴向力和径向力。

式中：F1-轴向力

Po-初始内压力

D-气囊直径

ΠD-囊壁周长

2.2 压扁状态下的主应力

当气囊在船底下被压扁以后，上下表面呈平面形状，两侧表面仍呈半圆形。见图2-1：

图1 气囊受压后形状变化

3 船舶气囊柔性上排工艺过程及下水运动受力分析

3.1 从船体接触水面到艉浮开始

在此过程中作用于船上的力有囊体的反作用力r船体下水重量△G、浮力rV等。见图2所示。

图2 气囊下水阶段从船体接触水面到尾浮开始

3.2 从艉浮开始到船体自由浮起

当船尾开始上浮时，横向摩擦力消失，船体与气囊的接触不再严密，船体尾部有向下游漂移的趋势。

船尾上浮的必要条件是：

力和力矩的平衡方程式为

同时为了保证船气囊下水安全，我们也要就船舶的自重、水位的高低、船舶下滑产生应力的计算、下水坡道的设计，以及气囊的排列、冲气压力、滚动速度的控制、防撞措施的落实、下水水域环境的警戒等进行精确的分析与计算。

3.3 船体全浮至船体停止运动

当下水重量和浮力相等时，船体便完全浮起，此时△G=rV。当前船体离开下水坡道，并在制动设备的控制下停止运动，此时△G =rV。其运动方程为

此过程中θ=0。

总之，船舶利用气囊下水是一项具有我国自主知识产权的创新技术，已经成为了国际标准，具有安全可靠、见效快、投资少等优点。本文研究了下水阶段船体的运动和受力情况，希望为下水工艺方案的优选提供参考。

[1]王玉林，晋小莉，陈海峰.应用柔性气囊技术增强船舶不沉性[J].湛江海洋大学学报，2003(8).

[2]王绍清，朱珉虎.高承载力多层揉压气囊的研制与使用[J].中外船舶科技，2006(1).

[3]朱珉虎，孙菊香，黄立身.具有创新意义的我国船用气囊标准[J].舰船标准化工程师，2004(3).

[4]姚立长，王杰，董罗谦.气囊驳运船舶技术及要求的介绍[J].江苏船舶，2005(4).

[5]王宝国，曲广善.浙江民营船厂转模势在必行[J].中国水运，2006(6).

[6]洪宗跃.子午线轮胎有限元分析-帘线橡胶复合材料.轮胎工业，2006(1).

[7]洪宗跃，吴贵忠.子午线轮胎有限元分析-子午线轮胎有限元静态分析实例[J].轮胎工业，2006(4).