浅谈专用消磁浮箱的设计与应用

吕 伟

（大连辽南船厂，辽宁大连 116041）

0 引言

随着现代造船技术的发展，船舶消磁已经成为了必须的出厂措施。我国海军逐年入列服役了大批新型船舶，因此，国家对船舶消磁的要求也逐步提高。为满足船舶消磁的要求，相关单位研发了新型车载式消磁站等船舶消磁设施。与车载式消磁站配套使用的专用消磁浮箱形式多样，本文以大连辽南船厂设计建造的3 000吨级以下船舶专用消磁浮箱为对象，针对专用消磁浮箱的设计应用展开论述，介绍了其结构选材、结构设计、实际应用等相关信息。

1 船舶消磁的必要性

建造船舶用的钢板都是具有一定硬度的碳钢，其是具有一定矫顽力的硬磁（也叫永磁）或半硬磁材料[1]。另一方面，船舶上配备大量的电子设备，这些设备通电后会产生相应的电磁。此外，地球磁场具有磁化作用，会把具有半磁性特性的船舶船板磁化，因而船舶带磁。总的来说，船舶带有磁性会使船舶受到磁性武器的攻击，会对船舶的隐身性、电子设备的精确性和机械仪表的准确性产生不利的影响，故船舶需要消磁。

2 车载式消磁站

传统的船舶消磁对作业场地要求严格，需在无风锚地、平潮时段进行。倘若海况变化频繁，一般船舶的消磁任务时常持续十余天。以往我国船舶的消磁作业主要在固定的消磁码头进行或利用消磁船在海上进行。因消磁作业的要求较高，消磁码头的建造需选用特殊的无磁建筑材料，这大大增加了消磁码头的建造周期及成本。移动式的消磁船同样具有建造周期长、投资大等缺点。

为满足相关船舶的消磁需求，我国某高校研发部门精心研制了车载式消磁站。该消磁站机动灵活，可在码头、海岸边预设多个消磁阵地，就近进行消磁保障，且造价低、生产周期短，远途使用时可搭载火车、船舶运输到预定地区。车载式消磁站是有效解决战时大量中小型船舶应急消磁需求的设备。

3 消磁浮箱的设计应用

为保障我国北方某基地的船舶消磁能力，2015年工厂自主设计建造了专供北方某基地使用的消磁浮箱，其可与车载式消磁站配合使用。通过实船检验，该套消磁浮箱满足各项消磁需求。与车载式消磁站配合使用的方式使得北方某基地具备了为船舶消磁的能力。

3.1 消磁浮箱的应用

在使用车载式消磁站进行消磁作业时，为避免受到周边码头或相关建筑的磁性影响，需使被消磁船舶与码头或相关建筑物保持一定的距离，具体距离需通过专业人员利用专业仪器进行检测后计算得出（距离的远近视影响的大小而定，一般为 10 m以上）。另外，船舶在被消磁过程中需保证航向固定，偏差不超过±3°。因此，消磁浮箱的作用主要是确保在不同的码头条件下，使被消磁船舶距离码头存在一定距离的同时保证船舶航向符合消磁要求，详见图1。

图1 消磁浮箱的作用

3.2 消磁浮箱的设计

3.2.1 消磁浮箱材料的选用

在船舶消磁作业过程中，相关工装的材料应为无磁材料，同时应满足一定的强度要求且成本应相对较低。浮箱材料一般为塑料、玻璃钢、船用板材等。塑料浮箱一般用于快艇浮码头的组装等，玻璃钢浮箱一般用于临时平台组装或船舶系泊，船用板材浮箱主要用于船舶或潜艇的系泊[2]。综合比较，可选择玻璃钢或船用板材作为消磁浮箱的材料。通过走访调研得知，在福建省，结合当地气候特点及水域环境，用来保障消磁作业的浮箱是由玻璃钢材料制成的。而某基地位于我国北方，冬季较为寒冷且风力较强。工厂根据消磁浮箱的强度需求，并综合考虑其他因素，决定选用5083H116型铝质板材。该材料除了在强度方面满足使用要求外，其无磁性的特点同样满足消磁要求。

3.2.2 消磁浮箱结构设计

根据浮箱使用方提出的要求“浮箱应采用模块化设计以保证运输、布放的可行性，其工作距离应为：距离码头不得小于10 m，干舷应至少保证1 m”，并结合被消磁船舶的吨位及航向要求，工厂开展了浮箱设计工作。

首先，工厂进行了综合布置设计，结合该基地码头的土建信息及被消磁船舶的船型信息，工厂确定了浮箱布置方案，详见图2。

图2 浮箱布置方案（单位：mm）

其次，工厂根据运输车辆的装载能力确定了浮箱的主要尺寸为4 m×2 m×1.3 m（长×宽×高），在此基础上，浮箱内设置了舱壁结构、T型材结构、扶强材结构等。其中，浮箱的结构间距为650 mm，浮箱甲板上共设置4道T型材形式的甲板横梁，同时设置4道扁钢形式的加强结构。纵向上，在中纵处设置一道T型材形式的甲板纵桁，同时间隔设置2道扁钢形式的甲板纵骨。浮箱底板的结构设置与甲板相似。对于浮箱的前后端壁，则在舱壁上设置3道T型材形式的扶强材，其中位于船中处的为主要结构，内部舱壁的结构设置与端壁结构相似，但为保证其水密性，在其过梁部位增设了水密补板。左右侧壁板上设置1道T型材形式的舷侧纵桁，同时在其上下设置2道扁钢形式的加强筋结构。结构的板材厚度以6 mm厚为主。具体的结构形式见图3。通过上述结构设计可计算出浮箱的结构重量约为800 kg。

为保证设计出的结构形式满足使用要求，设计人员通过模拟浮箱在自然环境下的受力，对其进行了强度校核。在自然界6级风的风速下，以被消磁船舶受风面积为560 m2计算，得出浮箱受力约为6.5 t，故对浮箱施加10 t的外力进行强度校核，校核结果为满足使用要求，见图4[3]。

图4 浮箱的强度校核

另外，根据浮箱的功能特点，需设计相关系泊装置来实现其组合、系紧、吊运的要求。通过对浮箱进行综合布置，可看出浮箱组合后两端分别跟船舶外板及码头接触，需在接触面设置碰垫。碰垫的选型主要选择D300型橡胶碰垫，安装形式为侧板及螺栓连接。另外，为避免浮箱间因起伏碰撞产生影响，需在浮箱间的接触面配备碰垫，该处碰垫选型为D50橡胶碰垫。对于系紧及吊运，根据其功能特点，工厂在浮箱的甲板面上设置了6个载荷为10 t的F型眼板。在检修及维护方面，针对其2个独立的水密舱室，工厂在浮箱的甲板面上设置了2个人孔并配有材质为316L的人孔盖，详见图5。

图5 浮箱结构示意图

在增加上述装置后，浮箱的总重量约为1.1 t。使用浮力计算公式，可计算出浮箱的吃水约为100 mm，浮箱干舷约为1.2 m，满足要求。

为了保证被消磁船舶的航向，除了上述浮箱的设计外，工厂同样设计并建造了结构相似的不规则浮箱。根据布置方案，不规则浮箱分为3种，其中最大的浮箱长边约4.8 m，最小的浮箱短边仅2.8 m，其系泊装置与上述浮箱的相同，在这里不再做详细介绍。因不规则浮箱的尺寸与重量与上述浮箱不同，为保证所有浮箱的浮态偏差较小，需在浮箱内部做固定压载。压载材料为水泥（该材料对消磁作业无影响），压载过程中需用橡胶毡将水泥与浮箱结构相隔离，以防止长时间使用后浮箱被腐蚀。

当浮箱制作完成后，需用缆绳将浮箱连接起来。所选择的缆绳应能保证强度，并利于操作，此次选用的缆绳为φ20的尼龙缆绳。连接前，在浮箱甲板上的眼板处配备了材质为316L的卸扣，连接过程中，缆绳通过往复穿过卸扣系紧以达到与浮箱相连的目的。将浮箱连接成一个整体之后，另外引出缆绳与船舶及码头连接。需要说明的是，被消磁船舶除了与浮箱连接外，还应与码头连接。被消磁船舶的系泊主要靠自身的缆绳与码头连接。

4 结束语

经过某型船舶的实船消磁检验，证明上述专用消磁浮箱的设计是可行的。在风力为6级的气象条件下，其结构强度、连接形式均符合要求，得到了消磁作业方的一致好评。由此可见，此次工厂设计并建造的专用消磁浮箱可与车载式消磁站共同应用于该基地的船舶消磁作业中。

通过本文的详细阐述，希望可以为同类型浮箱的设计者提供参考，同时希望通过交流研讨，对该类型浮箱的设计进行优化，提高该类工装的设计水平。