某救护艇整体吊运下水转运技术

郭明明

（大连辽南船厂，辽宁大连 116041）

0 引言

目前，船舶下水方式主要有船坞下水和船台滑道下水等，这些下水方式需占用船厂大量下水场地及工装资源，比较适合大型船舶下水。船舶转运主要工具有半潜驳船和转运货轮，其中，利用半潜驳船的转运成本较高，并且更适合大型船舶转运；转运货轮较适合中小型船舶，但是，被转运船舶由水中吊装到转运货轮上的工作量较大，危险系数高，且定位操作复杂[1]。

为进一步提高小型船舶的下水能力，降低下水转运成本，提高工作效率，根据某救护艇的下水及转运过程，针对小型铝质船舶研究较合适的下水及转运方案，自行设计吊运下水和转运工装，研究出一套科学可行的下水及转运工艺，创新小型铝质船舶下水及转运方法，为小型铝质船舶吊运托架下水及转运技术进步提供支持。

1 概述

小型铝质船舶方便快捷下水转运需具备成熟的下水、转运及通用的吊运托架工装设备，避免传统吊带或吊装眼板下水及吊运对铝合金艇体产生的不利影响，节省船坞等工装资源占用的时间，并避免租用半潜驳船转运的费用，节省转运货轮将救护艇由水中吊装到货轮甲板上的操作时间，为后续建造船舶的下水及转运成本节省、船厂坞期负荷降低以及造船效率提高提供技术支持，有效提高船厂船舶生产、设计、下水和转运能力。

1.1 艇主尺度要素及艇体结构形式

该艇为双机双泵推进的铝合金槽道型双体船，总长约23 m，型宽约7 m，型深约2.7 m，设计吃水约1.0 m，满载排水量约60 t。艇体采用纵骨架式结构，甲板室采用横骨架式结构。主艇体及甲板室结构均采用铝合金全焊接结构。

1.2 整体技术方案

因该艇为铝合金槽道型双体船，艇体结构较弱，由国内建造，且需要转运至国外进行交付。为保证下水、转运及后续的可维修性，根据船体及坞墩布置特点设计吊运托架形式。在艇体建造阶段将吊运托架制作完毕，在艇体下胎坐墩前将坞墩布置安装在托架上，以便船体下胎坐墩。建造完毕后，将艇体与托架绑扎为整体，可整体进行吊运、下水、拖带、转运装船，避免复杂的水中定位操作，方便快捷，安全性及效率非常高。

2 吊运下水方案设计

2.1 吊运托架设计

吊运托架不仅要承受船体结构及墩木的重量，而且还需能满足墩木布置的需要，其宽度方向尺度和总体结构强度应能够满足吊运需求。吊运托架设置的横纵交叉点包含所有墩木布置方案的布置位置，根据下水墩木的位置设置面板，方便墩架焊接固定；吊运眼板横向位置略大于船宽，方便吊运钢索固定操作；整体框架采用I32工字钢，并设置斜拉结构，加强结构强度。托架结构形式及墩木布置见图1。

2.2 吊运托架结构强度校核分析

图1 吊运托架结构形式及墩木布置

某救护艇的重量分布以及托架结构在吊运时的托架受力情况分布如下：FR5肋位的边墩和龙骨墩承受艇体FR0～FR9肋位的重量，FR12肋位的边墩和龙骨墩承受艇体FR9～FR14.5肋位的重量，FR17肋位的边墩和龙骨墩承受艇体FR14.5～FR20肋位的重量，FR23肋位的边墩和龙骨墩承受艇体FR20～FR26肋位的重量，FR29肋位的边墩和龙骨墩承受艇体FR26～FR32肋位的重量，FR35肋位的边墩和龙骨墩承受艇体FR32～FR37.5肋位的重量，FR40肋位的边墩和龙骨墩承受艇体FR37.5～FR47肋位的重量。每个龙骨坞墩自重0.5 t，边墩自重0.3 t。根据艇体吊运过程中的受力情况，对有限元模型施加边界条件以及相应的载荷。

每个龙骨坞墩和边墩与托架的受力面积为其在托架表面上的投影接触面积减去托架上的圆形开孔面积，根据每个龙骨坞墩和边墩的承受载荷和接触面积，在托架上施加均匀的压强表示托架的受力情况，托架受力大小见表1。托架结构强度校核见图2。

表1 托架受力表

对吊运托架进行有限元分析发现，托架各部件强度均满足强度计算要求，而且托架上各构件的压缩应力均比较小（最大部位不超过10 MPa），因此不会发生屈曲变形，托架结构强度满足使用要求。

图2 托架结构强度校核

2.3 吊运托架承重试验

为验证吊运托架具有足够的结构强度和吊运能力，吊运托架制作完成后需做超载承重试验[2]。

1）承重载荷75 t（下水时艇与墩木总重量约60 t，安全系数取1.25），并在托架上进行布置（每处压载铁为5 t）。

2）吊点选择吊运托架6个眼板，同时起吊。

3）静态吊重试验时，将托架吊离地面100 mm，保持悬挂时间不少于10 min。检查时，吊运托架各构件应无异常变化，托架结构连接应安全可靠。

4）动态吊重试验时，在托架缓慢提升至离地2 m左右时，将托架横向移动5 m，再缓慢下降约1 m距离。反复试验2～3次，检查吊运托架的可靠性。托架承重试验见图3。

图3 托架承重试验

2.4 吊运下水方案

为最大化利用工厂吊运资源，使用340 t码头吊实施救护艇下水。由于340 t码头吊只有一个吊头，单吊点吊运艇下水难度较大，运用计算机模拟技术反复演算确定下水最佳方案如下：

1）下水前3天按吊运方案进行试吊，试吊时高度不大于200 mm，试吊时间不少于3 min。起吊前确认起重机、吊杠、整个艇体、眼板及吊装索具等均无任何异常后方可起吊。起吊时一定要平稳，眼板受力要均衡，不允许存在瞬间冲击力。

2）使用340 t码头吊将艇及吊运托架整体起吊，托架底面距平板车面100 mm，保持5 min，检查艇及托架整体起吊状态，确保整体平稳、平衡，横倾和纵倾角度不大于0.5°。

3）使用340 t码头吊将艇及吊运托架整体起吊至距平板车面1 000 mm高度，缓慢平稳逆时针回转，将艇及托架吊运至海面正上方，在即将到达下水位置时，340 t码头吊需逐渐平稳减速至静止。吊车吊头下降，使吊运托架及艇体进入水中，完成艇下水工程。艇与吊运托架整体吊运下水见图4。

图4 艇与吊运托架整体吊运下水

3 转运方案设计

3.1 绑带设计

为实现艇与托架整体拖带转运及吊运装船，利用工厂半潜式船台将艇坐墩在托架墩上，使用9根8 t栓紧带封固成整体，同时安装吊运索具。艇与托架绑扎见图5。

图5 吊架转运绑扎效果图

3.2 转运拖带过程中栓紧带、拖带缆绳受力及安全性分析

救护艇需由拖船由船厂码头拖带至外运货船码头，由于拖船以不大于6 kn（3.1 m/s）的航速拖带医疗艇及托架低速航行，为确保拖带过程中救护艇及托架的安全性，对拖带缆绳、栓紧带及托架进行安全分析。

使用9根8 t栓紧带封固成整体，从艉至艏单侧栓紧带编号为1～9号，栓紧带额定抗拉能力见表2。从表中可知，全船栓紧带垂向抗拉能力为1 205.4 kN，船首方向抗拉能力为372.4 kN，船尾方向抗拉能力为107.8 kN。

表2 栓紧带额定抗拉能力表（单位：kN）

1）拖带过程中栓紧带受托架拉力计算

（1）垂向力计算

全船栓紧带垂向总承重能力为1 205.4 kN，转运托架总重14 t（137.2 kN），远小于栓紧带垂向总抗拉能力（1 205.4 kN）。平均每根栓紧带受垂向拉力9.212 kN。

（2）纵向力计算

为保证安全余量，假设拖轮沿船长方向以航速10 kn（5.2 m/s）拖带救护艇，已知数据海水密度ρ为1.025 t/m3、托架与海水相对运动速度v为5.2 m/s、托架湿表面积S1为322.76 m2、摩擦阻力系数Cf为0.001 87。则托架在被拖带时受水摩擦阻力为

计算得到F=8.4 kN。

由于摩擦阻力约占水黏性阻力的70%～80%，根据式（1）可得到托架受水总阻力约12 kN，远小于栓紧带船首方向总抗拉能力372.4 kN[3]。

经计算分析，栓紧带在垂向及船首拖带方向受托架拉力均远小于其额定抗拉能力，栓紧带强度能够满足拖带本次作业安全性要求。

2）拖带过程中拖带缆绳受力及安全性分析

（1）艇体总湿面积

根据艇外板线型量取每站横剖面型线半围长l，沿船长方向积分可得艇体侧湿面积S为

式中：Lwl为设计水线长，取值21m；l为每站横剖面型线半围长，根据型线图量取；dL为站长微分，计算得到S=197.4 m2。

根据型线图量取艉封板湿面积为3.4 m2，则艇体总湿面积S2为200.8 m2。

（2）艇受水总阻力

为确保本次拖带安全，假设拖轮沿船长方向以航速为10 kn（5.2 m/s）拖带救护艇。已知数据海水密度ρ为1.025 t/m3、艇与海水相对运动速度v为5.2 m/s、被拖艇总湿表面积S2为200.8 m2、摩擦阻力系数Cf为0.001 87，则艇在被拖带时受水摩擦阻力为

计算得到F′=5.2 kN。

由于摩擦阻力约占水黏性阻力的70%～80%，则被拖艇受水总阻力约为7.5 kN。

拖带过程中拖带缆绳受总拉力为被拖艇及托架受水的总阻力之和，通过对托架受水总阻力及艇受水总阻力的计算，得到拖带缆绳受总拉力为19.5 kN[3]。

计算分析得到，本次拖带使用Φ24龙须缆，抗拉强度为1 570 MPa的纤维芯钢丝绳最小破断拉力为300 kN，远大于拖带缆绳受总拉力19.5 kN，拖带缆绳强度能够满足拖带本次作业的安全性要求。

4 结论

本文通过对某救护艇建造过程中的下水及转运工艺进行研究，总结形成一套成熟的下水、转运工艺及通用的吊运、托架工装设计方法，为今后建造的舰船吊装下水及转运工程奠定技术基础。应用本文论证的小型铝质船舶整体吊运下水转运技术，能够大幅节省船舶建造成本，降低船厂坞期负荷，也可节省船舶下水及转运成本，包括坞期成本、开闸门施工成本、租用半潜驳船的费用、吊装施工及墩木施工工时成本等，在保证下水、转运安全性的同时，高质量高效率完成下水、转运工程，有效提高船厂装备专项保障能力和生产、设计能力，提升船厂市场竞争力。