某型援潛救生船的月池艙口蓋設計

2012-09-27 04:34:40貝貝

船舶 2012年4期

貝貝

（中國船舶及海洋工程設計研究院上海 200011）

0 引言

潛救系統是某型援潛救生船最重要的使命任務系統，該系統主要由水聲設備、潛水設備、救援設備、氣站、潛水作業實時顯示裝置等組成。其中，飽和潛水鐘是實現使命任務的關鍵設備。為配合潛水鐘吊放作業，在某援潛救生船首次設計采用了潛水鐘通過月池吊放的方式，即在主甲板船體中部設置了月池直接與海水相通，形成一條潛水鐘吊放入海的船體通道。這種特殊的吊放方式，為月池艙口蓋的設計帶來新的問題和困難。

1 月池艙口蓋與常規艙口蓋設計差異

月池艙口蓋與常規艙口蓋的設計有較大區別:

（1）載荷作用的形式不同。常規艙口蓋內部一般不受載荷作用，月池艙口蓋內部受海水沖擊載荷。

（2）隔離介質不同。常規艙口蓋隔離介質一般都是空氣，月池艙口蓋上方介質是空氣，下方介質是空氣與海水。隨著船體的升沉，下方壓力會隨機變化，需考慮月池艙口蓋上下壓力差會產生的影響。

（3）其他作業要求。常規艙口蓋一般只要求啟閉作業，月池艙口蓋不僅要滿足潛水鐘的下放及上升作業，還需設置操作平臺以配合潛水鐘的作業。

2 內部沖擊載荷確定

初步設想為降低月池波面對艙口蓋板的沖擊，在艙口蓋上開設一呼吸孔。為獲得內部沖擊載荷，了解月池內的波面撞擊頂部蓋板的情況以及驗證設置透氣孔的效果，采用模型試驗方法，專門進行了某援潛救生船耐波性頂浪時的月池蓋板壓力測試模型試驗。按設計方案將蓋板安裝在船模上，并在蓋板上安裝了4個壓力傳感器和1個呼吸孔，見圖1。

模型試驗的環境條件是:

（1）試驗在頂浪不規則波中進行；

（2）海況為4級（有義波高2.5 m，平均周期T01=7.0 s），試驗航速為 18 kn；

（3）海況為6級（有義波高6.0 m，平均周期T01=9.8 s），試驗航速分別為 9 kn、15 kn、18 kn。

圖1 壓力傳感器及透氣孔設置位置圖

試驗數據（摘錄）如表 1～表 5。

表1 4級海況18 kn航速頂浪航行時蓋板壓力測試結果（透氣孔未打開）

表2 6級海況9 kn航速頂浪航行時蓋板壓力測試結果（透氣孔未打開）

表3 6級海況15 kn航速頂浪航行時蓋板壓力測試結果（透氣孔未打開）

表4 6級海況18 kn航速頂浪航行時蓋板壓力測試結果（透氣孔未打開）

表5 6級海況18 kn航速頂浪航行時蓋板壓力測試結果（透氣孔打開）

根據對模型試驗結果的分析對比，可以得出如下結論:

（1）蓋板壓力最大值發生在后方P1處，在高速航行時尤其明顯；

（2）航速增加導致蓋板受到的沖擊次數和最大壓力明顯增加；

（3）4級海況中18 kn航速頂浪航行時蓋板壓力最大值為0.45 kg/cm2；

（4）在艙口蓋上透氣口關閉狀態下，6級海況中9 kn航速頂浪航行時蓋板壓力最大值為0.42 kg/cm2，15 kn航速頂浪航行時蓋板壓力最大值為0.58 kg/cm2，18 kn航速頂浪航行時蓋板壓力最大值為1.08 kg/cm2；

（5）在艙口蓋上透氣口開啟狀態下，蓋板的沖擊次數和最大壓力值比透氣口關閉狀態下有明顯增加，沖擊壓力峰值達到1.41 kg/cm2。

更為重要的是，模型試驗發現:雖然在蓋板上開設呼吸口對艙口蓋啟閉有利，但會造成船在航行時蓋板所受沖擊次數和壓力明顯增加，這與當初設想相悖。因此，最終內部沖擊載荷確定為1.5 kg/cm2并取消蓋板上的呼吸孔。

3 隔離介質不同帶來的問題及解決方法

為滿足潛水鐘吊放，月池艙口蓋需要在4級海況下進行啟閉作業。由于月池的特殊性，月池艙口蓋封閉下方介質先是一段空氣層、然后再是海水，見圖2。

圖2 月池艙口蓋內介質示意圖

根據耐波性的試驗結果，在4級海況下零速時，母船最大垂蕩單幅有義值為1.23 m。

3.1 問題

隔離介質的不同，將帶來以下兩個問題:

（1）由于空氣層的存在，船舶升沉會使艙口蓋封閉的空氣層容積發生變化而使氣壓發生變化。將月池艙口蓋與波面之間的氣體作為一個絕熱過程，其壓力與容積滿足方程PV1.4=C（常數）。當V1（51.4 m3）變化到 V2（66.1 m3），空氣層的氣壓會從1個大氣壓減小到0.7個大氣壓，這使得月池艙口蓋內外有0.3個大氣壓的壓差，導致艙口蓋開啟力會額外附加，并最大達到0.3個大氣壓的負荷。

（2）由于母船垂蕩運動是一個隨機過程，使得空氣層內容積變化隨機，空氣層內氣壓變化也隨機，故難以確定艙口蓋開啟力。若艙口蓋開啟力按克服蓋板重力并附加空氣層最大壓差產生的負荷，開啟油缸會受到很大沖擊力；若艙口蓋開啟力按克服蓋板的重力設計，則可能開啟不了艙蓋。

3.2 解決方法

通過分析發現，由于隔離介質不同以及空氣層的存在，導致艙口蓋開啟力不容易確定，而問題的關鍵是母船的升沉運動導致空氣層壓差隨機變化。為此，直接針對關鍵問題，在艙口蓋的圍板上設置一高速透氣閥，在開啟艙口蓋時由控制系統先打開該高速透氣閥，待艙口蓋內外壓差平衡后再開啟艙口蓋，這樣艙口蓋的開啟力可以按正常設計方法確定。

4 艙口蓋設計方案

針對月池艙口蓋的特殊性，對于外載荷的確定采用模擬試驗方法，對于隔離介質不同而產生壓力差的問題通過設置高速透氣閥來解決，對于其他作業要求則將月池艙口蓋設計成可折疊狀態來滿足使用要求，本月池艙口蓋的設計方案確定為液壓鉸翻式雙頁型式。主動蓋板油缸布置在端鉸臂下方，從動蓋板由連桿機構驅動，連桿機構油缸設置在主動蓋板上，液壓鎖緊裝置由機械自鎖油缸驅動。月池艙口蓋完全開啟后，可露出完整的月池。當潛水鐘放入月池后，開啟收藏狀態液壓鎖緊裝置，再操作主動蓋板油缸，將兩塊蓋板折疊，裝上活動欄桿，從動蓋板上方作為操作平臺，以便固定潛水鐘氧氣管與起吊鋼索。艙口蓋的關閉、打開、折疊狀態區別見圖 3～5。