13500t散貨船氣囊下水的力學(xué)計(jì)算

1、13500t 散貨船氣囊下水的力學(xué)計(jì)算總第 237 期 2009年第 6 期 交通科技TransportationScience8LTechnologySerialNo.237 No.6Dec.2009 135OOt 散貨船氣囊下水的力學(xué)計(jì)算 賈鵬程（青島前進(jìn)船廠青島 266001）摘要以 13500t 散貨船氣囊下水為研究對(duì)象 ,介紹了氣囊下水工藝的力學(xué)計(jì)算模型 并進(jìn)行相應(yīng)的力學(xué)計(jì)算 ,計(jì)算結(jié)果表明 ,提出的下水方案合理可行 ,氣囊的數(shù)量和布置滿(mǎn)足 力學(xué)要求 .關(guān)鍵詞氣囊下水散貨船力學(xué)計(jì)算 船舶下水時(shí) ,先用若干直徑較大的起重氣囊 將船舶抬高 ,拆除船舶建造時(shí)所用的龍骨墩和邊 墩 ,再置入滾

2、動(dòng)氣囊 ,并將起重氣囊的氣放掉 ,然 后利用絞車(chē)使承載在滾動(dòng)氣囊上的船舶移向水域 的下水方式稱(chēng)為氣囊下水 .氣囊下水是我國(guó)首創(chuàng) 的船舶下水工藝 ,由于其投資少 ,對(duì)下水場(chǎng)地要求 不高 ,工藝過(guò)程簡(jiǎn)單 ,下水過(guò)程安全可靠 ,該下 水工藝在我國(guó)很多中小型船廠得到了廣泛的 應(yīng)用.本文以 13500t 散貨船為研究對(duì)象 ,對(duì)氣囊 下水過(guò)程進(jìn)行了受力計(jì)算和分析 ,對(duì)該船的安全 下水具有重要的工程實(shí)用意義 .113500t散貨船船型該船為單甲板 ,尾機(jī)型 ,單槳,單舵,帶風(fēng)雨密 艙口蓋的由柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)螺旋槳推進(jìn)的散貨船 .具 有球鼻首線型 ;設(shè)有首樓,尾部;全船設(shè)有 3個(gè)貨 艙 ,貨艙區(qū)域?yàn)殡p層底和帶底邊艙

3、 ,頂邊艙的單殼 結(jié)構(gòu) .雙層底艙和底邊艙用作壓載水艙 . 全船共設(shè) 7 道水密橫艙壁 ,分別位于 5,10, 31,80,128,176,184號(hào)肋位 .依次設(shè)置尾尖艙 , 機(jī)艙,3個(gè)貨艙,淡水艙（左,右）,艏尖艙兼壓 載艙.該船主要尺度如下 :總長(zhǎng) /m140.70結(jié)構(gòu)吃水 /m7.90水線長(zhǎng) m134.90 載貨量/t13504.7 垂線間長(zhǎng) /m131.8O 貨艙容積 /m18989.3 收稿日期 :2009-07 23 型寬 /m20.00 標(biāo)定功率 /kw2665 型深 /m10.80 試航速度 /kn12 設(shè)計(jì)吃水 /m7.9O 自重/kn 35153 船中位于Fr95+400處

4、，船底適合鋪墊墩木 的長(zhǎng)度為Frl5Fr185之間共118rn范圍，墩木 高為850mm,墩木的布設(shè)間距為4.5rn.船底適 合布設(shè)氣囊的平底大概在Fr35Fr175之間，長(zhǎng) 度為 98rn.2 船廠下水設(shè)施 船廠建造的 135001 散貨船船臺(tái)相應(yīng)的下水 設(shè)施如下 :(1) 鋼絲繩絞車(chē) .主要參數(shù)為 :數(shù)量 2 臺(tái),牽 引力300kN,絞車(chē)收放速度一 0.15m/s實(shí)取 絞車(chē)剎車(chē)時(shí)間為5S,鋼絲繩與坡遭夾角為58.(2) 空氣壓縮機(jī)及貯氣罐 .空氣壓縮機(jī)主要參數(shù):供氣量8ITI/rain,氣壓為0.8MPa;貯氣罐 的容積為24m.,安裝有可調(diào)節(jié)的安全限制閥，能 保證多個(gè)氣囊同時(shí)供氣 .(3

5、) 下水坡道 .下水坡道由砂土地和水泥地 結(jié)合,能承載2MPa以上的壓力，坡度為5.，寬38tn,坡道長(zhǎng)度為1Z0160m.坡道摩擦因數(shù)通過(guò) 試驗(yàn)獲取為 0.0040.006之間,為了提高下水安 全系數(shù) ,實(shí)取為 0.004.3 氣囊下水計(jì)算3.1 氣囊技術(shù)參數(shù)的選定 鑒于下水船舶自重較大等因素 ,選用承載能 力較大的昌林牌第四代高承載力氣囊 .2009年第6期賈鵬程:13500t散貨船氣囊下水的力學(xué)計(jì)算3.1.1氣囊直徑 氣囊直徑的選取應(yīng)考慮到以下 2點(diǎn):(1) 氣囊變形后的高度及這個(gè)高度應(yīng)滿(mǎn)足拆 換墩木時(shí)船底工作高度的需要 .(2) 氣囊變形后的高度不至太小而導(dǎo)致移船 過(guò)程中船體觸地 .船

6、底墩木高為8501Tim,結(jié)合坡道的具體情 況,氣囊變形后的最小工作高度選擇為 300400 mm為宜，因此選擇D 一 1.2m的氣囊是比較合適的.3.1.2氣囊長(zhǎng)度 氣囊的長(zhǎng)度應(yīng)大于船寬 ,且分別長(zhǎng)出兩舷0.81.21TI為佳.根據(jù)船體縱腫剖面處的平底 最大寬度為20m,結(jié)合氣囊的長(zhǎng)度規(guī)格和盡量選 取同型氣囊的標(biāo)準(zhǔn)，確定氣囊長(zhǎng)度為L(zhǎng) 一 22m. 3.1.3每米氣囊承載力 根據(jù)氣囊工作高度與每米氣囊承載力的關(guān) 系可知,在工作高度為 300400mrrl 時(shí),可選定 每米氣囊承載力為 150kN/m.3. 1 .4氣囊的初始工作壓力船舶上排 ,下水用氣囊 (GB/T3795- 1996)標(biāo)準(zhǔn)中

7、規(guī)定的工作壓力是氣囊正常工作壓 力的最小保證值 ,具有相當(dāng)?shù)陌踩６?.查表可 得D 一 1.2rn氣囊的初始工作壓力為P一 0.11 MPa.3.2 起重氣囊和首支點(diǎn)的選取 起重氣囊應(yīng)盡量靠近尾部 ,以增大起升力矩 , 因此選定起重氣囊位于Fr40強(qiáng)肋位處，此處距離 船腫38.9rn,距離船體重心31.2m.從下水重量較大和經(jīng)濟(jì)性?xún)煞矫婵紤] ,擬采 用起重能力較大的高壓氣囊 .根據(jù)高壓起重氣囊 的各項(xiàng)參數(shù)，初選D:1.2I13.丄一 10m,初始?jí)?力為 0.2MPa 的高壓起重氣囊 . 初壓大的氣囊在相同工作高度的情況下承載 能力大些 ,因此在確定起重氣囊的工作高度為 0. 4m時(shí)，實(shí)取初

8、始?jí)毫?.25MPa(安全系數(shù)取 為 3.5),相應(yīng)起升力為 9240kN.如圖 l 所示,起重氣囊距離重心 31.2131,假設(shè)首支點(diǎn)距離重心 Xin, 則由不等式可得 : 起重氣囊的升舉力由式 (1)確定 : PL>QL0(1)式中:P為尾端的起重氣囊充氣后產(chǎn)生的起升力 ,kN;Lr 為尾端的起重氣囊重心位置到前支點(diǎn)的距離,ID-;Q為下水船舶自重，kN;L.為下水 船舶重心位置到前支點(diǎn)距離 ,m.則有:9240X (31.2+X)>35153xX可得X<11.125m,由船體側(cè)視圖可知該處 大概位于Frl12,這樣首支點(diǎn)太靠近重心，造成拆 墩工作量大 ,浪費(fèi)工時(shí) .因

9、此初選氣囊不符合實(shí) 際情況，改選為D:1.2m,L 一 10m,初始?jí)毫?.325MPa的超高壓起重氣囊.圖 1 起重氣囊與首支點(diǎn)位置實(shí)取初壓為0.41MPa(安全系數(shù)取為3.5), 相應(yīng)起升力為 14250kN.則有:14250X (31.2+X)>35153xX可得 X<21.27In, 該處大概位于 Fr126, 首支點(diǎn)朝首部前移了 l4 個(gè)肋位,減小了拆墩 工作量 .3.3滾動(dòng)氣囊的布設(shè)數(shù)量 ,間距和絞車(chē)牽引力 (1)滾動(dòng)氣囊的理論布設(shè)數(shù)量和間距 所需氣囊的數(shù)量由式 (2)決定:NKI+N1(2)式中:N為滾動(dòng)氣囊的數(shù)量;K為系數(shù),K.一1.21.3;Q為船舶自重,kN;

10、C為方形系數(shù)；R 為氣囊允許承載力 ,kN/m;L 為在縱舯剖面 處氣囊囊體與船底的接觸長(zhǎng)度 ,m;N 為續(xù)接氣 囊數(shù)量，只.N 24只.各數(shù)據(jù)實(shí)取為 :K 一 1.2,Q 一 35l53kN,Cb=0.746,R 一150kN/m,L1 2Om,N1=3 只.則N 22只.當(dāng)滾動(dòng)氣囊的數(shù)量選定以后 ,布設(shè)間距合理 性對(duì)保證船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不受損害 ,防止氣囊間發(fā) 生重疊擠壓顯得十分重要 .可采用下列不等式進(jìn) 行控制 : 6 且Y-+o.5(3)式中 :L 為船舶底部適合墊氣囊部分的長(zhǎng)度 ,m;N 為滾動(dòng)氣囊的數(shù)量 ,只 ;D 為滾動(dòng)氣囊的直徑 ,rn. 各數(shù)據(jù)實(shí)取為 :L 一 98仃l,N 22

11、 只,D 1.2m則一 67<6+0.5 一+0.5:2.38賈鵬程:13500t散貨船氣囊下水的力學(xué)計(jì)算2009年第6期 本船底適合布設(shè)氣囊的范圍是Fr35Fr175,確定氣囊最小間距為4m.3.4氣囊下水計(jì)算表 根據(jù)實(shí)船重量沿船長(zhǎng)方向的分布和坡道實(shí) 際情況,結(jié)合 22只氣囊在船底不同位置的工作高 度和工作長(zhǎng)度 ,計(jì)算實(shí)際工作壓力 ,承載力和力 矩,編制氣囊下水計(jì)算表 ,計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表 1. 下面對(duì)表中公式逐一說(shuō)明 .(1) 實(shí)際工作壓力 p實(shí)際工作壓力p=P.x二二_，對(duì) 于船底不同位置的氣囊應(yīng)代人各自工作高度和初 始?jí)毫M(jìn)行計(jì)算 .(2) 實(shí)際承載力 F氣囊的實(shí)際承載力F. X B

12、X L式中 :B 為氣囊受壓變形后與船底實(shí)際接觸寬度；L為氣囊實(shí)際工作長(zhǎng)度，m. 則氣囊的實(shí)際承載力為 :F PX LX (D H)一 160p.L(D H)厶由表 2 可知,氣囊總承載力為 64433.4kN,遠(yuǎn)大于船舶下水重量35153kN,理論上是安全的.(3) 力矩 M力矩M XxF,氣囊距船體重心的距離x 以船中向首為負(fù) ,船中向尾為正 .表 1 氣囊下水計(jì)算表4 結(jié)語(yǔ)本文以 13500t 散貨船氣囊下水為研究對(duì) 象,介紹了氣囊下水工藝的力學(xué)計(jì)算模型 ,并以13500t散貨船為例，進(jìn)行了氣囊下水的力學(xué)計(jì) 算.計(jì)算結(jié)果表明 ,提出的下水方案合理可行 ,氣 囊的數(shù)量和布置滿(mǎn)足力學(xué)要求.這

13、對(duì)13500t散 貨船氣囊下水具有重要的工程參考價(jià)值 .參考文獻(xiàn)1朱眠虎 .氣囊容器的應(yīng)用現(xiàn)狀及其發(fā)展前景 J. 山東交通科技 ,1998(4):4043.23 王紹清,朱氓虎.高承載力多層揉壓氣囊的研制與使用J中國(guó)修船.2006,19(3):4447.32 孫菊香,胡柏楊.氣囊容器及船舶用氣囊上排下水工藝J.交通標(biāo)準(zhǔn)化,1999(2):18 20.總第 237 期2009年第 6期交通科技TransportationScience&TechnologySerialNo.237 No.6Dec.2009 快艇總體技術(shù)專(zhuān)利研究 吳佳暉張峰 .楊為國(guó)李甫杰 .(1.華中科技大學(xué)武漢 430

14、074;2.中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心武漢 430064) 摘要通過(guò)對(duì)中國(guó)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局(SIPO), 歐洲專(zhuān)利局 (EPO), 美國(guó)專(zhuān)利商標(biāo)局(USPTO)專(zhuān)利數(shù)據(jù)庫(kù)中快艇總體技術(shù)專(zhuān)利進(jìn)行定量分析 , 針對(duì)快艇 ,水翼艇 ,滑行艇等領(lǐng)域的最 新專(zhuān)利 ,闡述了專(zhuān)利申請(qǐng)的熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì) .根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)從專(zhuān)利的角度分析了快艇總體技術(shù)的 進(jìn)展和前景 .關(guān)鍵詞快艇總體技術(shù)專(zhuān)利 快艇屬高速船范疇 ,快艇總體技術(shù)是涉及船 舶,機(jī)械 ,動(dòng)力 ,電子等相關(guān)領(lǐng)域的綜合集成技術(shù) . 近年來(lái) ,各國(guó)艦船界高度重視該領(lǐng)域的研發(fā) ,筆者 根據(jù)國(guó)內(nèi)外快艇總體技術(shù)的專(zhuān)利申請(qǐng)狀況 ,以及 各國(guó)關(guān)注的快艇技術(shù)發(fā)展方向 ,結(jié)合我國(guó)專(zhuān)利

15、的 特點(diǎn)和范圍進(jìn)行分析 ,并在此基礎(chǔ)上預(yù)測(cè)未來(lái)快 艇總體技術(shù)專(zhuān)利的發(fā)展趨勢(shì) .1國(guó)外專(zhuān)利數(shù)據(jù)檢索及分析1_1 檢索結(jié)果 通過(guò)關(guān)鍵詞檢索 ,從歐洲專(zhuān)利局專(zhuān)利數(shù)據(jù)庫(kù)(EP)和美國(guó)專(zhuān)利商標(biāo)局專(zhuān)利數(shù)據(jù)庫(kù)(uS)2個(gè)數(shù) 據(jù)庫(kù)進(jìn)行了檢索，其中19852008年檢索到2719 項(xiàng)專(zhuān)利 ,具體參見(jiàn)表 l. 收稿日期 :20O908 13 表 1 快艇的檢索總量1.2 結(jié)果分析EP 數(shù)據(jù)庫(kù)又稱(chēng)世界專(zhuān)利庫(kù) ,包含了世界各國(guó) 在歐洲專(zhuān)利局申請(qǐng)的專(zhuān)利 ,涵蓋的國(guó)家相對(duì)廣泛 , 比美國(guó)專(zhuān)利數(shù)據(jù)庫(kù)更能反映專(zhuān)利的申請(qǐng)趨勢(shì) .下 MechanicalCalculationofShipLaunchingwithAirbagof13500TBulkCarrierJiaPengcheng (QindaoQianjinShipyard,266001Qindao,China) Abstract:Theshiplaunchingwithairbagisanoriginallaunchingtechnology.Itisappliedwide lytomedium sizedandsmall sizedshipyard.Thispaperstudiesshiplaunchingwithairbagof13500tbulk c