CN103803036A

CN103803036A - 大型船舶利用气囊下水的工艺

Info

Publication number: CN103803036A
Application number: CN201210455208.3A
Authority: CN
Inventors: 迟艳芬; 钱永志; 魏中格; 宋文军; 姬广帅; 杜焕昌; 秦卫华
Original assignee: Shengli Oil Field Shengli Petroleum & Chemical Construction Corp; China Petroleum and Chemical Corp
Current assignee: Shengli Oil Field Shengli Petroleum & Chemical Construction Corp; China Petroleum and Chemical Corp
Priority date: 2012-11-14
Filing date: 2012-11-14
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2032-11-14
Also published as: CN103803036B

Abstract

本发明公开了大型船舶利用气囊下水的工艺，包括以下步骤：船舶艏艉吃水深度计算；安装稳船装置；气囊滑道检查；布置气囊；安装控制缆绳；充气、撤墩；清除滑道内所有障碍；等待潮位；脱钩、下水；船舶靠泊；本发明主要优点是：解决了窄河道（内港）气囊下水因缓冲距离、水深不够的下水难题。气囊下水时，只需提供2块重物和4条高强度缆绳即可，降低了施工成本；确保船舶安全下水的前提下，实现能耗的最小化。为国内气囊下水施工提供了新的下水方法，具有显著的经济效益、创新性技术价值和良好的推广应用前景。

Description

大型船舶利用气囊下水的工艺

技术领域

本发明涉及船舶下水工艺，具体地说是大型船舶利用气囊下水的工艺，特别适用于受水域空间和水深限制（无涌浪、暗流）的船舶下水作业或者适用于下水吨位1万吨以下、可控轨迹的船舶下水作业。

背景技术

大型船舶建造过程中，船舶用气囊下水是造船工程的重要节点。当前，国内外大多数船厂的船坞均靠近海域和大型河流，下水缓冲距离均大于500米，水深大于10米，宽广海域（河流）的船舶下水不需控制下水后的运动轨迹，下水深度完全满足艉跌要求，下水的难度低。但针对在窄河道（内港）沿线的造船厂，气囊下水的难度大幅提高，个别地区采用侧滑方式下水，但其安全性不高，侧滑用油脂等污染比较严重。

申请公布号为CN102424101A，申请公布日为2012.04.25的一种船舶利用气囊下水的工艺，包括以下步骤：A、布放气囊:（1）、布放气囊前，对使用气囊逐一进行充气检查，杜绝漏或损坏等不可靠的气囊进入现场，新气囊优先布放在船艏艉区域；（2）、根据船型将合格的气囊分左右舷各一半由船舯向艏艉两个方向布放；（3）、布放气囊前，还需要确定布放气囊的位置并做上标识，按标识进行布放；（4）、布放气囊时采用门吊、塔吊或汽车吊配合吊运，气囊横穿船底舯线采用1.5吨小型卷扬机牵引，气囊放置要保证平直并与船纵向垂直，充气口要便于人工操作和压力表的查看；B、气囊的充气与检查：（1）、气囊充气前逐一安装好事先准备的压力表，压力表的压力为0-0.25MPａ；（2）、检查压缩空气气源，打开气包集管上的阀门通过放气来检查气源压力和含水情况，若有水则开足阀门放残直至气态正常；（3）、通过事先准备好的带有接头的1/2″胶管将空气气源与所要充气气囊连接，进行充气；（4）、气囊充气顺序：从船艉向船艏依次左右对称同步进行直至气囊全充满气；（5）、气囊充气压力：（a）、第一次压力升至0.05MPａ时停止充气，检查气囊与各墩位是否相碰，气囊与船底纵向的垂直度，若发现问题立即调整；（b）、第二次压力升至 0.1MPａ停止充气，检查气囊受压状况和船态变化，若发现异常立即报告现场指挥地处理；（c）、第三次压力从艉部第一个与船体平面接触的气囊开始充气，逐步向艏部气囊增加气压；（d）、艉部第一个与船体接触的气囊至舯部即船中心线的气囊压力升至 0.15-0.18MPａ；（e）、舯部即船中心线至1号货舱前壁的气囊压力升至0.15MPａ；（f）、艏部至艏的气囊压力升至0.13MPａ时，检查船是否举起，若没有将船举起，调节气囊的压力直至将船举起，只有当船整体举起时，迅速将花墩全部拆除，待花墩全部拆完后，观察整个船态，若距下水时间较长则留30ｍ距离的花墩，待正式下水前2小时拆除以保安全；花墩的拆除要待气囊充气完成后使船举起时方能进行，花墩拆除全部采取人工操作，拆花墩时采用中粗麻绳拖拉牵引的方法，从花墩上拆除下来的木楔有条理的放到船台坡墙两边，收墩理顺，毎拆一个花墩都要顺手将墩位平面清扫干净，渣物运离船台，若发现焊瘤焊疤或锐角铁件一定打磨平整，防止伤害气囊；（g）、船舶下水移动：船舶由卷扬机控制，艏部气囊压力升至0.18-0.20MPａ时，气囊滚动使船位移动5-10m，卷扬机松缆绳，船开始移动时船上施工人员割缆使船自由滑动入水。本发明规范和明确了船舶利用气囊下水作业的流程，成功保证了从顶推拖轮到76500DWT散货船近三十条船舶的顺利安全下水。而且能够实现在长江最高和最低水位全天候下水，不需要等待潮期。与船坞和船台下水相比，节省了大量的基础建设费用，提升了船厂经营的竞争力。

以上专利公开文献，很显然并没有解决窄河道（内港）中大型船舶利用气囊下水因缓冲距离短、水深不够而造成的下水不方便的难题，所以说目前，用于窄河道（内港）大型船舶气囊下水的施工工法，至今还是个空白。

有鉴于此，针对上述问题，提出一种设计合理且有效改善上述缺失的大型船舶利用气囊下水的工艺。

发明内容

本发明的目的在于提供大型船舶利用气囊下水的工艺，解决了窄河道（内港）中大型船舶利用气囊下水因缓冲距离短、水深不够而造成的下水不方便的难题。

为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，大型船舶利用气囊下水的工艺，包括以下步骤：

前期准备的步骤：

1）、船舶艏艉吃水深度计算，船体触水初速度的计算，下水设备准备齐全到位；

2）、安装稳船装置，并计算稳船装置撤墩时的牵引力；

3）、气囊滑道检查，气囊经过坞门口的坡度要平缓处理，艉跌区水深计算，若深度不够要清淤；

4）、根据气囊承载力、数量的计算数据来布置足够的气囊；

5）、安装稳船缆绳、安装重物阻尼缆绳、控制缆绳；

6）、对气囊进行充气，然后撤出船底坞墩；

7）、撤墩后清除滑道内存在损害气囊的所有障碍；

后期船舶在气囊滑道上下水的步骤：

8）、切断稳船缆绳，船舶在气囊滑道上靠下坡力下水；

9）、船舶入水后通过安装重物阻尼缆绳的阻尼和控制缆绳的控制船体的运动轨迹，同时由其它船舶辅助，按照预设运行轨迹完成船舶的下水靠泊。

所述稳船装置安装在地牛和船体之间。

所述稳船装置为稳船卷扬机。

所述重物阻尼缆绳设置两根，对应的重物为两块，所述两块重物分别安设在气囊滑道下水口两侧的港池中；所述控制缆绳也设置有两根。

所述重物阻尼缆绳一端头连接在重物上，另一端则分别连接在船舶的艏艉两处。

所述控制缆绳一端连接在船舶的艉处，另一端则连接在港池周边并在气囊滑道一侧的系缆桩上。

所述船舶在气囊滑道上下水后，重物阻尼缆绳先受力，缓冲预定距离后，控制缆绳开始受力，直到停止；当船体开始转弯时，释放艏部航行锚辅助制动。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：

先对船体下水前必须具备的一切必要条件进行论证，需要进行大量的数据计算，重点强调其安全性，分析船舶运动过程中的每一个状态，并校核该状态下气囊强度，水深深度，船舶速度等；以及船舶下水后的速度控制，采用合理的缓冲办法，最终实现船舶的安全下水。解决了窄河道（内港）中大型船舶利用气囊下水因缓冲距离短、水深不够而造成的下水不方便的难题。气囊下水时，只需提供2块重物和4条高强度缆绳即可，降低了施工成本；确保船舶安全下水的前提下，实现能耗的最小化。提高特殊条件的船舶气囊下水的安全性和可操作性。适用于缓冲水域距离短，水深较浅的窄河道或内港池等，为在特定条件进行大型船舶建造决策者提供技术参考，防止重大安全事故的发生。为国内气囊下水施工提供了新的下水方法，具有显著的经济效益、创新性技术价值和良好的推广应用前景。

附图说明

图1为本发明大型船舶利用气囊下水的工艺的结构流程框图；

图2为本发明具体下水时的示意图；

图3 为下水实例艉跌水深4.5米时的静态模拟示意图；

图4 为下水实例气囊布局示意图；

图5 为下水实例控制缆绳布局图。

图中：1是地牛，2是船台，3是船体，4是码头，5是重物，6是内港池，7是控制缆绳，8是码头系缆桩，9是水平面，10是呆木浮力F1力矩点，11是船体浮力F2力矩点，12是船体重心，13是船坞口，14是气囊，15是坞墩，16是重物阻尼缆绳，17是船体系缆桩，18是缆绳缓冲结。

具体实施方式

有关本发明的详细说明及技术内容，配合附图说明如下，然而附图仅提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

根据图1-图5所示，大型船舶利用气囊下水的工艺，包括以下步骤：

前期准备的步骤：

2）、安装稳船装置，并计算稳船装置撤墩时的牵引力；

4）、根据气囊承载力、数量的计算数据来布置足够的气囊14；

5）、安装稳船缆绳、安装重物阻尼缆绳16、控制缆绳7；

6）、对气囊14进行充气，然后撤出船底坞墩15；

7）、撤墩后清除滑道内存在损害气囊的所有障碍；

后期船舶在气囊滑道上下水的步骤：

8）、切断稳船缆绳，船舶在气囊滑道上靠下坡力下水；

船舶在气囊滑道上下水后，重物阻尼缆绳先受力，缓冲预定距离后，控制缆绳开始受力，直到停止；当船体开始转弯时，释放艏部航行锚辅助制动。

稳船装置安装在地牛和船体之间，所述稳船装置为稳船卷扬机。

重物阻尼缆绳设置两根，对应的重物5为两块，所述两块重物分别安设在气囊滑道下水口两侧的内港池6中；所述控制缆绳也设置有两根。所述重物阻尼缆绳一端头连接在重物上，另一端则分别连接在船舶的艏艉两处的船体系缆桩17上。所述控制缆绳一端连接在船舶的艉处，另一端则连接在内港池周边并在气囊滑道一侧的码头系缆桩8上。

下面举出一实例进行说明，胜利902铺管工程船下水吨位7980吨，有效下水缓冲距离为200米，水深为4.5米的内港，需要用气囊下水，具体工序如下：

1）、船舶艏艉吃水深度计算：

胜利902的下水总吨位为7980t，全船重量包括：结构、轮机、管系、舾装、电气、脚手架等。从安全角度考虑，理论计算重量取G=8300t，重心位置为X=59.41m，Y=0.01m，Z=7.265m。

根据船重，在静水力曲线表中查到相应排水量之下的所有数据；找到该排水量下的浮心纵向坐标(LCB)并与本船的重心纵坐标相减，所得结果设为L，保留正负号；

查表得：LCB=61.88，L=61.88-59.41=2.47m；

G×L=M，

M=8300×2.47=20501t.m；

在表中查得每厘米纵倾力距MCT，t=M/MCT，t即为纵倾值；

查表得MCT=263.85，t=20501/263.85=77.7（cm）；

根据纵倾值即可求出艏艉吃水。船体水平时，2.7米的排水量约8293吨。

即：船艉吃水为：2.7+0.777/2=3.064m；

船艏吃水为：2.7-0.777/2=2.336m；

通过下水后的实际船体吃水深度反推计算得出，船体的下水重量为7450t（含压载水271t），与理论的计算重量相差850t，相当增加10.2%的安全系数，说明船舶下水前的实际重量计算误差较大，下水后的实际艏艉吃水比例为0.767（约为3/4）。

船体触水初速度的计算：

胜利902铺管船采用了2台5吨铲车作为助推工具，假设铲车的推力只是克服了启动时的静摩擦力，靠下坡力以初速度为零启动，船舶在35秒内行走的距离为50米，那么加速度a=0.0816米/秒²，那么触水时的最大初速度为V=2.86米/秒。则用于产生加速度的下坡力为F=ma=7450000×0.0816=607920牛。

根据计算公式S=at²/2=50，得 a=100/1225=0.0816。

下水设备准备齐全到位：

稳船绞车2台（每台25吨拉力）。

下水助推机具为2台5吨铲车，铲斗上安装橡胶轮胎，保证助推时不伤及船体防腐漆。

缆绳切除时的辅助吊车2台，切割人员站在吊笼中进行切割工作。

船体靠泊船只2-3艘，用于下水后船体靠岸。

2）、安装稳船装置，并计算稳船装置撤墩时的牵引力；稳船装置安装在地牛和船体之间，所述稳船装置为稳船卷扬机。

稳船过程中一般选用低速绞车，其放缆速度为9~13 m/min,稳船过程中可能需要小范围移动船体，最快刹车时间为4秒，船舶下滑力和绞车钢丝绳的牵引力按公式（1）计算：

…………………………………………（1）；

；

F_c=1061KN（下滑力106吨）；

……………………………………………………………………（2）；

根据公式（2）得：（绞车牵引力25吨，采用2台25吨绞车，安全系数为2.8）；

式中:F_c— 下水船舶下滑力，kN；

Q— 船舶自重，t=8300吨；

g— 重力加速度，g=10m/s²；

α— 坡道倾角，α=0.687°；

μ— 坡道滚动摩擦系数，μ=0.001；

V— 移船速度， Vmax=0.036 m/s；

T— 绞车刹车时间，T=4s；

F— 绞车钢丝绳的牵引力，kN；

K— 安全系数，K=1.2～1.5，取1.4；

Nc- 钢丝绳道数，Nc=6；

β— 牵引钢丝绳与坡道之夹角，一般应不大于4°。

3）、气囊滑道检查，气囊经过坞门口的坡度要平缓处理，不允许出现跳台式的坞门口；全过程下水的最大水深（艉跌区域）要大于艉跌区域的水深，若深度不够要清淤。

艉跌区水深计算，船舶重心在坞门口时，船舶开始出现艉跌，由于船舶的运动惯性和受力复杂性，从静态模拟图中可以得出最大艉跌水深小于4.5米。

重心出坞门口36米的状态；船体入水长度为96米，支撑船体的气囊为6排，气囊和水的浮力共计为8646吨，大于船体重量，加上水下的气囊浮力470吨，其安全系数为1.1，满足要求。

图3 为下水实例艉跌水深4.5米时的静态模拟示意图。

呆木纵截面积: 34206423.1311mm²，质心: X: 312071.7431mm，Y: 44526.5269mm；

船体水下纵截面积: 180590015.3926 mm²，质心: X: 342229.8497mm，Y: 50361.3194mm；

船体的浮力为180.59×29.2=5274t，浮力力臂为57.85m,则浮力矩为5274×57.85=305073t.m；

呆木的浮力为190t，浮力力臂为88m，则浮力矩为190×88=16720t.m；

水的浮力矩为305073+16720=321793t.m。

船体重力矩为8293×6.473=302471t.m。

水的浮力矩大于重力矩，水深不超过4.5m。

因为水的浮力矩仍大于重力矩，图示状态会使得艉部吃水减小，船台气囊接触数量增加，从而达到新的力矩平衡。

4）、根据气囊承载力、数量的计算数据来布置足够的气囊；

1.气囊的摆放：需用CL-6高强度Φ1500×18米（有效长度）的气囊41个，Φ1500×8米的气囊31个。4个气囊作为预备使用；除艏部FR148、FR152、FR157的三排坞墩不撤外，其它气囊均按2.8米的间距摆放，由于船宽30.4米，气囊对接摆放（具体布局见图4）。

图4 为下水实例气囊布局示意图。

2.起墩状态的气囊承载力：

根据气囊厂家提供的安全数据，气压充到0.13Mpa时，（气囊出厂的检验压力0.24Mpa）气囊每米的受力达到R=14.3吨，起墩高度H=0.80米，拆除楔木。

Q1=R×18×41=14.3×18×41=10553吨；

Q2=R×8×31=14.3×8×31=3546吨；

Q=Q1+Q2=14099吨；（胜利902下水吨位为8300吨）。

K=14099/8300=1.7＞1.25（满足标准要求）。

根据实际吨位，其安全系数K=14099/7450=1.89。

5）、安装稳船缆绳、安装重物阻尼缆绳、控制缆绳；

胜利902船的下水过程是可控下水方法，左舷用3根φ98mm的缆绳作为船体安全控制缆，外加1根系有38吨重物阻尼缆，作用在船体艉部。

右舷用1根φ98mm的漂浮缆控制船体下水后的轨迹，外加1根38吨重物阻尼缆和艏部航行锚。为了更好的起到缓冲作用，在缆绳上可以增加缓冲结，布缆方法见下图5。

图5 为下水实例控制缆绳布局图。

6）、对气囊进行充气，然后撤出船底坞墩；

根据船体在下水过程产生艉跌和艏跌时的状态，船底第7-第16排（从艉到艏排序）应采用高强度气囊。

1．气囊从船艏FR146米处填入第一排，从艏至艉布置。并校准每个气囊的中心位置，使其在下水过程中船舶不会偏离方向。

2．针对胜利902船船底平整的实际情况，采用单列布置、交错布置、对接布置三种方式同时使用。

3．平行排列的气囊到位后，开始对所有气囊均匀充气。充气过程要艏、舯、艉平衡、均匀、逐渐接近工作压力，由于船底坞墩的摆放与气囊的布置存在一定冲突，需采用气囊与坞墩的置换方法，循序渐进的方式进行。当在需要拆除的坞墩旁的气囊充气达到工作压力时，拆除坞墩上的楔木，用钢丝绳穿过坞墩中的导绳孔和定滑轮装置进行撤墩。

4．拆除墩木时，从船艏开始，拆向船艉部，两侧同时拆。撤墩同时随时检查气囊压力，有漏气的气囊补充气，发现有破损的气囊及时更换,且24小时留守冲气人员。

5. 当全部滚动气囊填入并拆除全部墩木后，清除坞墩周边可能留下的一切障碍物，检查各气囊间距，并逐个调整各滚动气囊的间距，间距不少于0.35m，如间距太大填入相应滚动气囊。

6. 调整气囊内压力到0.13Mpa，使船舶降至滚动气囊的工作高度800mm。

7）、撤墩后清除滑道内存在损害气囊的所有障碍；船台所有附件上的毛刺、焊瘤、焊渣、水泥石块、膨胀螺栓等均应磨平，船台上不允许有尖锐硬物。

8）、切断稳船缆绳，船舶在气囊滑道上靠下坡力下水；

稳船缆绳处于张紧状态，若有快速脱钩装置，则只需拉下脱钩绳索，即可使稳船缆绳和船体脱离；若无脱钩装置，则需采用火焰切割绳索法，由于缆绳比较高，需要在船台两侧（缆绳附近）各布置一台吊车，切割人员站在吊笼里，把割把调整到火焰切割状态，把手柄加长，使工作人员离缆绳远点，防止缆绳隔断时伤人，缆绳切断后，由于静摩擦力的作用，船体有可能处于停止状态，需要适当的助力工具。

缆绳的有效长度直接决定缆绳的受力先后，基本原则是：38吨重物阻尼缆先受力，缓冲距离5-10米，然后固定缆受力，由于固定缆绳上有缓冲节，且缆绳具有一定的弹性，也能起到一定的缓冲效果，船舶开始转弯后，船艏继续前行，但冲击力量急剧下降，安装在艏部的重物阻尼缆、固定缆、航行锚完全能控制船艏的运动轨迹。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，非用以限定本发明的专利范围，其他运用本发明的专利精神的等效变化，均应俱属本发明的专利范围。

Claims

1.大型船舶利用气囊下水的工艺，包括以下步骤：

前期准备的步骤：

2）、安装稳船装置，并计算稳船装置撤墩时的牵引力；

4）、根据气囊承载力、数量的计算数据来布置足够的气囊；

5）、安装稳船缆绳、安装重物阻尼缆绳、控制缆绳；

6）、对气囊进行充气，然后撤出船底坞墩；

7）、撤墩后清除滑道内存在损害气囊的所有障碍；

后期船舶在气囊滑道上下水的步骤：

8）、切断稳船缆绳，船舶在气囊滑道上靠下坡力下水；

2.根据权利要求1所述的大型船舶利用气囊下水的工艺，其特征在于，所述稳船装置安装在地牛和船体之间。

3.根据权利要求1所述的大型船舶利用气囊下水的工艺，其特征在于，所述稳船装置为稳船卷扬机。

4.根据权利要求1所述的大型船舶利用气囊下水的工艺，其特征在于，所述重物阻尼缆绳设置两根，对应的重物为两块，所述两块重物分别安设在气囊滑道下水口两侧的港池中；所述控制缆绳也设置有两根。

5.根据权利要求4所述的大型船舶利用气囊下水的工艺，其特征在于，所述重物阻尼缆绳一端头连接在重物上，另一端则分别连接在船舶的艏艉两处。

6.根据权利要求1所述的大型船舶利用气囊下水的工艺，其特征在于，所述控制缆绳一端连接在船舶的艉处，另一端则连接在港池周边并在气囊滑道一侧的系缆桩上。

7.根据权利要求1所述的大型船舶利用气囊下水的工艺，其特征在于，所述船舶在气囊滑道上下水后，重物阻尼缆绳先受力，缓冲预定距离后，控制缆绳开始受力，直到停止；当船体开始转弯时，释放艏部航行锚辅助制动。