CN1528639A - 舰船破损防沉新技术 - Google Patents

Abstract

本发明“舰船破损防沉新技术”属于舰船安全防护技术领域。舰船航行时因发生事故或战斗而导致壳体破损漏水的事往往是难免的。当破损漏水严重时，按照现有技术进行堵漏排水隔离扶正往往难以阻挡舰船的翻倾沉没。本发明在舰船有可能漏水的舱室及通道里预先安装有许多可以折叠存放并通过管道和阀门与联网使用的空气压缩机系统相连通的气囊，在舰船严重漏水无法用常规技术解决问题时，只要在关闭水密门对漏水舱室进行隔离的同时，开通空气压缩系统集中向漏水舱室的气囊群供气，使该舱室里原本折叠存放的气囊群充气膨胀，迅速抢占漏水舱室的空间，就可以把漏进来的水排挤出去，保持漏水舱室的浮力和维持舰船的平衡，从而使舰船的安全得到保障。

Description

舰船破损防沉新技术

(一)技术领域：本发明属于舰船安全防护技术领域。

(二)背景技术：舰船在海洋或江河湖泊中航行，有可能发生触礁、触雷甚至互相碰撞之类的事故，壳体破损漏水往往是难免的。在发生战斗时，因舰船壳体被炸而造成破损漏水更是司空见惯的事。按照早已成熟并被规范化的现有技术，破损小时可以通过堵漏排水来解决问题，而当破损严重无法用堵漏排水的办法解决问题时，就只好用水密门把漏水的舱室密封，使漏水被局限在个别无法堵漏的舱室里。由于舰船的重心都不是很低，一旦有若干个舱室因为破损漏水而失去浮力，即使漏水被局限在一定范围，也还会打破整个舰船重力和浮力的平衡，造成舰船重心的偏移并产生回转力矩。如果不能及时调整浮力和配重，使重心回到正常部位，即使舰船的剩余浮力还远比舰船的总重量大，也往往会导致舰船的快速翻倾和沉没。现有技术在用水密门对破损漏水舱进行隔离的同时，是通过将重心另一边与破损舱室相对方向的舱室灌水以减小该方位浮力的办法或向相对方向移动重物的办法以及排除破损舱室附近载荷的办法来调整重心和恢复平衡的。(参看《海军大词典》第909页、910页，《中国海军百科全书》第1011页、1012页。)前者以进一步牺牲有效浮力为代价，即使能够奏效也往往使舰船处于比较危险的境地。后二者要在短时间内将大小差不多相当于漏水舱空间浮力之半的重物移动到另一边的相应部位或将几乎相当于漏水舱浮力的重物排除抛弃，实施起来也并非易事和良策。正因为如此，即使在造船技术高度发达的今天，因破损漏水而导致舰船翻倾沉没的事例仍时有发生，遇到战争就更是在所难免。

(三)发明内容：本人提出的“舰船破损防沉新技术”不同于上述现有技术。在一些舱室严重漏水无法用堵漏排水的办法来解决问题时，虽然通常也需要用水密门进行隔离，但却既不需要以牺牲有效浮力为代价向对角方位的舱室灌水，也不需要费力费时地向对角方向移动重物，还不必为维持平衡而把大量有用的物资抛弃，用全新的思路和方法，通过一套预先安装的设备设施系统，只需简单操作，就可以轻而易举地把漏进来的水排出，维持舰船的浮力和平衡，因而能够有效地保障舰船的航行安全，使按照常规技术即使采用水密门进行隔离和采用纠偏措施进行平衡恢复也往往难免翻倾沉没的舰船能够安然无恙。这不仅在和平环境下为舰船航行的安全提供了保障，而且在战争环境下对参战的舰船更是非常有用的受损防沉措施。除了像常规技术那样使用水密门对漏水的舱室进行隔离(以及相应的支撑加固)之外，本发明在舰船有可能漏进水的舱室和通道的顶部、侧壁以及地板上，预先安装有可以折叠收放并通过管道和阀门(包括可控阀门和单向阀)与空气压缩设备及高压气瓶相连通的许多气囊(即“气囊群”)。这些气囊平时收叠起来体积很小，但在充气膨胀后却能够充分占据舱室和通道的空间，并能够承受足够大的压力。有了这一套气囊及压缩空气充气系统之后，一旦发生舰船严重破损漏水无法通过常规堵漏排水的方法加以解决时，只要利用水密门将严重漏水的舱室加以隔离，并配以必要的支撑加固措施，以防止漏水扩散，同时开动联成网络的空气压缩机系统集中向漏水舱室的气囊群充气，使漏水舱室的空间很快被气囊群所占据，即使漏水的速度有可能比充气的速度快，只要充气的压力足够大，就能够随着气囊的膨胀而把已经漏进来的水逐渐排出。这样，除了漏水舱室中一些固态物体(例如货物器具等)所占的空间及一些小空隙之外，大部分能够被进水占据从而导致浮力损失的空间就基本能够被气囊群所抢占，原本按照现有技术被放弃而将失去的浮力，就能够基本保持而不会失去，因而舰船原有的重心就不会发生明显的偏离。在这样的情况下，就不用再像现有技术那样通过将重心另一边与破损舱室相对方向的舱室灌水以减小该方位浮力或向相对方向移动重物以及排除破损舱室附近载荷的办法来调整重心和恢复平衡。整个操作过程只需要关闭水密门进行隔离并开启空气压缩机和高压气瓶以及相关的阀门向已经破损进水舱室里的气囊群充气就可以了，既快速又简单。而且，由于操作简单，还有可能利用传感器和自动控制技术实现自动控制。相比之下，现有技术即使可以对“关闭水密门”进行自动控制，也无法对移动和排除重物的操作进行自动控制。因为“重物”往往是变化的而不是单一品种形态可以被规范处理的。

可以预先按照不同规格(不同形状、大小以及材质)对气囊进行设计和批量加工，在安装使用时只需根据舱室的具体情况加以组合搭配就可以了。

在不能堵住漏洞而漏水不断的情况下，本发明利用气囊充气来排水的方法比传统技术直接用抽水机排水具有明显的优势。不论气囊充气的速度有多慢，只要不断地向气囊中充气，就能够不断地将漏入的水排出舰船之外，不断扩大地夺回被漏水侵入的空间，恢复失去的浮力，使舰船的总体平衡得以维持。即使充气过程有所中断，已经夺回的空间和浮力也不会再次失去。而若直接用抽水机排水，则只有在抽水速度大于漏水速度并且一刻也不能间断地进行抽水的情况下才是有效的，稍一停息就有可能前功尽失。而且，用气囊充气来排水，空气压缩机所需要工作的时间和消耗的能量是有限的，一旦气囊充满足够压力的空气，压缩机就可以停止工作了。而在漏水不断的情况下直接用抽水机排水就将不停地工作不断地消耗能量。这种区别在舰船远离港口或维修基地而不得不长时间带伤航行的情况下所收到的效果和造成的影响是相差很大的。

对于吃水浅没有水密门和隔离设施的小型船只，只要在位于水线下以及靠近水线的甲板下的舱室里面安装有足够的气囊群并配备有为气囊群供气的空气压缩机系统(还要对相应的甲板进行加固，或通过能够分散受力的结构例如硬板将一部分气囊压缚于舱底坚固处以减小甲板所受的上托力)，在遇到严重破损而使用常规的堵漏排水方法难以奏效无法避免险情时，也可以通过开动空气压缩机向气囊群充气的办法保持浮力排除进水以使船只的安全得到保障。最好在为气囊群充气的同时还用抽水机抽水，直到气囊群能够发挥作用的时候为止。此时的船只就好像架设在了气筏上。由于小型船只吃水浅受到水的压强小，对气囊材料强度的要求也不高。可以采用简单的结构。小型船只的气囊群也可以安装在船体之外(或将一部分气囊安装在船体外)。在这种情况下，由于没有甲板来分散承受气囊群产生的向上托力，就必须在船舱外增设能够分散承受气囊群产生的浮力使之变为向上托船之力的硬的或软的装置，以避免气囊的局部表面受力过大而发生破损，同时还要注意尽量避免增加航行阻力。

(四)具体实施方式：

在实施本发明时，需要根据各个舱室的具体情况对气囊群的大小、形状进行具体的设计和配置，并可采用压缩空气瓶和空气压缩机同时向气囊群供气的办法来加快充气的速度。压缩空气瓶占据的空间较多，所能提供的压缩空气有限，但它的优点是在压缩机开始启动尚不能提供较大的充气气压时就能够立即以高气压向气囊充气，为“抢占空间”提供一个较大的初速度，赢得一定的时间。空气压缩机的优点是可以持续地不受限量地向气囊群供气。每台空气压缩机还要配备有足够大的贮气缸，并使其常备不懈地保持尽可能多的贮备气体，以便随时提供使用。

根据舰船的具体情况，可设计选择多台适当型号的空气压缩机配置在不同部位并且联网使用。空气压缩机应尽可能配置在较高层的甲板上，并加以防水保护。其进气口可以通过管道保持在尽可能高的位置，以便在最危险的情况下仍能向漏水舱室的气囊群中充气而不致是充水。单台空气压缩机的充气速度往往会比漏进水的速度小。虽然只要坚持向气囊群充气仍能把已经漏进来的水逐渐排挤出去，但若严重漏水的舱室较多，就有可能在尚未将水排挤出去之前舰船已经发生倾覆。因此，不仅空气压缩机的数量要足够多供气速度要足够大，而且要联成网络，一旦需要就能够同时集中向漏水舱室的气囊群供气，以便提高气囊群充气的速度，从而确保在漏进来的水尚未能够威胁到舰船的安全之前就已经基本被气囊群排挤出去了。

由于舰船的吃水深度有限(绝大多数不超过10米)，从破洞中漏进来的水的压强并不是很大(一般不会超过2个大气压)。但如果使用器材从里向外直接堵漏，由于受水压的面积较大，器材的迎水面所受到的水压力是很大的。常规堵漏之难往往就难在这里。如果在没能堵住漏洞的情况下利用抽水机排水，则往往会因排水的速度没有漏入的速度大而难起作用。本发明以气囊充气的办法来抢占空间和排挤漏进来的水，按1个大气压相当于10米深的水压来计算，通常空气压缩机只要能够提供2～3个大气压的压缩空气就可以了。对空气压缩机的要求主要在于压气速度，而其极限压强则不需太大。为了不使气囊内气压过大导致气囊破损，采用常规的压强控制技术对充入气囊的气体压强加以控制，以使其不至于过大。在漏水舱室里，由于气囊与漏水之间相互是面接触，漏水产生的巨大压力通过气囊作用于空气压缩机系统时转化成了并不大的压强，因此要想超过漏水的压强和作用力而把漏水排除出去并不是一件难事。同时，由于气囊内外的压强差并不大，亦即气囊所承受的压强并不算大，因此对气囊材料强度的要求并不是很高。这正如“轻功”表演时人们看到的表演者通过一块木版而站在一个小气球上气球却不会被压破那样，似乎不可思议实际却有科学道理。不过，要注意避免比较尖锐物体对气囊表面的局部刺压，为此就要根据舱室内存放物体的空间形状及位置布局对“气囊群”的结构妥善加以设计，并在有可能局部受压的部位加以保护，就像“轻功”表演时需在小气球上先加一块木版然后再站人那样。在这里，“气囊群”并不是指单一的一个气囊，而是根据需要由数量不等的若干个大小不一定相等形状不一定相同的气囊共同组成的。大气囊形状简单节省材料，可用来占据较空旷的大空间。而较小的气囊则有利于占据形状复杂的空间和边角空间。配置气囊群时，既可以有固定在舱顶上充气后用来自上而下占据固定空间的，也需要有配置在侧壁并通过适当长度的软管连接而能机动灵活地占据形状多变之边角空间的。由于气囊是漂浮在水里的，而且气囊较大时产生的浮力还是很大的，为了防止管道连接的断裂，充气软管的长度应当根据侧壁上进气口与舱顶的距离以及与设计需要该气囊占据的空间距离来选取，宁可长些也不能稍微短些，而且最好使用可伸缩的弹性软管。除了固定在舱室和通道顶部以及用软管系联于侧壁的气囊之外，在有可能漏水的舱室及通道的地板的适当部位，也安有用较长的软管连接充气的气囊(气球)。这些气球外面也可以使用限制体积的布罩，以免过分充气而破损。

为了提高充气速度和加大保险系数，每个气囊的进气管道及相应的进气阀门都可以不止一个，采用并联的方法分别与不同的压缩机相连。但用于放气以便气囊收叠存放的放气管道和阀门则每个气囊只有一个就够了。在每个硬性固定进气管上最接近气囊(或连接气囊的软管)的是简单的、类似于车胎打气所用气门那样的单向阀。单向阀可以避免已经进入气囊的空气倒流回因损坏(例如被炸)而漏气的管道，也可以在气囊意外漏气进水的情况下避免漏水进入充气管道。除了单向阀之外，可控阀(人工控制或自动控制)及其控制机构的安装部位应以方便操作安全可靠为原则。例如，放气阀的控制机构应当安在舱室之外的通道里或安在较高层的适当部位，而不能安在有可能漏水的舱室里。因为一旦舱室里的气囊充满压缩空气，其体积膨胀将几乎占满舱室空间。如果放气阀控制机构安在舱室里，在进行维修时工作人员要想进到舱室里去打开放气阀将是非常困难的。进气阀的控制机构通常也不宜安装在气囊所在的舱室里。因为一旦严重漏水操作人员往往来不及在里面进行控制，甚至严重漏水时舱室里可能没有操作人员在场。最好采用集中控制和分散控制相结合的办法控制进气阀门。

气囊可以使用像医用氧气袋那样的比较结实而又不漏气的复合材料制成，也可以像常规气象气球或汽车轮的内胎以及橡皮筏那样使用单一的橡胶或塑料材料制成。在用橡胶或塑料制成的气囊外面还可以套有一层用尼龙布或其它坚韧而又较薄布料制成的气囊罩。气囊罩不仅能够对气囊起到保护作用，而且对于用具有伸缩性橡胶材料制成的气囊还有约束体积使其不致过大的作用，还能在气囊尚未完全浸没于水中时增强气囊的抗压能力。充气过程可以自上而下进行。由于安装在底部最后充气的气球从一开始就完全浸没在水里，球皮各处的内外压强都相等，因此，虽然它们所处的部位最低水压最大，对球皮材料强度的要求却不高。气囊的安装存放部位应离有可能破损的舰船外壳稍远一些。靠近外壳附近应当使用多个较小的气囊而不使用大气囊，以便防止气囊被壳体破损处硬性突出物所伤害。

气囊不仅安装在有可能漏水的舱室里，而且也安装在舰船有可能漏水的下层通道里。采用本发明后，一旦漏水，所有在常规情况下有可能被漏水充斥的空间都会被气囊快速夺占。在这样的情况下，舰船的浮力和平衡就不会发生明显的变化。

靠近舰船壳体附近的地方可以自上而下安装一道由竖直条状气囊和涂有防漏水防漏气胶层的帆布组成的水平截面呈“П”形的“充气幕”。“充气幕”顶(根)部密封，平时卷成卷装在舱室靠外侧的顶上。一旦舰船外壳破损漏水，“充气幕”的竖直条形气囊与其它顶部气囊一同充气，很快在漏水口附近形成一个软屏幕。随着舱室里气囊不断充气膨胀体积，就会把“充气幕”顶向外壁，虽然难以用它堵住漏口，但却可以用它保护气囊，以免气囊被破口处的突出物顶破。而且，一旦舱室里的气囊发生破损产生漏气，漏出气囊的气体也会被“充气幕”阻挡在内不易逸出，形成一个半开放的能够排水并产生浮力的囊外“气泡”。

空气压缩机通常用电动机提供动力，同时还配有内燃机作为备份。二者通过离合器进行转换。这样做可以增大保险系数，万一断电也不致影响向漏水舱室的气囊供气。进气阀门也采用电动和人工开启两种方法相结合的办法进行控制。如前所述，每个空气压缩机都配备有足够大的压缩空气贮气缸，以便在需要时能够立即向气囊中供气。

进气管道和阀门的通导能力要足够大，以便能够快速向气囊充气。所有管道在经过舱壁时都要采用强度足够的密封结构，以免从管道处漏水。在这里，所谓“强度足够”不仅指在平时有一定的强度，而且应当在舱室漏水、舱壁受到相当大的单向水压力之后仍然能够密封良好才行。

除了各舱室的进气管道上安装有可以受控开启或关闭的阀门之外，形成网络的供气系统还安装有调控阀，以便在多处漏水时可以控制系统优先向那些最容易导致舰船倾斜的漏水舱室(离重心较远能产生较大力矩的舱室)供气。

在实际使用时，可能会出现由于某种原因而使个别气囊漏气甚至进水的情况。其结果会使空气压缩机不停地工作不断地消耗能量。为此，可通过定时供气的办法来加以解决。由于每个气囊都有只能进气不能倒气的单向阀，在不漏气的气囊充满气之后停止供气并不会因为有漏气的气囊存在而产生其它不良后果。为防因个别气囊漏气形成缺陷，在设计安装气囊群时应当使气囊群充气后的总体积适当超过所在舱室的体积。

由于本发明是利用气囊群充气占据漏水舱室空间的办法来排除漏进来的水并保持舰船浮力的，并没有直接对漏洞进行封堵，因此在漏进水的舱室里气囊群的夹缝中仍然存在一些漏进来的水。这些水虽然不多却是与舰船外的海洋或江河湖泊之水相连通的，与同样深度的外界水具有同样的压强。正是这种压强对气囊群产生的浮力，代替了没有漏水之前该舱室空间本应产生的浮力。气囊群产生的浮力与该舱室原本产生的浮力虽然大小可以相近，但却有着本质的不同。舱室原本产生的浮力是囊括于总浮力之中并通过舰船的外壳起作用的，而气囊群产生的浮力则是独立存在的，并且直接作用于所在漏水舱室的顶板将其向上托起。其大小能够相当接近于该舱室及其以上空间产生的浮力，通常是很大的。现有传统技术在未能堵住漏洞而用水密门隔离漏水的情况下，这种作用到漏水舱室顶板的向上托力也是存在的，只不过不是通过气囊而是由漏进来的水直接作用到顶板上的，是处于舱顶深度的水的压强与舱顶面积的乘积，等于舱顶之上相应体积排水产生的浮力。由于舱顶与舱底之间有一定的高度和距离，这种距离造成了水在不同深度的压强差。因而在本发明的情况下，由气囊群的浮力作用到舱顶板所产生的向上托力，等于舱顶之上相应体积排水产生的浮力与气囊群产生的浮力之和，总数值要比单由舱顶部位的水压产生的向上托力大不少。因此，在采用本发明时必须对舱室顶板的强度及其与周边相邻舱室的连接和密封进行加固和强化，其要求要比常规技术在发生漏水时为防止漏水蔓延而采取的对顶板的加固措施要高。在舱室顶板与侧壁之间以及侧壁与侧壁之间的接缝处，如果有可能因为受到巨大压力而产生变形裂缝和导致漏水，可考虑在现有硬密封的基础上再增加一层能够适当变形的软密封。为了避免舱室顶板受到的上托力过大，也可以通过使用能够分散受力的、平时被折叠收置于侧壁或底版上并通过钢索系连在底版坚固处的硬板，将侧壁和底部的气囊压缚在拴系于底版坚固处的硬板之下，使这些气囊产生的浮力不是作用到顶板上而是作用到承受着水压的底版上。

气囊的设计安装应当尽可能注意使舱室和通道保持通畅和美化。

Claims (8)

1.一种在舰船壳体破损漏水时进行排水和防沉的安全防护技术措施，其特征是在舰船有可能漏进水的舱室和通道的顶部、侧壁以及地板上，预先安装有可以折叠收放并通过管道和阀门(包括可控阀门和单向阀)与空气压缩设备及高压气瓶相连通的许多气囊(即“气囊群”)，并通过用空气压缩设备及高压气瓶向漏水舱室的气囊群充气，使气囊群体积膨胀占据漏水舱室空间，从而将漏进来的水排挤出去的方法，来达到排除漏水维持浮力使舰船的平衡和安全得到保障的目的。

2.一种由权利要求1所述的舰船壳体破损漏水时进行排水和防沉的安全防护技术措施，其特征是在可能漏进水的舱室及通道预先安装的可以折叠收放并通过管道和阀门与空气压缩设备及高压气瓶相连通的“气囊群”，是由像医用氧气袋那样的比较结实而又不漏气的复合材料制成的，或像常规气象气球、汽车轮内胎以及橡皮筏那样使用单一的橡胶或塑料材料制成，既有直接配置在舱顶自上而下占据舱室和通道空间的，也有配置在舱室及通道的侧壁及地板上并通过适当长度的软管连接而能机动灵活地占据其它空间的，而且这些气囊外面可以使用能限制其体积并增强其耐压的布罩。

3.一种由权利要求1所述的舰船壳体破损漏水时进行排水和防沉的安全防护技术措施，其特征是设计安装有多台压气速度较快、配置在不同部位并且联网使用的空气压缩机为气囊群供气，而且每台空气压缩机还配备有足够大的贮气缸，并采用压强控制技术对充入气囊群的气体压强加以控制。

4.一种由权利要求1所述的舰船壳体破损漏水时进行排水和防沉的安全防护技术措施，其特征是空气压缩机通常用电动机提供动力，同时还配有内燃初作为备份动力，而且气囊群的可控进气阀门也采用电动和人工开启两种方法相结合的办法进行控制。

5.一种由权利要求1所述的舰船壳体破损漏水时进行排水和防沉的安全防护技术措施，其特征是每个气囊的进气管道及相应的进气阀门都可以不止一个，采用并联的方法分别与不同的压缩机相连，而用于放气以便气囊收叠存放的放气管道和阀门则每个气囊只有一个。

6.一种由权利要求1所述的靓船壳体破损漏水时进行排水和防沉的安全防护技术措施，其特征是在靠近舰船壳体附近的地方自上而下安装有一道由竖直条状气囊和涂有防漏水防漏气胶层的帆布组成的、水平截面呈“Π”形、能够排水并形成囊外气泡的、半开放的“充气幕”。

7.一种由权利要求1所述的舰船壳体破损漏水时进行排水和防沉的安全防护技术措施，其特征是除了各舱室的进气管道上安装有可以受控开启或关闭的阀门之外，形成网络的供气系统还安装有调控阀，以便在多处漏水时可以控制系统优先向那些最容易导致舰船倾斜的漏水舱室(离重心较远能产生较大力矩的舱室)供气。

8.一种由权利要求1所述的舰船壳体破损漏水时进行排水和防沉的安全防护技术措施，其特征是对于吃水浅没有水密门隔离舱的小型船只，气囊群既可以设置在靠近水线的甲板之下的舱室里，也可以设置在船体外或部分设置在船体外。