50T浮球，100吨净浮力以上软式柔性助浮气囊浮筒的探析

jimosea

众所周知，在救捞工程中，救捞工具是至关重要的，它的先进与否，直接影响着救捞工程的成败、进程和巨额费用等问题。从国内外的信息资料表明，100T—100T以上软式浮筒只听说有研究未听说有研究成功的报道。交通部救捞总局原总工程师教授级高级工程师姚根福老师著《海上救助与打捞》一书所涉及的定型产品，仅是5T、10T的小型气囊，本人认为：该产品
不能称为浮筒，尽管什么是气囊，什么是浮简没有什么标准，但我认为称为浮筒，应最小不低于50T浮力的各种型体的硬软式浮筒，以下只能称为小型气囊或姚老称为提升袋之类的产品。本人研究大型软式浮简也请教并获得姚老的支持，在此表示感谢。采用硬式《钢制》浮简打捞沉船，浮筒提供的浮力是通过浮筒各仓内压缩空气排水实现的，硬式浮筒在打捞沉船的整个过程中，周期长、工艺复杂，并且不方便，不用不行，使用很麻烦，平时的维护也是令人头痛的事，各个环节费用都很高。


目前，我们开发设计制造的50T浮球，100T一100T以上软式浮简均可以直接用于海上救助与打捞，以及海洋工程和军事领域，经长期研究、实验和
开发，软式浮简必须解决以下几个主要问题：



一、整体受力结构


以单只120T软工浮简为例：浮筒充气产生浮力，其力作用在缆桩、千斤、最后作用在沉船上，如果是两根千斤，则每根承担60T的浮力，硬式浮简的缆桩，两个受力点能够承受各60T的浮力，浮简不拱、不变型，达到起浮沉船的目的。软式浮简则不然，目前软式浮简材料的选择就较为复杂，广州救捞局高级工程师庄礼本老师提供的较先进的英国的软材料，经我们分析认定为橡塑复合材料，就材料本身来看，只能制作小吨位的软式提升袋。经我们研究，大型软式浮筒《100T-100T以上》要达到平行起浮，必须采用纬向平行整体过渡受力结构，才能平行起浮，浮简不拱、不变型，而不能直接采用两点或几点受力，因为目前我们还没有发现有一种以点来承受浮力超过硬式浮简缆桩和千斤本身承受高吨位浮力能力的软材料。而采用“纬向平行整体过渡受力”则科学合理的从根本上解决了这一难题。我们设计的120T软式浮筒最大承受平行浮力720吨，使用浮力120T,保险系数6倍。这一结构的研制成功是彻底解决阻碍00T—100T以上软式浮简普遍使用的关键。



二、材料的选择



软式浮简的工作环境同硬式浮筒的工作环境基本相同。这就需要选择达到或超过硬式浮简壳体材料钢性强度的软式浮简软材料，经论证：橡胶材料要想达到这一水平必须像轮胎以及胶管工艺一样多层整体硫化，并且还解决不了整体受力。这样一来软式浮简的优势荡然无存。厚度低于2毫米的任何一种橡胶或者合成橡胶材料制品，都达不到硬式浮简的钢性指标。


用PES材料作外胎，1毫米以下54-1型橡胶皮囊作内胎，可以达到硬式浮简的钢性指标，同时解决了受力结构设计。



下面以4.5×9米-120m³软式浮简为例计算



一、用PES作外胎：
(4.5×3.14÷0.075)8+(9÷0.075)8=2460吨



二、表面积


  9000-6750)÷2+6750=7875
M=xdh=3.14×4500×7875=111.2m²
F=πr²=(3.14×2.25²)2=31.8m²
两式相加表面积得：143m²
则：2460÷143=17.2T/m²=1.72kg/cm²
由上得出：



如果采用宽75mm100%PES10吨型号材料，壳体强度能够达到或超过硬式浮筒的壳体材料钢性，该材料伸长率<3%。



三、软式浮筒上浮压缩空气膨胀的设计


大家知道，压缩空气是不稳定的物质，随着浮简的上升，水作用在浮筒表面的压力逐渐减少，反之，浮筒内的压缩空气必然膨胀，硬式浮筒内的压缩空气膨胀时，气体会从浮简的海底门溢出，浮简浮力保持不变，安全的起浮沉船。软体浮简没有海底门，软体浮筒是以两端按装的膜片式排气阀(20米水深不必按装)来排出膨胀气体，同时膜片式排气阀是以设定的标准气压对浮筒内安全工作气压给以保证。使浮筒的浮力保持不变，也同样安全起浮沉船。



四、工艺



目前，国内整体硫化胶囊制品可达500³左右，我们制作的胶囊内胎，经国内著名专家参与设计配方，采用54-1号橡胶为主体，其极性赋予了抗油膨胀能力，具有良好的耐燃性和耐水性，同时具有良好的化学稳定性，能抗耐一般化学药品的侵蚀。制作时，可先将硫化胶布按样板剪裁，接口处刷胶沾剂，贴未硫化胶布或胶条成型后，再经硫化而制得成品外胎经多年反复研究、实践、推敲、工艺合理、工装独创密实性强，坚固耐用，维护简单，膨胀系数<3%,橙色设计美观实用，与箱式吊装混然一体。使用时，在工作船上，很方便的快速组合，放气下沉，冲气上浮，以销子与千斤连接，这是潜水员的唯一技术工作，冲气管工作船一端使用姚根福高级工程师设计的空气分配箱，按装放气阀，挂气压表。操作过程完


全处在合理、简单，最低级职工便可轻松掌握和完成工作，不存在重体力劳动和麻烦事。综上所述，50T浮球，100T—100T以上软式浮简与现有技术相比，具有：结构简单、体积小(不充气时)、重量轻、易制作、成本低、易运输(可空运)、耐腐蚀、易维护、易存放、施工快、操作安全、使用广泛等优点，具有很好的推广使用价值，外胎工艺“纬向平


行整体过渡受力结构”设计独特合理，产品的整体性经过反复的长期的研究精制而成，相信50T浮球，100T-100T以上软式浮简能依靠它的优越性，运用于救捞行业、海洋工程领域、军事领域，必将为进一步推动我国海洋事业的进展作出应有的贡献。