船用气囊下水船舶的尺度限界

jimosea

　日前，自重6100吨，载重达21,500吨的船舶已经安然下水。人们不禁要问：还能下水更大的船舶吗？依照目前气囊的承载能力，气囊下水船舶的尺度限界在哪里？
　　　从理论上说，只要气囊的承载能力许可，气囊下水船舶的尺度就不受限制。也就是说，气囊上下水船舶的尺度受制于气囊的承载能力。从气囊上下水工艺发展的过程来看也是如此。例如到80年代末，气囊下水船舶的重量不超过500吨，当时直径1.0米气囊的工作压力平均仅为0.04MPa。到了90年代初，济南昌林气囊容器厂生产的第一代高强度气囊，直径0.6米气囊的爆破压力达到1.11MPa，换算到1.0米直径气囊的相应工作压力为0.148MPa，实船下水重量达到3500多吨。
　　　船舶的重量正比于尺度的3次方，而船舶的平面尺度（底面积）正比于尺度的2次方，因此当船舶尺度按比例增长时，船舶底面积上的平均压力按尺度比的
1.5次方增长。根据这一原理，我们可以根据已有船舶下水重量作一条曲线来预测气囊工作压力与下水重量的关系（图7）。
根据图7的预测，济南昌林气囊容器厂新近研制成功的高承载力6层揉压气囊，其工作压力（静载时）保证值为0.22MPa，则下水重量至少可达6447吨。倘若将气囊增强层增加到9层，则工作压力保证值可达0.33MPa，下水重量至少可达11843吨。如果下水重量6100吨的船长165米，则下水重量11843吨的船长可达206米。当然这只是按照数学模型做的推断，建立在过去成功实践的基础上，并不能说明下水重量的极限。而且，仅从工作压力一项指标来推断也不全面，气囊的实际承载能力尚与采用气囊的直径、工作高度和在船底下的布置有关。下面作进一步的讨论。

  气囊工作压力与下水重量的关系
　　　
　　　图7的数学模型只适用于特定的船型。不同的船型，其尺度比也不相同，不能一概而论。下水重量除了与船型相关外，在船台上完成的预舾装工程量也是一个决定因素，所以具有不确定性。表1列出了近年建造完工，载重吨在2万至5万之间的各种船型的主尺度。根据这些船的主尺度，按照最大间距来布置气囊，算出气囊可能布置的最小数量（这是偏于安全的保守估计，实际布置数量可大于这个数量）。然后根据气囊的承载能力算出可能达到的下水重量。举表1中第一艘船演算如下：
　　　这是一艘名为Cimbria号的集装箱船，可装载2824个标准箱，航速24节，其载重吨为39418吨。两柱间长210米，船宽30米。假如两柱间长中可用来布置气囊的长度为80%LPP，按最大间距6米来布置，则可以布置29只气囊：
80%LPP/6+1＝210×0.8/6＋1＝29只
如果我们采用济南昌林气囊容器厂生产的6层高承载力揉压气囊，气囊直径为1.5米，则每米长度的气囊在工作高度0.5米时可安全承载20.83吨重量（工作高度取0.5米是偏于安全的，船舶下水时，气囊的工作高度一般在0.3～0.5米之间，工作高度越低，其承载能力越大），假设气囊在船宽方向的接触长度相当于船宽的90%，则可算出其总的承载重量：
90%B×气囊只数×20.83t/m＝0.9×30×29×20.83＝16309.89吨
即是说，这样的船舶尺度，采用现有的高品质气囊，其下水重量可达到16000多吨，其它船的下水重量也按这个方法计算得出，并列于表中。这个重量可视为现有气囊按照船舶尺度计算得到的下水重量极限。在表1中有一艘5万载重吨的散货船，倘若它在下水时的重量不超过15000吨，按照现有气囊的承载能力还是可以安全下水的。表1的统计表明，目前市场上需求的2万至5万载重吨的船舶，只要其下水时的重量不超过表列值，采用济南昌林气囊容器厂生产的高承载力多层揉压气囊是能安全下水的。但如果你使用的气囊达不到上述每米承载力20.83吨的能力（指0.5米工作高度下的保证值），切勿盲目试验。