膨脹橡膠在船舶應急中的應用研究

董金鵬 劉金強 賈偉 刁鑫鑫

摘? ?要：針對現有船舶抗沉效率低、結構重量大的難題，通過比較船舶上不同抗沉方法的優缺點，提出一種新型船舶抗沉技術，為今后船舶抗沉技術發展提供參考。

關鍵詞：船舶破損;船用復合板;膨脹橡膠;極地船舶;應急抗沉

中圖分類號： U661? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12296/j.2096-3475.2021.07.026

目前船舶在冰區、眾多暗礁水域或者船舶密集的區域容易發生碰撞，從而造成破艙，影響船舶的浮力，進而造成船舶沉沒、人員傷亡與財務損失等。為了防止船舶因碰撞而沉沒，現有抗沉方案中一般在三個階段（即船舶碰撞前階段、船舶碰撞階段和船舶碰撞后階段）采取不同的措施以防船舶沉沒。

一、船舶碰撞前階段

在該階段，采取的措施是：根據船舶的航行狀態與實際航區的情況實時調整航行策略，從而實現避碰的目的，這種方法適用于能夠提前預見碰撞，且在該航區能根據不同船舶的主尺度及時調整船舶的航行姿態的情況。但是該鐘方法對于狹窄水域、船舶回轉半徑過大或突發預見碰撞時存在避碰不及時的問題。

除了采用避碰航行策略外，一般在存在大量冰塊等碰撞物的極地航區和易發生觸礁的常規航區通常采用加強船舶外殼的結構強度（如增加船用外板的厚度、提升船用外板的鋼級等），但是這種方法會造成船舶的整體重量增加、整體結構強度的冗余過大、同時也會造成鋼材的浪費，并增加船舶的營運和維護成本。

二、船舶碰撞階段

在該階段，船舶通常已經不能采取避碰措施或者說即使船舶采取避碰措施也不能防止船舶碰撞，因此只能任由船舶發生碰撞而無可奈何。

三、船舶碰撞后階段

在本階段中，船舶因為發生了碰撞，為了避免船舶沉沒或者降低船舶的沉沒速度，一般采取以下方案：（1）通過實時調整壓載艙中的壓載水量調整船舶的浮態變化，但是該方法存在調整速度慢的問題，且其要求其他調整壓載水的設備必須正常工作。（2）通過在船舶破損區域安裝封堵裝置（例如，強磁封堵毯和磁性封堵墊等），而破損區域一般位于水下，但是這些裝置安裝時對安裝環境有嚴格的要求，其需要船舶破損區域的外板為鋼鐵等易被磁性體吸附的材料;此外，其對施工人員具有較高的要求，如能在惡劣環境中的水下破損區域進行作業等，這對于航行于極地區域中的船舶而言無疑是十分困難。因此該方案雖然能夠起到一定抗沉效果，但是對船員及施工條件具有較高的要求，不能適用于所有的航線中的大部分船舶。

為了徹底解決這一難題，本文介紹了一種新型船舶抗沉技術，即在船舶的易碰撞區域內安裝船用復合板。

具體的，該船用復合板包括：第一板體、第二板體和多個膨脹橡膠件，其中多個膨脹橡膠件間隔夾設在第一板體和第二板體之間。該船用復合板為含膨脹橡膠的復合板，其結構簡單、重量輕，且能在使用時起到緩沖、密封、隔音和隔熱的作用。在具體使用時，多個膨脹橡膠件的相對兩側分別與第一板體和第二板體緊密貼合，因此，在第一板體和/或第二板體破損后，膨脹橡膠件能在兩兩相鄰的膨脹橡膠件之間形成的間隙內膨脹，從而形成密封層（也即，第一板體和第二板體之間的間隙被膨脹后的多個膨脹橡膠件填滿并形成密封效果），進而避免流體從破損處繼續流入;同時，該些膨脹橡膠件具有彈性，能夠緩沖碰撞載荷，從而避免含膨脹橡膠的復合板的進一步損壞。初始狀態下，多個膨脹橡膠件與第一板體和第二板體相對的兩個側面不與第一板體和第二板體直接接觸，只有在該些膨脹橡膠件膨脹后該兩個側面才能緊密貼合在第一板體和第二板體上，從而避免因該些膨脹橡膠件的膨脹導致復合板分離為多個板體;同時，該些膨脹橡膠件膨脹后兩兩相鄰的膨脹橡膠件之間仍然具有間隙，該些間隙能夠額外提供浮力、并起到隔熱、隔音的效果。作為該技術的優選方案，膨脹橡膠件上開設有至少一個通孔，且膨脹橡膠件為遇水膨脹橡膠條，第一板體和第二板體均為鋼板。第一板體和/或第二板體經過特殊工藝處理，其處理后能夠滿足PSPC標準。本技術方案中開設通孔的目的是為了增加該些膨脹橡膠件與液體水的接觸面積，從而提高該些膨脹橡膠件的膨脹效率。在一些更好的方案中，含膨脹橡膠的復合板還包括多個穿設經過通孔的固定部，該固定部包括固定柱和配合柱。具體的，固定柱固定在第一板體上，固定柱穿設通過通孔，且固定柱具有容納腔;配合柱固定在第二板體上，且能插入容納腔內。為了保證該些膨脹橡膠件能夠快速膨脹且不會造成固定部的損壞，固定部中的配合部插入容納腔中的長度能夠隨著該些膨脹橡膠件的膨脹而自動調整。在一些優選技術方案中，為了防止第一板體、多個膨脹橡膠件和第二板體分離，容納腔的內壁上還設置有內螺紋，相應的在配合部上設置有配合該內螺紋的外螺紋。當然，第一板體、多個膨脹橡膠件和第二板體也可以采用硫化的方式或者過盈配合的方式連接為一體，在此不對其進行贅述。

本文介紹的新型船舶抗沉技術，在船舶建造初期就已經考慮了其使命壽命期間內發生碰撞的可能，從而在船舶碰撞前階段（即預見碰撞后）能迅速相應，通過向第一板體和第二板體之間注射液體水，從而促使膨脹橡膠迅速膨脹，進而在第一板體和第二板體之間形成緩沖層，最終在不可避免避免碰撞的前提下（即處在船舶碰撞階段時）降低碰撞載荷，保護船體結構;在處在船舶碰撞后的階段，較好的結果是海水不能進入船舶的內部，從而實現抗沉的目的;即使船舶因膨脹不能繼續航行，膨脹后的膨脹橡膠也能在原來船舶浮力基礎上產生額外的浮力，從而減緩船舶的沉沒速度。此外，該種技術在船舶碰撞后無需人工安裝鋪設抗沉裝置，從而能夠為船上人員處理其他應急事項節約時間，同時也避免了船員在極端惡劣環境中施工的問題，進而保護了船員的身體健康與船舶的財產安全。

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（中國船舶工業綜合技術經濟研究院? 北京? 100081）