救助船直升機(jī)平臺(tái)安全網(wǎng)缺陷分析與改造

蔣輝翔

（南海救助局，廣州 510300）

0 引言

隨著航運(yùn)事業(yè)的快速發(fā)展，中國(guó)正從航運(yùn)大國(guó)逐步發(fā)展成為航運(yùn)強(qiáng)國(guó)。南海救助局作為國(guó)家專業(yè)救助機(jī)構(gòu)，對(duì)履行有關(guān)國(guó)際公約和承擔(dān)海上救助搶險(xiǎn)任務(wù)肩負(fù)起重大責(zé)任。為快速有效執(zhí)行緊急救助任務(wù)，救助船舶和救助直升機(jī)聯(lián)合出動(dòng)已經(jīng)成為常態(tài)。必要時(shí)，直升機(jī)需要降落到船舶進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)和補(bǔ)給，船舶直升機(jī)平臺(tái)安全網(wǎng)的性能直接影響到救助效率。“南海救101”輪直升機(jī)平臺(tái)安全網(wǎng)使用已接近15年，液壓系統(tǒng)老化故障頻繁。若進(jìn)行徹底修復(fù)，不僅工程量大，還會(huì)消耗大量費(fèi)用。為消除缺陷和隱患，有必要對(duì)安全網(wǎng)進(jìn)行改造。改造方案采用新型材料，簡(jiǎn)化操作模式，在保證強(qiáng)度和功能的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)直升機(jī)平臺(tái)安全網(wǎng)的快速收放，為船機(jī)聯(lián)合救助提供保障。

1 直升機(jī)平臺(tái)安全網(wǎng)結(jié)構(gòu)及控制原理

“南海救101”輪建造于2007年，是我國(guó)目前功率最大的救助船之一，主要用于海上遇難船舶的人命救生和以海上人命救生為目的的船舶救助及拖帶、消防滅火等救助作業(yè)。“南海救 101”輪需要具備如下能力：1）二級(jí)對(duì)外消防滅火作業(yè)能力；2）對(duì)遇險(xiǎn)船舶進(jìn)行封艙、堵漏、排水、空氣潛水等救助作業(yè)能力；3）夜間搜尋救助能力。“南海救101”輪能搭載獲救人員200人，設(shè)有直升機(jī)升降平臺(tái)，可配合救助直升機(jī)進(jìn)行海上救生作業(yè)，實(shí)現(xiàn)船機(jī)聯(lián)合救助功能。“南海救101”輪的主尺度見(jiàn)表1。

表1 “南海救101”輪的主尺度

直升飛機(jī)起降平臺(tái)設(shè)置在救生甲板前部，邊緣高出甲板100 mm，可防止人員、直升機(jī)和設(shè)備滑出甲板外面。直升飛機(jī)起降平臺(tái)由桁架及支柱支撐，以保證足夠的強(qiáng)度和剛度來(lái)抵卸直升飛機(jī)降落和艏部上浪對(duì)平臺(tái)的沖擊[1]。直升飛機(jī)起降平臺(tái)長(zhǎng)20.6 m，寬15.65 m ，目標(biāo)圈直徑6.75 m。

直升機(jī)平臺(tái)周邊設(shè)置液壓收放式安全網(wǎng)，可通過(guò)液壓油缸實(shí)現(xiàn)豎起或放倒。當(dāng)飛機(jī)起降時(shí)放倒，作為安全網(wǎng)，航行時(shí)豎起，作為直升機(jī)平臺(tái)安全欄桿，直升機(jī)平臺(tái)安全網(wǎng)布置圖見(jiàn)圖1。

圖1 直升機(jī)平臺(tái)安全網(wǎng)布置圖

直升機(jī)平臺(tái)安全網(wǎng)采用液壓收放方式，控制原理見(jiàn)圖 2。正常航行時(shí)，欄桿處于收起狀態(tài)以保護(hù)甲板作業(yè)人員的安全；當(dāng)有直升機(jī)需要降落時(shí)，啟動(dòng)動(dòng)力站油泵，操作二位三通閥，壓力油進(jìn)入 17個(gè)液壓油缸下部，柱塞伸出，將欄桿放平，形成安全網(wǎng)，反向操作二位三通閥即可收起安全網(wǎng)，形成平臺(tái)防護(hù)欄桿。液壓收放式平臺(tái)安全網(wǎng)以其釋放快速、節(jié)省人力、可遠(yuǎn)距離操作等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于救助船、海工船和公務(wù)船。

圖2 液壓控制系統(tǒng)控制原理圖

2 現(xiàn)有設(shè)計(jì)缺陷和風(fēng)險(xiǎn)分析

“南海救101”輪建造于2007年，服役時(shí)間接近15年，液壓元件逐漸腐蝕老化，系統(tǒng)可靠性能逐步下降，訓(xùn)練時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)操縱閥卡阻、動(dòng)力油缸漏油、液壓接頭爆裂等故障，需要大量的時(shí)間和人力檢修，無(wú)法保障快速收放。一旦直升機(jī)需要緊急降落，將嚴(yán)重影響救助安全。

液壓收放式安全網(wǎng)主要有以下3方面缺陷：

1）液壓系統(tǒng)由動(dòng)力站、液壓管管路閥門(mén)、動(dòng)力油缸和操縱閥組成，每個(gè)動(dòng)力油缸控制一個(gè)欄桿的收放，17個(gè)欄桿構(gòu)成安全網(wǎng)。工作原理雖然簡(jiǎn)單，但液壓管路長(zhǎng)，伸縮油缸、平衡閥安全閥溢流閥等液壓元件較多，任何一個(gè)部件故障都會(huì)影響正常收放操作。

2）直升機(jī)安全網(wǎng)及操控系統(tǒng)布置在船頭露天甲板，缺乏有效保護(hù)，工作環(huán)境惡劣。考慮到材質(zhì)為鋼材，抗腐蝕性能差，長(zhǎng)期日曬雨淋，在高溫度、高濕度、高鹽分的環(huán)境中，零部件很容易銹蝕[2]，欄桿底座轉(zhuǎn)軸生銹后阻力增加，操作時(shí)液壓系統(tǒng)工作油壓超過(guò)額定工作壓力，容易引起液壓管路和閥件故障。

3）維護(hù)保養(yǎng)困難，液壓動(dòng)力站及控制系統(tǒng)多數(shù)為進(jìn)口產(chǎn)品，備件價(jià)格貴，訂購(gòu)周期長(zhǎng)，消耗數(shù)量大，維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用高。根據(jù)近些年統(tǒng)計(jì)，平均每年備件和維修費(fèi)用約5萬(wàn)元，徹底更換17個(gè)油缸和控制閥的費(fèi)用超過(guò)50萬(wàn)元。

3 改造方案

改造方案情況如下：

1）改造目的。消除缺陷，排除隱患。

2）改造要求。簡(jiǎn)單可靠，快速收放。

3）改造費(fèi)用。預(yù)算10萬(wàn)元。

4）改造措施。液壓控制改為手動(dòng)控制，鋼質(zhì)材料改為鋁合金，可有效減輕安全網(wǎng)重量，增加抗腐蝕性能。

近年來(lái)，隨著科技的不斷進(jìn)步，傳統(tǒng)材料已不適宜船舶后續(xù)維護(hù)，很多新型材料陸續(xù)應(yīng)用于船舶建造。經(jīng)船舶市場(chǎng)調(diào)研及材料技術(shù)研究，游輪、客滾船及高速船等船型多采用鋁合金護(hù)欄。鋁合金材質(zhì)密度為2 850 kg/m3，相當(dāng)于鋼材密度（7 850 kg/m3）的 36%，重量輕、強(qiáng)度高、抗腐蝕性能好[3]。使用“5083”鋁合金對(duì)欄桿進(jìn)行改造，將液壓推動(dòng)改為手動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)操作快捷、簡(jiǎn)單可靠、降低費(fèi)用等要求。鋁合金手動(dòng)控制改造設(shè)計(jì)圖見(jiàn)圖3。

圖3 鋁合金手動(dòng)控制改造設(shè)計(jì)圖（單位：mm）

續(xù)圖3 鋁合金手動(dòng)控制改造設(shè)計(jì)圖（單位：mm）

4 改造施工

1）拆除原欄桿、前桅桿、液壓管路、操縱閥和動(dòng)力油缸，將動(dòng)力油缸解體清潔，檢查保養(yǎng)后作為其他船舶備件。

2）按照設(shè)計(jì)尺寸用鋁合金管焊接加工17個(gè)欄桿和1個(gè)桅桿。原鋼質(zhì)欄桿的質(zhì)量為35 kg，改造后的鋁合金欄桿質(zhì)量為13 kg，滿足手動(dòng)操作要求。

3）按尺寸加工鋁合金底座，欄桿底座為特殊鋼鋁復(fù)合材料。鋼鋁復(fù)合材料底部跟鋼質(zhì)甲板焊接，上面與鋁合金欄桿底座焊接，這樣可以解決鋼質(zhì)甲板和鋁合金欄桿2種不同材質(zhì)連接的技術(shù)難題，同時(shí)還能保證欄桿的剛度和強(qiáng)度要求。

4）現(xiàn)場(chǎng)安裝鋁合金材質(zhì)欄桿，測(cè)試收放功能，拔下固定基座中不銹鋼拆銷(xiāo)，在欄桿插銷(xiāo)孔與限位孔的相同位置插入快拆銷(xiāo)并鎖緊，通過(guò)轉(zhuǎn)換不同方向限位孔的固定方式實(shí)現(xiàn)欄桿豎立與放平。

5 改造效果

按照設(shè)計(jì)方案，“南海救101”輪2020年底完成了直升機(jī)安全網(wǎng)的改造，改造施工時(shí)間5天，改造費(fèi)用不超過(guò)10萬(wàn)元，相當(dāng)于2年的維保費(fèi)用。救助過(guò)程中多次實(shí)操使用，每次收放只需要2～3個(gè)水手操作，10 min內(nèi)可以快速完成。安全網(wǎng)改造后取消整個(gè)液壓控制系統(tǒng)，消除了液壓機(jī)械故障或高壓油管爆裂隱患。改造后的安全網(wǎng)只需要定期進(jìn)行欄桿活絡(luò)、修補(bǔ)油漆等簡(jiǎn)單的保養(yǎng)，大幅度減少備件和修理等維護(hù)成本，延長(zhǎng)安全網(wǎng)的使用壽命，為海上船機(jī)聯(lián)合救助提供充分保障。

6 結(jié)論

直升機(jī)平臺(tái)安全網(wǎng)是救助船舶的特有設(shè)備，是實(shí)現(xiàn)船機(jī)聯(lián)合救助的基本保障，隨著使用時(shí)間的增加，安全網(wǎng)液壓控制系統(tǒng)的隱患難以避免。本文通過(guò)對(duì)“南海救 101”輪直升機(jī)平臺(tái)安全網(wǎng)缺陷原因分析，全面優(yōu)化設(shè)計(jì)改造方案，并從經(jīng)濟(jì)性、可靠性、快速性以及實(shí)際效果等方面論證方案的可行性。改造方案的效果也在實(shí)際操作中得到驗(yàn)證，改造后的鋁合金手動(dòng)操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作快捷，安全可靠，全壽命周期免維護(hù)。研究成果可為其他同類型救助船舶的直升機(jī)安全網(wǎng)改造提供借鑒和參考。