膨胀橡胶在船舶应急中的应用研究

董金鹏 刘金强 贾伟 刁鑫鑫

摘   要：针对现有船舶抗沉效率低、结构重量大的难题，通过比较船舶上不同抗沉方法的优缺点，提出一种新型船舶抗沉技术，为今后船舶抗沉技术发展提供参考。

关键词：船舶破损;船用复合板;膨胀橡胶;极地船舶;应急抗沉

中图分类号： U661                                                    文献标识码：A                                                 DOI：10.12296/j.2096-3475.2021.07.026

目前船舶在冰区、众多暗礁水域或者船舶密集的区域容易发生碰撞，从而造成破舱，影响船舶的浮力，进而造成船舶沉没、人员伤亡与财务损失等。为了防止船舶因碰撞而沉没，现有抗沉方案中一般在三个阶段（即船舶碰撞前阶段、船舶碰撞阶段和船舶碰撞后阶段）采取不同的措施以防船舶沉没。

一、船舶碰撞前阶段

在该阶段，采取的措施是：根据船舶的航行状态与实际航区的情况实时调整航行策略，从而实现避碰的目的，这种方法适用于能够提前预见碰撞，且在该航区能根据不同船舶的主尺度及时调整船舶的航行姿态的情况。但是该钟方法对于狭窄水域、船舶回转半径过大或突发预见碰撞时存在避碰不及时的问题。

除了采用避碰航行策略外，一般在存在大量冰块等碰撞物的极地航区和易发生触礁的常规航区通常采用加强船舶外壳的结构强度（如增加船用外板的厚度、提升船用外板的钢级等），但是这种方法会造成船舶的整体重量增加、整体结构强度的冗余过大、同时也会造成钢材的浪费，并增加船舶的营运和维护成本。

二、船舶碰撞阶段

在该阶段，船舶通常已经不能采取避碰措施或者说即使船舶采取避碰措施也不能防止船舶碰撞，因此只能任由船舶发生碰撞而无可奈何。

三、船舶碰撞后阶段

在本阶段中，船舶因为发生了碰撞，为了避免船舶沉没或者降低船舶的沉没速度，一般采取以下方案：（1）通过实时调整压载舱中的压载水量调整船舶的浮态变化，但是该方法存在调整速度慢的问题，且其要求其他调整压载水的设备必须正常工作。（2）通过在船舶破损区域安装封堵装置（例如，强磁封堵毯和磁性封堵垫等），而破损区域一般位于水下，但是这些装置安装时对安装环境有严格的要求，其需要船舶破损区域的外板为钢铁等易被磁性体吸附的材料;此外，其对施工人员具有较高的要求，如能在恶劣环境中的水下破损区域进行作业等，这对于航行于极地区域中的船舶而言无疑是十分困难。因此该方案虽然能够起到一定抗沉效果，但是对船员及施工条件具有较高的要求，不能适用于所有的航线中的大部分船舶。

为了彻底解决这一难题，本文介绍了一种新型船舶抗沉技术，即在船舶的易碰撞区域内安装船用复合板。

具体的，该船用复合板包括：第一板体、第二板体和多个膨胀橡胶件，其中多个膨胀橡胶件间隔夹设在第一板体和第二板体之间。该船用复合板为含膨胀橡胶的复合板，其结构简单、重量轻，且能在使用时起到缓冲、密封、隔音和隔热的作用。在具体使用时，多个膨胀橡胶件的相对两侧分别与第一板体和第二板体紧密贴合，因此，在第一板体和/或第二板体破损后，膨胀橡胶件能在两两相邻的膨胀橡胶件之间形成的间隙内膨胀，从而形成密封层（也即，第一板体和第二板体之间的间隙被膨胀后的多个膨胀橡胶件填满并形成密封效果），进而避免流体从破损处继续流入;同时，该些膨胀橡胶件具有弹性，能够缓冲碰撞载荷，从而避免含膨胀橡胶的复合板的进一步损坏。初始状态下，多个膨胀橡胶件与第一板体和第二板体相对的两个侧面不与第一板体和第二板体直接接触，只有在该些膨胀橡胶件膨胀后该两个侧面才能紧密贴合在第一板体和第二板体上，从而避免因该些膨胀橡胶件的膨胀导致复合板分离为多个板体;同時，该些膨胀橡胶件膨胀后两两相邻的膨胀橡胶件之间仍然具有间隙，该些间隙能够额外提供浮力、并起到隔热、隔音的效果。作为该技术的优选方案，膨胀橡胶件上开设有至少一个通孔，且膨胀橡胶件为遇水膨胀橡胶条，第一板体和第二板体均为钢板。第一板体和/或第二板体经过特殊工艺处理，其处理后能够满足PSPC标准。本技术方案中开设通孔的目的是为了增加该些膨胀橡胶件与液体水的接触面积，从而提高该些膨胀橡胶件的膨胀效率。在一些更好的方案中，含膨胀橡胶的复合板还包括多个穿设经过通孔的固定部，该固定部包括固定柱和配合柱。具体的，固定柱固定在第一板体上，固定柱穿设通过通孔，且固定柱具有容纳腔;配合柱固定在第二板体上，且能插入容纳腔内。为了保证该些膨胀橡胶件能够快速膨胀且不会造成固定部的损坏，固定部中的配合部插入容纳腔中的长度能够随着该些膨胀橡胶件的膨胀而自动调整。在一些优选技术方案中，为了防止第一板体、多个膨胀橡胶件和第二板体分离，容纳腔的内壁上还设置有内螺纹，相应的在配合部上设置有配合该内螺纹的外螺纹。当然，第一板体、多个膨胀橡胶件和第二板体也可以采用硫化的方式或者过盈配合的方式连接为一体，在此不对其进行赘述。

本文介绍的新型船舶抗沉技术，在船舶建造初期就已经考虑了其使命寿命期间内发生碰撞的可能，从而在船舶碰撞前阶段（即预见碰撞后）能迅速相应，通过向第一板体和第二板体之间注射液体水，从而促使膨胀橡胶迅速膨胀，进而在第一板体和第二板体之间形成缓冲层，最终在不可避免避免碰撞的前提下（即处在船舶碰撞阶段时）降低碰撞载荷，保护船体结构;在处在船舶碰撞后的阶段，较好的结果是海水不能进入船舶的内部，从而实现抗沉的目的;即使船舶因膨胀不能继续航行，膨胀后的膨胀橡胶也能在原来船舶浮力基础上产生额外的浮力，从而减缓船舶的沉没速度。此外，该种技术在船舶碰撞后无需人工安装铺设抗沉装置，从而能够为船上人员处理其他应急事项节约时间，同时也避免了船员在极端恶劣环境中施工的问题，进而保护了船员的身体健康与船舶的财产安全。

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（中国船舶工业综合技术经济研究院  北京  100081）