艦船破損防沉新技術的製作方法
2023-08-10 12:51:26
專利名稱：艦船破損防沉新技術的製作方法
技術領域：
本發明屬於艦船安全防護技術領域。
背景技術：
艦船在海洋或江河湖泊中航行，有可能發生觸礁、觸雷甚至互相碰撞之類的事故，殼體破損漏水往往是難免的。在發生戰鬥時，因艦船殼體被炸而造成破損漏水更是司空見慣的事。按照早已成熟並被規範化的現有技術，破損小時可以通過堵漏排水來解決問題，而當破損嚴重無法用堵漏排水的辦法解決問題時，就只好用水密門把漏水的艙室密封，使漏水被局限在個別無法堵漏的艙室裡。由於艦船的重心都不是很低，一旦有若干個艙室因為破損漏水而失去浮力，即使漏水被局限在一定範圍，也還會打破整個艦船重力和浮力的平衡，造成艦船重心的偏移並產生迴轉力矩。如果不能及時調整浮力和配重，使重心回到正常部位，即使艦船的剩餘浮力還遠比艦船的總重量大，也往往會導致艦船的快速翻傾和沉沒。現有技術在用水密門對破損漏水艙進行隔離的同時，是通過將重心另一邊與破損艙室相對方向的艙室灌水以減小該方位浮力的辦法或向相對方向移動重物的辦法以及排除破損艙室附近載荷的辦法來調整重心和恢復平衡的。(參看《海軍大詞典》第909頁、910頁，《中國海軍百科全書》第1011頁、1012頁。)前者以進一步犧牲有效浮力為代價，即使能夠奏效也往往使艦船處於比較危險的境地。後二者要在短時間內將大小差不多相當於漏水艙空間浮力之半的重物移動到另一邊的相應部位或將幾乎相當於漏水艙浮力的重物排除拋棄，實施起來也並非易事和良策。正因為如此，即使在造船技術高度發達的今天，因破損漏水而導致艦船翻傾沉沒的事例仍時有發生，遇到戰爭就更是在所難免。
發明內容
本人提出的「艦船破損防沉新技術」不同於上述現有技術。在一些艙室嚴重漏水無法用堵漏排水的辦法來解決問題時，雖然通常也需要用水密門進行隔離，但卻既不需要以犧牲有效浮力為代價向對角方位的艙室灌水，也不需要費力費時地向對角方向移動重物，還不必為維持平衡而把大量有用的物資拋棄，用全新的思路和方法，通過一套預先安裝的設備設施系統，只需簡單操作，就可以輕而易舉地把漏進來的水排出，維持艦船的浮力和平衡，因而能夠有效地保障艦船的航行安全，使按照常規技術即使採用水密門進行隔離和採用糾偏措施進行平衡恢復也往往難免翻傾沉沒的艦船能夠安然無恙。這不僅在和平環境下為艦船航行的安全提供了保障，而且在戰爭環境下對參戰的艦船更是非常有用的受損防沉措施。除了像常規技術那樣使用水密門對漏水的艙室進行隔離(以及相應的支撐加固)之外，本發明在艦船有可能漏進水的艙室和通道的頂部、側壁以及地板上，預先安裝有可以摺疊收放並通過管道和閥門(包括可控閥門和單向閥)與空氣壓縮設備及高壓氣瓶相連通的許多氣囊(即「氣囊群」)。這些氣囊平時收疊起來體積很小，但在充氣膨脹後卻能夠充分佔據艙室和通道的空間，並能夠承受足夠大的壓力。有了這一套氣囊及壓縮空氣充氣系統之後，一旦發生艦船嚴重破損漏水無法通過常規堵漏排水的方法加以解決時，只要利用水密門將嚴重漏水的艙室加以隔離，並配以必要的支撐加固措施，以防止漏水擴散，同時開動聯成網絡的空氣壓縮機系統集中向漏水艙室的氣囊群充氣，使漏水艙室的空間很快被氣囊群所佔據，即使漏水的速度有可能比充氣的速度快，只要充氣的壓力足夠大，就能夠隨著氣囊的膨脹而把已經漏進來的水逐漸排出。這樣，除了漏水艙室中一些固態物體(例如貨物器具等)所佔的空間及一些小空隙之外，大部分能夠被進水佔據從而導致浮力損失的空間就基本能夠被氣囊群所搶佔，原本按照現有技術被放棄而將失去的浮力，就能夠基本保持而不會失去，因而艦船原有的重心就不會發生明顯的偏離。在這樣的情況下，就不用再像現有技術那樣通過將重心另一邊與破損艙室相對方向的艙室灌水以減小該方位浮力或向相對方向移動重物以及排除破損艙室附近載荷的辦法來調整重心和恢復平衡。整個操作過程只需要關閉水密門進行隔離並開啟空氣壓縮機和高壓氣瓶以及相關的閥門向已經破損進水艙室裡的氣囊群充氣就可以了，既快速又簡單。而且，由於操作簡單，還有可能利用傳感器和自動控制技術實現自動控制。相比之下，現有技術即使可以對「關閉水密門」進行自動控制，也無法對移動和排除重物的操作進行自動控制。因為「重物」往往是變化的而不是單一品種形態可以被規範處理的。
可以預先按照不同規格(不同形狀、大小以及材質)對氣囊進行設計和批量加工，在安裝使用時只需根據艙室的具體情況加以組合搭配就可以了。
在不能堵住漏洞而漏水不斷的情況下，本發明利用氣囊充氣來排水的方法比傳統技術直接用抽水機排水具有明顯的優勢。不論氣囊充氣的速度有多慢，只要不斷地向氣囊中充氣，就能夠不斷地將漏入的水排出艦船之外，不斷擴大地奪回被漏水侵入的空間，恢復失去的浮力，使艦船的總體平衡得以維持。即使充氣過程有所中斷，已經奪回的空間和浮力也不會再次失去。而若直接用抽水機排水，則只有在抽水速度大於漏水速度並且一刻也不能間斷地進行抽水的情況下才是有效的，稍一停息就有可能前功盡失。而且，用氣囊充氣來排水，空氣壓縮機所需要工作的時間和消耗的能量是有限的，一旦氣囊充滿足夠壓力的空氣，壓縮機就可以停止工作了。而在漏水不斷的情況下直接用抽水機排水就將不停地工作不斷地消耗能量。這種區別在艦船遠離港口或維修基地而不得不長時間帶傷航行的情況下所收到的效果和造成的影響是相差很大的。
對於吃水淺沒有水密門和隔離設施的小型船隻，只要在位於水線下以及靠近水線的甲板下的艙室裡面安裝有足夠的氣囊群並配備有為氣囊群供氣的空氣壓縮機系統(還要對相應的甲板進行加固，或通過能夠分散受力的結構例如硬板將一部分氣囊壓縛於艙底堅固處以減小甲板所受的上託力)，在遇到嚴重破損而使用常規的堵漏排水方法難以奏效無法避免險情時，也可以通過開動空氣壓縮機向氣囊群充氣的辦法保持浮力排除進水以使船隻的安全得到保障。最好在為氣囊群充氣的同時還用抽水機抽水，直到氣囊群能夠發揮作用的時候為止。此時的船隻就好像架設在了氣筏上。由於小型船隻吃水淺受到水的壓強小，對氣囊材料強度的要求也不高。可以採用簡單的結構。小型船隻的氣囊群也可以安裝在船體之外(或將一部分氣囊安裝在船體外)。在這種情況下，由於沒有甲板來分散承受氣囊群產生的向上託力，就必須在船艙外增設能夠分散承受氣囊群產生的浮力使之變為向上託船之力的硬的或軟的裝置，以避免氣囊的局部表面受力過大而發生破損，同時還要注意儘量避免增加航行阻力。
具體實施例方式在實施本發明時，需要根據各個艙室的具體情況對氣囊群的大小、形狀進行具體的設計和配置，並可採用壓縮空氣瓶和空氣壓縮機同時向氣囊群供氣的辦法來加快充氣的速度。壓縮空氣瓶佔據的空間較多，所能提供的壓縮空氣有限，但它的優點是在壓縮機開始啟動尚不能提供較大的充氣氣壓時就能夠立即以高氣壓向氣囊充氣，為「搶佔空間」提供一個較大的初速度，贏得一定的時間。空氣壓縮機的優點是可以持續地不受限量地向氣囊群供氣。每臺空氣壓縮機還要配備有足夠大的貯氣缸，並使其常備不懈地保持儘可能多的貯備氣體，以便隨時提供使用。
根據艦船的具體情況，可設計選擇多臺適當型號的空氣壓縮機配置在不同部位並且聯網使用。空氣壓縮機應儘可能配置在較高層的甲板上，並加以防水保護。其進氣口可以通過管道保持在儘可能高的位置，以便在最危險的情況下仍能向漏水艙室的氣囊群中充氣而不致是充水。單臺空氣壓縮機的充氣速度往往會比漏進水的速度小。雖然只要堅持向氣囊群充氣仍能把已經漏進來的水逐漸排擠出去，但若嚴重漏水的艙室較多，就有可能在尚未將水排擠出去之前艦船已經發生傾覆。因此，不僅空氣壓縮機的數量要足夠多供氣速度要足夠大，而且要聯成網絡，一旦需要就能夠同時集中向漏水艙室的氣囊群供氣，以便提高氣囊群充氣的速度，從而確保在漏進來的水尚未能夠威脅到艦船的安全之前就已經基本被氣囊群排擠出去了。
由於艦船的吃水深度有限(絕大多數不超過10米)，從破洞中漏進來的水的壓強並不是很大(一般不會超過2個大氣壓)。但如果使用器材從裡向外直接堵漏，由於受水壓的面積較大，器材的迎水面所受到的水壓力是很大的。常規堵漏之難往往就難在這裡。如果在沒能堵住漏洞的情況下利用抽水機排水，則往往會因排水的速度沒有漏入的速度大而難起作用。本發明以氣囊充氣的辦法來搶佔空間和排擠漏進來的水，按1個大氣壓相當於10米深的水壓來計算，通常空氣壓縮機只要能夠提供2～3個大氣壓的壓縮空氣就可以了。對空氣壓縮機的要求主要在於壓氣速度，而其極限壓強則不需太大。為了不使氣囊內氣壓過大導致氣囊破損，採用常規的壓強控制技術對充入氣囊的氣體壓強加以控制，以使其不至於過大。在漏水艙室裡，由於氣囊與漏水之間相互是面接觸，漏水產生的巨大壓力通過氣囊作用於空氣壓縮機系統時轉化成了並不大的壓強，因此要想超過漏水的壓強和作用力而把漏水排除出去並不是一件難事。同時，由於氣囊內外的壓強差並不大，亦即氣囊所承受的壓強並不算大，因此對氣囊材料強度的要求並不是很高。這正如「輕功」表演時人們看到的表演者通過一塊木版而站在一個小氣球上氣球卻不會被壓破那樣，似乎不可思議實際卻有科學道理。不過，要注意避免比較尖銳物體對氣囊表面的局部刺壓，為此就要根據艙室內存放物體的空間形狀及位置布局對「氣囊群」的結構妥善加以設計，並在有可能局部受壓的部位加以保護，就像「輕功」表演時需在小氣球上先加一塊木版然後再站人那樣。在這裡，「氣囊群」並不是指單一的一個氣囊，而是根據需要由數量不等的若干個大小不一定相等形狀不一定相同的氣囊共同組成的。大氣囊形狀簡單節省材料，可用來佔據較空曠的大空間。而較小的氣囊則有利於佔據形狀複雜的空間和邊角空間。配置氣囊群時，既可以有固定在艙頂上充氣後用來自上而下佔據固定空間的，也需要有配置在側壁並通過適當長度的軟管連接而能機動靈活地佔據形狀多變之邊角空間的。由於氣囊是漂浮在水裡的，而且氣囊較大時產生的浮力還是很大的，為了防止管道連接的斷裂，充氣軟管的長度應當根據側壁上進氣口與艙頂的距離以及與設計需要該氣囊佔據的空間距離來選取，寧可長些也不能稍微短些，而且最好使用可伸縮的彈性軟管。除了固定在艙室和通道頂部以及用軟管系聯於側壁的氣囊之外，在有可能漏水的艙室及通道的地板的適當部位，也安有用較長的軟管連接充氣的氣囊(氣球)。這些氣球外面也可以使用限制體積的布罩，以免過分充氣而破損。
為了提高充氣速度和加大保險係數，每個氣囊的進氣管道及相應的進氣閥門都可以不止一個，採用並聯的方法分別與不同的壓縮機相連。但用於放氣以便氣囊收疊存放的放氣管道和閥門則每個氣囊只有一個就夠了。在每個硬性固定進氣管上最接近氣囊(或連接氣囊的軟管)的是簡單的、類似於車胎打氣所用氣門那樣的單向閥。單向閥可以避免已經進入氣囊的空氣倒流回因損壞(例如被炸)而漏氣的管道，也可以在氣囊意外漏氣進水的情況下避免漏水進入充氣管道。除了單向閥之外，可控閥(人工控制或自動控制)及其控制機構的安裝部位應以方便操作安全可靠為原則。例如，放氣閥的控制機構應當安在艙室之外的通道裡或安在較高層的適當部位，而不能安在有可能漏水的艙室裡。因為一旦艙室裡的氣囊充滿壓縮空氣，其體積膨脹將幾乎佔滿艙室空間。如果放氣閥控制機構安在艙室裡，在進行維修時工作人員要想進到艙室裡去打開放氣閥將是非常困難的。進氣閥的控制機構通常也不宜安裝在氣囊所在的艙室裡。因為一旦嚴重漏水操作人員往往來不及在裡面進行控制，甚至嚴重漏水時艙室裡可能沒有操作人員在場。最好採用集中控制和分散控制相結合的辦法控制進氣閥門。
氣囊可以使用像醫用氧氣袋那樣的比較結實而又不漏氣的複合材料製成，也可以像常規氣象氣球或汽車輪的內胎以及橡皮筏那樣使用單一的橡膠或塑料材料製成。在用橡膠或塑料製成的氣囊外面還可以套有一層用尼龍布或其它堅韌而又較薄布料製成的氣囊罩。氣囊罩不僅能夠對氣囊起到保護作用，而且對於用具有伸縮性橡膠材料製成的氣囊還有約束體積使其不致過大的作用，還能在氣囊尚未完全浸沒於水中時增強氣囊的抗壓能力。充氣過程可以自上而下進行。由於安裝在底部最後充氣的氣球從一開始就完全浸沒在水裡，球皮各處的內外壓強都相等，因此，雖然它們所處的部位最低水壓最大，對球皮材料強度的要求卻不高。氣囊的安裝存放部位應離有可能破損的艦船外殼稍遠一些。靠近外殼附近應當使用多個較小的氣囊而不使用大氣囊，以便防止氣囊被殼體破損處硬性突出物所傷害。
氣囊不僅安裝在有可能漏水的艙室裡，而且也安裝在艦船有可能漏水的下層通道裡。採用本發明後，一旦漏水，所有在常規情況下有可能被漏水充斥的空間都會被氣囊快速奪佔。在這樣的情況下，艦船的浮力和平衡就不會發生明顯的變化。
靠近艦船殼體附近的地方可以自上而下安裝一道由豎直條狀氣囊和塗有防漏水防漏氣膠層的帆布組成的水平截面呈「П」形的「充氣幕」。「充氣幕」頂(根)部密封，平時捲成卷裝在艙室靠外側的頂上。一旦艦船外殼破損漏水，「充氣幕」的豎直條形氣囊與其它頂部氣囊一同充氣，很快在漏水口附近形成一個軟屏幕。隨著艙室裡氣囊不斷充氣膨脹體積，就會把「充氣幕」頂向外壁，雖然難以用它堵住漏口，但卻可以用它保護氣囊，以免氣囊被破口處的突出物頂破。而且，一旦艙室裡的氣囊發生破損產生漏氣，漏出氣囊的氣體也會被「充氣幕」阻擋在內不易逸出，形成一個半開放的能夠排水並產生浮力的囊外「氣泡」。
空氣壓縮機通常用電動機提供動力，同時還配有內燃機作為備份。二者通過離合器進行轉換。這樣做可以增大保險係數，萬一斷電也不致影響向漏水艙室的氣囊供氣。進氣閥門也採用電動和人工開啟兩種方法相結合的辦法進行控制。如前所述，每個空氣壓縮機都配備有足夠大的壓縮空氣貯氣缸，以便在需要時能夠立即向氣囊中供氣。
進氣管道和閥門的通導能力要足夠大，以便能夠快速向氣囊充氣。所有管道在經過艙壁時都要採用強度足夠的密封結構，以免從管道處漏水。在這裡，所謂「強度足夠」不僅指在平時有一定的強度，而且應當在艙室漏水、艙壁受到相當大的單向水壓力之後仍然能夠密封良好才行。
除了各艙室的進氣管道上安裝有可以受控開啟或關閉的閥門之外，形成網絡的供氣系統還安裝有調控閥，以便在多處漏水時可以控制系統優先向那些最容易導致艦船傾斜的漏水艙室(離重心較遠能產生較大力矩的艙室)供氣。
在實際使用時，可能會出現由於某種原因而使個彆氣囊漏氣甚至進水的情況。其結果會使空氣壓縮機不停地工作不斷地消耗能量。為此，可通過定時供氣的辦法來加以解決。由於每個氣囊都有只能進氣不能倒氣的單向閥，在不漏氣的氣囊充滿氣之後停止供氣並不會因為有漏氣的氣囊存在而產生其它不良後果。為防因個彆氣囊漏氣形成缺陷，在設計安裝氣囊群時應當使氣囊群充氣後的總體積適當超過所在艙室的體積。
由於本發明是利用氣囊群充氣佔據漏水艙室空間的辦法來排除漏進來的水並保持艦船浮力的，並沒有直接對漏洞進行封堵，因此在漏進水的艙室裡氣囊群的夾縫中仍然存在一些漏進來的水。這些水雖然不多卻是與艦船外的海洋或江河湖泊之水相連通的，與同樣深度的外界水具有同樣的壓強。正是這種壓強對氣囊群產生的浮力，代替了沒有漏水之前該艙室空間本應產生的浮力。氣囊群產生的浮力與該艙室原本產生的浮力雖然大小可以相近，但卻有著本質的不同。艙室原本產生的浮力是囊括於總浮力之中並通過艦船的外殼起作用的，而氣囊群產生的浮力則是獨立存在的，並且直接作用於所在漏水艙室的頂板將其向上託起。其大小能夠相當接近於該艙室及其以上空間產生的浮力，通常是很大的。現有傳統技術在未能堵住漏洞而用水密門隔離漏水的情況下，這種作用到漏水艙室頂板的向上託力也是存在的，只不過不是通過氣囊而是由漏進來的水直接作用到頂板上的，是處於艙頂深度的水的壓強與艙頂面積的乘積，等於艙頂之上相應體積排水產生的浮力。由於艙頂與艙底之間有一定的高度和距離，這種距離造成了水在不同深度的壓強差。因而在本發明的情況下，由氣囊群的浮力作用到艙頂板所產生的向上託力，等於艙頂之上相應體積排水產生的浮力與氣囊群產生的浮力之和，總數值要比單由艙頂部位的水壓產生的向上託力大不少。因此，在採用本發明時必須對艙室頂板的強度及其與周邊相鄰艙室的連接和密封進行加固和強化，其要求要比常規技術在發生漏水時為防止漏水蔓延而採取的對頂板的加固措施要高。在艙室頂板與側壁之間以及側壁與側壁之間的接縫處，如果有可能因為受到巨大壓力而產生變形裂縫和導致漏水，可考慮在現有硬密封的基礎上再增加一層能夠適當變形的軟密封。為了避免艙室頂板受到的上託力過大，也可以通過使用能夠分散受力的、平時被摺疊收置於側壁或底版上並通過鋼索系連在底版堅固處的硬板，將側壁和底部的氣囊壓縛在拴繫於底版堅固處的硬板之下，使這些氣囊產生的浮力不是作用到頂板上而是作用到承受著水壓的底版上。
氣囊的設計安裝應當儘可能注意使艙室和通道保持通暢和美化。
權利要求
1.一種在艦船殼體破損漏水時進行排水和防沉的安全防護技術措施，其特徵是在艦船有可能漏進水的艙室和通道的頂部、側壁以及地板上，預先安裝有可以摺疊收放並通過管道和閥門(包括可控閥門和單向閥)與空氣壓縮設備及高壓氣瓶相連通的許多氣囊(即「氣囊群」)，並通過用空氣壓縮設備及高壓氣瓶向漏水艙室的氣囊群充氣，使氣囊群體積膨脹佔據漏水艙室空間，從而將漏進來的水排擠出去的方法，來達到排除漏水維持浮力使艦船的平衡和安全得到保障的目的。
2.一種由權利要求1所述的艦船殼體破損漏水時進行排水和防沉的安全防護技術措施，其特徵是在可能漏進水的艙室及通道預先安裝的可以摺疊收放並通過管道和閥門與空氣壓縮設備及高壓氣瓶相連通的「氣囊群」，是由像醫用氧氣袋那樣的比較結實而又不漏氣的複合材料製成的，或像常規氣象氣球、汽車輪內胎以及橡皮筏那樣使用單一的橡膠或塑料材料製成，既有直接配置在艙頂自上而下佔據艙室和通道空間的，也有配置在艙室及通道的側壁及地板上並通過適當長度的軟管連接而能機動靈活地佔據其它空間的，而且這些氣囊外面可以使用能限制其體積並增強其耐壓的布罩。
3.一種由權利要求1所述的艦船殼體破損漏水時進行排水和防沉的安全防護技術措施，其特徵是設計安裝有多臺壓氣速度較快、配置在不同部位並且聯網使用的空氣壓縮機為氣囊群供氣，而且每臺空氣壓縮機還配備有足夠大的貯氣缸，並採用壓強控制技術對充入氣囊群的氣體壓強加以控制。
4.一種由權利要求1所述的艦船殼體破損漏水時進行排水和防沉的安全防護技術措施，其特徵是空氣壓縮機通常用電動機提供動力，同時還配有內燃初作為備份動力，而且氣囊群的可控進氣閥門也採用電動和人工開啟兩種方法相結合的辦法進行控制。
5.一種由權利要求1所述的艦船殼體破損漏水時進行排水和防沉的安全防護技術措施，其特徵是每個氣囊的進氣管道及相應的進氣閥門都可以不止一個，採用並聯的方法分別與不同的壓縮機相連，而用於放氣以便氣囊收疊存放的放氣管道和閥門則每個氣囊只有一個。
6.一種由權利要求1所述的靚船殼體破損漏水時進行排水和防沉的安全防護技術措施，其特徵是在靠近艦船殼體附近的地方自上而下安裝有一道由豎直條狀氣囊和塗有防漏水防漏氣膠層的帆布組成的、水平截面呈「Π」形、能夠排水並形成囊外氣泡的、半開放的「充氣幕」。
7.一種由權利要求1所述的艦船殼體破損漏水時進行排水和防沉的安全防護技術措施，其特徵是除了各艙室的進氣管道上安裝有可以受控開啟或關閉的閥門之外，形成網絡的供氣系統還安裝有調控閥，以便在多處漏水時可以控制系統優先向那些最容易導致艦船傾斜的漏水艙室(離重心較遠能產生較大力矩的艙室)供氣。
8.一種由權利要求1所述的艦船殼體破損漏水時進行排水和防沉的安全防護技術措施，其特徵是對於吃水淺沒有水密門隔離艙的小型船隻，氣囊群既可以設置在靠近水線的甲板之下的艙室裡，也可以設置在船體外或部分設置在船體外。
全文摘要
本發明「艦船破損防沉新技術」屬於艦船安全防護技術領域。艦船航行時因發生事故或戰鬥而導致殼體破損漏水的事往往是難免的。當破損漏水嚴重時，按照現有技術進行堵漏排水隔離扶正往往難以阻擋艦船的翻傾沉沒。本發明在艦船有可能漏水的艙室及通道裡預先安裝有許多可以摺疊存放並通過管道和閥門與聯網使用的空氣壓縮機系統相連通的氣囊，在艦船嚴重漏水無法用常規技術解決問題時，只要在關閉水密門對漏水艙室進行隔離的同時，開通空氣壓縮系統集中向漏水艙室的氣囊群供氣，使該艙室裡原本摺疊存放的氣囊群充氣膨脹，迅速搶佔漏水艙室的空間，就可以把漏進來的水排擠出去，保持漏水艙室的浮力和維持艦船的平衡，從而使艦船的安全得到保障。
文檔編號B63B43/10GK1528639SQ0315704
公開日2004年9月15日 申請日期2003年9月12日 優先權日2003年9月12日
發明者陳旃, 陳 旃 申請人:陳旃, 陳 旃