船舶近体应急围油栏的设计与研究.pdf

第46卷第1期
船海工程
Vol 46 No. 1
2017年2月
SHIP &OCEAN ENGINEERING
Feb.2017
DOI:10.3963/j.issa.1671-7953、2017.01.037
船舶近体应急围油栏的设计与研究
侯恕萍,王钦政,张俊',于海洋,黄卫联
(1.哈尔滨工程大学机电工程学院,哈尔滨150001;2.天津神封科技发展有限公司,天津300308〉
摘要:为解决现有船载油栏的溢油围控面积较大和布放操作不便捷的问题,针对常见工况设计船舶
近体应急围油栏,说明该装置的结构组成和功能,并通过仿真分析进行磁吸附方案的优化设计,结果表明船舶
发生破损溢油事故后,船舶近体应急围油栏能迅速地完成布放,把溢油等漂浮污染物控在船体周围较小范
围内。
关键词:船体破损溢油;近体应急围油栏;电磁吸盘;仿真分析
中图分类号:U698.7
文献标志码:A
文章编号:1671-7953(2017)010148-05
船舶在航行中,尤其在航道、港口等船舶通行计船舶近体应急围油装备是很有工程应用价值的。
密集的水域内,发生碰撞破损事故的概率较高。
在船体破损处应急封堵完成之前,破损处常伴有1工况分析
内部油液或含油压舱水泄漏,并沿破损处流入水
船舶碰撞事故可能造成船体破损溢油。为及
域大面积扩散,对水质造成严重污染,同时对后期明有效地处理这种溢油事故,船舶必须配备必要
清污带来较大难度,甚至对水域造成不可逆转的的溢油应急设备、材料1。在航道、港口等船舶
污染。常规船载应急围油栏因其结构功能和使用通行密集的水域内,船舶碰撞事故易发,但由于船
方法上的特点,适用于水面溢油扩散后的拦截和速较低、风浪较小,碰撞大多只造成轻度船体破损
围聚,但该片水域已经受到了严重污染。针对上和溢油事故,所以本文设计的船舶近体应急围油栏
述问题,研究设计了船舶近体应急围油栏,其两端作为船载溢油应急装备,主要用于轻度船体破损和
固定于外船体,可将船体破损处相对较小范围内溢油事故的应急处置。水域工况参数见表1
的水域围控起来。该装置既能配合船体破损处应
表1船舶近体围油栏适用水域波浪参数
急封堵工作,实现船舶近体应急围控溢油,又能配
项目
参数
合船舶正常维修时的防污染工作使用。其布放速
水城波高/m
度快,围油面积小,吃水深度大,能最大程度地减
水域波浪周期/
小溢油对水域的污染影响。目前国内外针对船体
水域波速/(m?s-')
水域流速/(m?s-)0.4
破损溢油围控的专业方法、产品很少,在专利资料
参考中华人民共和国交通行业标准《围油
中,候恕萍等”提出了一种船体破损溢油近体应急栏》及(溢油应急培训教程》的要求,设计船舶
圃油栏, Ira Wayne Mosley2提出了一种 oil slick
近体应急周油栏的性能参数,见表2
barrier device(浮油屏障装置),二者均一定程度上
表2船舶近体应急油栏性能参数
表现出了“船舶近体围油”的特性,在溢油源头将
其围控在船体附近,阻止其大面积扩散。继续探究
项目
参数
油半径/m
7
和完善这种“船舶近体围油”思想、方法,并研究设
干舷/m
0,6
吃水/m
0.9
收稿日期:2016-05-30
总浮力、重力比4:1
修回日期:2016-07-15
2船舶近体应急围油栏的结构功能
基金项目:国家科技支撑计划(2014BAKO5B00
哈尔滨市自然科学基金(2013 RFQX091)
船舶近体应急围油栏的结构组成和工作状态
第一作者:侯恕萍(1972-),女,博士,副教授
如图1所示,其由近体围油栏和吊放装置两部分
研究方向:水下作业技术与装备
组成。
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2017年
第1期
侯恕萍,等:船舶近体应急围油栏的设计与研究
船海工程
第46卷
吊放装置
围控形状的能力。近体围油栏受风、浪、流等外力
后,整体上会产生弹性变形,减缓冲击,外力撤去
册体破损处及溢油
后恢复原形,如图3所示。
近体油栏
图1船舳近体围油栏组成及工作状态示意图
2.1近体围油栏
风浪流方向
近体围油栏,顾名思义就是靠近外船体使用
图3近体围油栏水平面内受力整体围控形状变形示意图
的围油栏,其由围油栏主体和船体连接装置组成
如图2所示。围油栏主体用于围控溢油,其两端
板弹簧铰接处配有快速锁紧销,可快速裝卸,
的船体连接裝置用于与外船体连接固定。
其卸下后,各硬体结构单元可以相互折叠起来存
放,在最大程度减小近体围油栏的储存占用空间
一板弹簧(两端悛接
的同时,缩短其使用时的布放时间。
一#油布
板弹簧铰接处配有快速锁紧销,可快速装卸,
其卸下后,各硬体结构单元可以相互折叠起来存
船体连接装置
放,在最大程度减小近体围油栏的储存占用空间
いー
围油栏主体
的同时,缩短其使用时的布放时间。
2.1.2船体连接装置
如图4所示,船体连接装置由固定支架滑动
支架、转动支架、吸盘、磁轮和折叠拦油布等组成
图2近体围油栏实体结构设计图
一侧与外船体连接固定,另一侧与围油栏之间按
2.1.1围油栏主体
图5所示的具有3个自由度的机构运动副连接,
常规围油栏主要由浮体、裙体或挡油屏体、配使围油栏具有波浪随动及缓冲能力。
重体、加强带、支撑件、绳索及连接件等组成。
定支架
折叠拦油布
现有常规围油栏整体上是软体的,在急流水域采
吸盐
取的用法是两端锚固布放被动拦截浮油,在开放
磁轮
水域采取的用法是两端栓固于拖船上主动围控浮
油。如果采用常规围油栏作为近体围油栏的围油
栏主体,由于其两端固定在同一艘船上,其整体围
滑动支架
控形状可能会在风浪的作用下发生变形,甚至使
围油栏贴附于船体,失去围油能力。
为解决上述问题,设计了一种硬体单元式可
转动支架
自维持整体围控形状的围油栏主体结构
图4船体连接装置实体结构设计图
如图2所示,围油栏主体由两组硬体结构单
元铰接组成,每组4个単元,其两端各铰接一个船
体连接装置。每个硬体结构单元由长方形硬体框
架、双层耐油布及其中间的条状固体浮子组成。
每组硬体结构单元中的每两个单元之间通过板弹
1ー固定支架;2一滑动支架
簧组件和拦油布连接。这些板弹簣组件两端均为
3一转动支架;4一围油栏
铰接,可以使近体围油栏各硬体结构单元相互之
图5船体连接装置机构运动简
间的运动受限,使围油栏整体具有自维持圆弧形
对于船体连接装置的连接方式,考虑采用可
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