Kokie guminiai oro balionai tinka tiek laivų nuleidimui, tiek gelbėjimui?

Guminių oro balionų naudojimo laivų nuleidime ir jūriniame gelbėjime pagrindai

Laivų nuleidimo ir gelbėjimo operacijų naudojant guminius oro balionus bendrosios mechanikos

Fizika, kurią suteikia guminės oro pagalvės, veikia beveik vienodai, ar jos būtų naudojamos laivams leisti ar atlikti jūrinius gelbėjimo darbus. Šie įrenginiai priklauso nuo valdomos plūnumo jėgos, kurią sukuria tvirtos gumines membranos. Leidžiant laivus, įtvirtinus oro pagalves po korpusu, galima sumažinti apie 68% pagal 2020 m. „Journal of Marine Technology“ paskelbtą tyrimą. Tai leidžia kur kas lengviau perkelti milžiniškus laivus iš sausųjų dokų į atviras vandens teritorijas. Gelbėjimo darbams principas išlieka tas pats, tačiau rezultatai skirtingi. Oro pagalvės išstumia jūros vandenį, kad būtų sukurta keliamoji jėga, viršijanti 250 tonų viename vienete. Oro pagalvės yra pagamintos iš šešių iki aštuonių sluoksnių sintetinio padangų kabelio audinio, suklijuoto kartu su guma vulkanizavimo metu, todėl šios tvirtos konstrukcijos puikiai atlaiko net milžinišką slėgį abiem atvejais.

Pagrindiniai guminės oro pagalvių našumo reikalavimai dvigubam panaudojimui

Dvigubo panaudojimo oro pagalvės turi atitikti tris pagrindinius kriterijus:

1. Spaudos varžymas : Išlaikyti 0,08–0,12 MPa be deformacijos
2. Aplinkosaugi stiprumas : Atsparios druskai, UV spinduliams ir nubrozdinimams
3. Operacinė lankstumas : Patikimai veikia nuo -4 °F iki 140 °F (-20 °C iki 60 °C)

Pažengusi guminė kompoundinė medžiaga pasiekia aukštesnį nei 45 kN/m plyšio stiprumą, išlaikant 92 % elastingumą po 500 suspaudimo ciklų (Jūrų architektūros ataskaita, 2022). ISO 14409 sertifikuotos modeliai per 24 valandas praranda mažiau nei 3 % oro tūrio, užtikrindamos nuoseklų veikimą ilgalaikėse gelbėjimo operacijose.

Kaip plūdrumo ir apkrovos pasiskirstymo nulemia oro pagalvių tinkamumą

Plūdrumo efektyvumas priklauso nuo tikslių tūrio ir poslinkio santykių. Standartiniam 5000 tonų laivui:

Jūrų inžinieriai rekomenduoja 70/30 priekinės ir galinės apkrovos pasiskirstymą laivams iki 55 000 DWT, kad būtų išvengta konstrukcijos deformacijų, o taip pat užtikrintas valdymas nuleidžiant ir keldami laivą, kaip parodyta jūrų inžinerijos taikymas .

Svarbūs techniniai daugiafunkcių guminės oro pagalvių techniniai parametrai

Medžiagos sudėtis: guma su sintetinėmis padangų siūlų sluoksniais

Universalios oro pagalvės pagamintos iš hidrinto nitrilo gumos, sumaišytos su sustiprintomis sintetinėmis padangų siūlais, kad atlaikytų chemikalus ir išlaikytų formą. Tyrimai parodė, kad HNBR išlaiko apie 92 procentus savo stiprumo net po 600 dienų praleistų jūros vandenyje. Be to, tas supintas padangų siūlų sluoksnis daro jas kur kas patviresnes – jie gali išlaikyti apie 40 procentų stipresnius sprogimus nei įprastos vienos medžiagos pagalvės, pagal 2021 m. žurnale Polymers paskelbtus tyrimus. Tai, kas daro šias oro pagalves tokias unikalias, yra jų lankstumas nepaisant visos šios armatūros. Jos gali išsitempti iki 35 procentų prieš prasidėdamos trūkinėti, o tai reiškia, kad puikiai veikia tiek paleidžiant, tiek atkuriant operacijas, kai svarbiausia yra slėgio kontrolė.

Slėgio atsparumo ir ilgaamžiškumo standartai jūros aplinkoms

Jūrinių oro pagalvių turi išlaikyti 10 MPa vidinį slėgį su 0,5 % deformacijos kiekvieną ciklą. Vadinamieji top gamintojai naudoja trijų sluoksnių vulkanizavimą, kad pasiektų reikiamą našumą:

Šie standartai užtikrina 5–7 metų patikimą veikimą esant potvyniui ar panardinant į vandenį.

Plūdrumo skaičiavimai ir tūrio bei apkrovos santykiai realiomis sąlygomis

Keltuvos galia apskaičiuojama pagal formulę B = V × Í × g , kur V yra oro pagalvės tūris, Í yra jūros vandens tankis, o g yra gravitacija. 3 metrų skersmens oro pagalvei, palaikančiai 1200 tonų:

• Reikalingas tūris: 1100 m³
• Saugos rezervas: 25% virš apskaičiuotos apkrovos
• Pripūtimo slėgis: 0,25–0,35 MPa

Duomenys iš Pietrytų Azijos laivų statyklose parodė 98% koreliaciją tarp teorinių modelių ir faktinio našumo, kai naudojamos sertifikuotos oro pagalvės.

Standartizuoti daugkartinio naudojimo guminės oro pagalvių testavimo protokolai

ISO 22762-3 reikalauja šešių etapų patvirtinimo:

1. Pagreitintas senėjimas (70°C temperatūra, 30% druskingumas, 500 valandų)
2. Ciklinis slėgio testavimas (10 000 ciklų esant 8 MPa slėgiui)
3. Atsparumas plyšių plitimui (ASTM D624)
4. Šalčio lenkimo įtrūkimai (ASTM D430)
5. Jūros vandens panardinimas (1 000 val. su masės matavimu)
6. Pilno masto lauko tyrimas

Trečiosios šalių laboratorijos pranešė apie 89 % atitikimo rodiklį tarp gamintojų 2023 metais, be to, 63 % nesėkmių buvo susijusios su siūlės vientisumu ir 28 % – su vožtuvų laikymo sistemomis.

Nanhai ES, S ir P serijų lyginamoji analizė dvigubam naudojimui

Nanhai ES serija: našumas laivo nuleidimo operacijose ir prisitaikymas prie gelbėjimo darbų

Kai kalbama apie laivų paleidimą, ES seriją išskiria tie sustiprinti metaliniai galiukai, kurie vienodai paskirsto apkrovą per visą korpusą, išlaikant įtempio svyravimus žemiau 15 %. Įdomu tai, kad tie patys konstrukciniai privalumai pasireiškia ir gelbėjimo operacijose. Sistema išlaiko slėgio stabilumą maždaug 85 % lygyje tris pilnas dienas, o tai yra svarbu bandant pakelti nuskendusį laivą į paviršių. Visa konstrukcija turi šią išmanią hibridinę struktūrą, kuri gana gerai atlaiko plyšimo jėgas (apytiksliai 14 kN vienam kvadratiniui milimetrui), kartu suteikiant geras kėlimo galimybes, lyginant su perkeltosios masės svoriu, maždaug 1:2,3 santykiu. Manau, tai yra gana įspūdingas inžinerinis sprendimas.

S-serijos oro pagalvės: Lankstumo ir stiprumo balansas laivų paleidimui ir lengvajam gelbėjimui

S-serijos oro pagalvės yra su trimis sintetinės gumos kabeliais, todėl jų lankstymo ciklų atsparumas yra maždaug 22 procentais geresnis nei pramonėje priimta standartine. Dėl to šios oro pagalvės yra puikiai tinkamos situacijoms, kai laivai turi būti daugkartiniai paleidžiami iš laivų statyklose. Atsižvelgiant į gelbėjimo operacijas, šios oro pagalvės gali atlaikyti slėgį nuo 300 iki 400 kN kvadratiniame metre, todėl jos puikiai veikia net esant įrengtoms po dalinai panirusiais korpusais. Tačiau yra viena sąlyga – jos tinka tik laivams, sveriantiems mažiau nei 5 000 neleistinų tonų. Realios aplinkybės parodė, kad esant 85 % maksimalios apkrovos, šios oro pagalvės deformuojasi ne daugiau kaip 3 procentais, net tuo pačiu metu pripučiant kitas oro pagalves.

P-serijos oro pagalvės: Aukštos talpos sprendimai, optimizuoti laivų gelbėjimui

P-serijos vienetai sukurti specialiai sunkiam gelbėjimo darbui, o dvigubių laidų konfigūracija suteikia apie 18 % geresnį slėgio išvestį, pasiekiant iki 550 kN kvadratiniam metrui. Šie modeliai gali susidorojti su paleidimu pakankamai gerai, tačiau jie susiduria su sunkumais, kai reikia dirbti su siaurais posūkiais, nes jų lenkimo spindulys yra apie 32 % mažesnis lyginant su S-serijos modeliais, todėl jie mažiau efektyvūs dirbdami su laivais, turinčiais sudėtingas korpusų formas. Visiškai panirus, šie vienetai pasižymi įspūdinga pakilimo jėga ir apkrovos santykiu – apie 1:3,1. Išoriniai sluoksniai atitinka ISO 2230:2021 standartus ir gerai atsparūs nubrozdinimams, o tai tampa ypač svarbu ilgalaikėms po vandeniu atliekamoms operacijoms, kai įrenginiai yra intensyviai naudojami.

Efektyvumas įvairiose sąlygose: Kuris Nanhai modelis geriausiai tinka abiem funkcijoms?

2023 metų 47 jūrų projektų tyrimas nustatė, kad ES serijos modelis yra universaliausias dvigubo naudojimo variantas:

Įterptų slėgio stebėjimo jungčių ir adaptavusios laidų geometrijos dėka ES serijos oro pagalvės atitinka 83% iškėlimo ir gelbėjimo reikalavimų, o S serijos - 67%, o P serijos - 41%. Gamintojai rekomenduoja ES modelius projektui, kuriam reikia ¥ 60% funkcijų naudojimo.

Geriausios dislokavimo ir veiklos vykdymo praktikos

Skirimo procesas, atliekamas statinių paleidimo naudojant guminius oro pagalves

Sėkmingai dislokuoti įrenginius reikia atlikti trimis pagrindiniais etapais:

1. Priešinfliacijos patikrinimai Patvirtinti medžiagos vientisumą ir suderinamumą su laivo svorio centru
2. Stagnerinė infliacija Palaipsniui paspauskite į 80-85% pajėgumo naudojant sinchronizuotas siurblius
3. Kontrolinis iškrovimas – Palaikyti 0,8–1,2 MPa slėgio skirtumą tarp gretimų oro pagalvių

2023 m. analizavus 47 laivų statymo įmonių nustatyta, kad standartizuoti protokolai sumažino paleisties nesėkmes 62 % lyginant su laisvais metodais.

Strategiškai išdėstytos jūrinių gelbėjimo guminės oro pagalvės po paskendusiais laivais

Optimalus išdėstymas sulygina pakėlimo efektyvumą ir konstrukcijos saugumą:

Tarptautinė jūrų gelbūjimo sąjunga rekomenduoja 25–35% visų oro pagalvių talpinti prie laivo nosies ir galo silpnose vietose, kad būtų užkirstas kelias korpuso įtrūkimams perkėlimo metu.

Pripūtimo ir valdymo sistemų sinchronizavimas perkėlimo operacijų metu

Šiuolaikinėse operacijose naudojamos PLC valdomos kolektorių sistemos su ultragarsiniais storio matuokliais, kad būtų išlaikytas ±5 % slėgio nuokrypis tarp oro pagalvių. Duomenys rodo, kad sinchronizuotos sistemos pasiekia 92 % greitesnio išplaukimo įvairiose jūros sąlygose ir sumažina apkrovas 78 % (Marine Technology Society, 2024). Pagrindinės saugos priemonės apima automatinio slėgio nuleidimo vožtuvus ir dirbtinio intelekto valdomą apkrovos perskirstymą, kad būtų reaguojama į seklumų judėjimą.

Praktiški atvejai ir svarbiausių tendencijų analizė naudojant dvigubo paskirties guminės oro pagalves

Iškėlimas įstrigusio krovininio laivo naudojant oro pagalves laivų paleidimui Pietų Rytų Azijoje

Grįžtant į 2023 metus, gelbėjimo komandos pavyko sugrąžinti 12 tūkstančių nešulinių tonų krovininį laivą atgal į vandenį, po to, kai jis prisivertė ant jautrių koralų rifų. Jie naudojo tuos standartinius laivo paleidimo balionus, apie kuriuos visi žino. Komanda išdėstė 28 tokius balionus palei laivo kairę pusę ir tiksliai suderino jų pripūtimą su įplaukiančiomis ir išsiplepiančiomis potvynių bangomis. Tai leido jiems pamažu padidinti laivo plūdrumą, nekezint jokios papildomos žalos. Tai, kas tikrai padarė įtaką, buvo stebėjimas, kad slėgio šuoliai viršijo 0,8 MPa. Skaičius pasirodė esąs labai svarbus, kaip pažymėjo specialistai iš Jūrų gelbėjimo medžiagų ataskaitos savo 2024 metų leidyboje, kaip svarbų rodiklį tokio tipo operacijoms atlikti.

Dvigubos paskirties taikymas: Naujo laivo paleidimas ir apsivertusio autotransporto laivo atkūrimas

Filipinuose viena vietinė laivų statykla neseniai panaudojo tuos pačius oro pagalvius dviem skirtingiems tikslams. Pirmiausia jie padėjo paleisti milžinišką 90 metrų ilgio RoPAX tiplo garlaivį, o po kelių mėnesių – vėl buvo panaudoti, kad išgelbėti laivo apsivertusį brolį nuo vandenyno dugno. Visus labai nustebino, kaip gerai dirbo sintetinio šinio armatūra per visus šiuos veiksmus. Medžiaga turėjo nuo šešių iki aštuonių sluoksnių, kurie pasirodė esantys pakankamai stiprūs ne tik paleisti kažką, kas sveria daugiau nei 3 200 tonų, bet ir išlaikyti kelias savaites trukusį vilkimą per nelygų jūros dugno nuosėdas gelbėjimo operacijos metu. Po visų patikrinimų inžinieriai nustatė, kad medžiagos nubrozdinimų buvo mažiau nei 3 procentai. Tai reiškia, kad šie oro pagalviai gali atlikti kelias funkcijas, jei tik svorio pasiskirstymas bus laikomas saugaus ribose, ypač kai apkrova neviršija apie 75 procentų sistemos galios.

Išvados iš nesėkmingų jūrinių gelbėjimo oro pagalvių operacijų

• Oro pagalvės, skirtos 150 tonų paleidimams, plyšo esant 80 tonų dėl nelygaus kontaktinio su jūros dugnu
• Nepaapdintas guma prarado savybes dėl druskos vandens prasiskverbimo per ilgalaikę naudą
• Nepakankamas realaus laiko stebėjimas uždelso nutekėjimo aptikimą

Šios problemos privertė atnaujinti ISO 23904-2023 standartą, kuriame yra privalomi gelbėjimo operacijoms skirti stiprinimai ir korozijai atsparūs sluoksniai

Pažanga guminės oro pagalvės ilgaamžiškumo ir inteligentinių stebėjimo sistemų srityje

Naujausios karta turi 2 mm chlorbutilo gumos apdailą ir integruotus IoT apkrovos jutiklius, kurie padidina eksploatacijos laiką 40 % druskiniame vandenyje. Bandomieji duomenys rodo, kad šie jutikliai aptinka mikro plyšius 8–12 valandų prieš matomą sugadinimą, sumažinant avarinių situacijų riziką 67 % (Jūrų saugos taryba, 2023). Gamintojai siūlo modulinius dizainus, leidžiančius modernizuoti senas oro pagalves su inteligentinėmis stebėjimo funkcijomis