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轮船如何安全顺利下水?

核心目标

下水的核心目标是在可控的、安全的状态下,将一个数千甚至上百吨重的庞然大物,从建造平台(如船坞或船台)平稳地转移到水中,这个过程需要克服巨大的摩擦力,并确保船体入水后能稳定漂浮,不会发生侧翻或碰撞。


主要下水方式

根据船厂的地理条件、船型大小和成本效益,主要有以下几种下水方式:

轮船如何安全顺利下水?-图1
(图片来源网络,侵删)

船坞下水

这是最常见、最可控的方式,尤其适用于大型船舶和现代船厂。

  • 原理: 船只在陆地的干船坞内建造,下水时,打开船坞与大海之间的坞门,然后通过水泵或利用潮汐,将船坞内的水慢慢灌满,随着水位上升,船体产生的浮力会逐渐克服其自身重量,最终使船只漂浮起来,然后由拖船牵引出坞。
  • 优点:
    • 安全性极高: 整个过程缓慢、平稳,完全在水浮力的作用下进行,对船体结构没有冲击。
    • 时间灵活: 不受潮汐限制,可以根据生产计划随时进行。
    • 适用性广: 几乎适用于所有类型的船舶,特别是超大型集装箱船、邮轮、航母等。
  • 缺点:
    • 成本高昂: 需要建设巨大的干船坞和坞门,水泵系统也很昂贵。
    • 效率较低: 灌水和排水过程非常耗时,可能会影响船坞的周转率。

纵向下水

这是一种非常传统且壮观的方式,常见于历史悠久的船厂或没有干船坞的船厂。

  • 原理: 船只在倾斜的船台上建造,下水时,松开固定船体的“止滑器”,巨大的船体在重力作用下,沿着涂有特殊润滑剂(如牛油、肥皂或现代高分子润滑剂)的木质或金属滑道,高速滑入水中。
  • 关键要素:
    • 滑道: 倾斜的轨道,是船体滑行的路径。
    • 下水支架: 连接船体和滑道的巨大钢结构,将船体重力均匀传递到滑道上。
    • 润滑剂: 大大减少摩擦力,确保船体能顺利滑行。
    • 止滑器: 强大的制动装置,用于在下水前固定船体,并在必要时控制下滑速度。
  • 优点:
    • 投资相对较小: 相比干船坞,船台的建设成本较低。
    • 场面壮观: 是船厂和当地社区的重要庆典活动。
  • 缺点:
    • 冲击力大: 船体以很高的速度入水,会产生巨大的冲击力,对船体结构,特别是艏部和艉部,是一种考验。
    • 风险较高: 速度和姿态难以精确控制,如果计算失误,可能导致船体侧翻、搁浅或损坏。
    • 受潮汐影响: 必须选择高潮位时进行,以确保有足够的水深,避免船体在滑行到终点前“坐底”(搁浅)。

横向下水

这种方式较少见,通常用于船坞宽度受限,但长度足够的船厂。

  • 原理: 与纵向下水类似,但船体是沿着与船坞中心线垂直的方向滑入水中。
  • 优点: 可以在较窄的船坞内进行。
  • 缺点: 船体入水后,由于惯性和水流作用,非常容易发生横摇(侧向翻滚),危险系数极高,因此现代船厂已基本淘汰此方法。

浮船坞下水

这是一种结合了船坞和浮力的灵活方式。

轮船如何安全顺利下水?-图2
(图片来源网络,侵删)
  • 原理: 先在陆地上或浅水区的浮船坞上建造船体,向浮船坞的压载舱注水,使其下沉到足够深度,将建造好的船只牵引到浮船坞上,再次排出压载舱的水,使浮船坞上浮,从而将船只托出水面,漂浮在水面上。
  • 优点: 非常灵活,适用于各种规模的船厂,特别是那些没有大型干船坞的。
  • 缺点: 操作复杂,需要精确控制浮船坞的浮力。

现代下水流程:以“船坞下水”为例

现代船厂大多采用船坞下水,其流程可以概括为以下几个阶段:

第一阶段:下水前准备

  1. 工程计算与模拟: 工程师团队会进行精确的浮力计算、结构强度分析和稳性计算,确保船体在入水过程中和入水后都能保持稳定,现代船厂还会使用计算机进行模拟,预测船体的姿态和运动。
  2. 坞内设备拆除: 移除所有不属于船体本身的临时支撑、脚手架、管道和电缆。
  3. 船体密封与检查: 确保所有水密门、舱口盖都已关闭,并进行水密性测试,防止下水后进水。
  4. 安装拖曳设备: 在船艏和船艉安装好拖曳用的缆桩和导向装置,并预先布置好拖缆。
  5. 坞门准备: 检查坞门的密封性和开启机构,确保万无一失。

第二阶段:灌水与起浮

  1. 开启坞门: 打开船坞与大海之间的坞门。
  2. 开始灌水: 启动大功率水泵,向船坞内注水,这个过程可能需要数小时甚至数十小时,具体取决于船坞大小和泵的功率。
  3. 实时监控: 工程师和团队会密切监控:
    • 水位: 确保水位平稳上升。
    • 船体姿态: 使用激光测距仪、GPS等设备,实时监测船体是否平稳、有无倾斜。
    • 结构应力: 在关键部位安装传感器,监测船体结构的应力变化。
  4. 起浮: 当水位上升到一定程度,船体产生的浮力开始克服其重量,船体会慢慢从支撑墩上“抬”起来,最终完全漂浮在水面上。

第三阶段:出坞与拖航

  1. 连接拖轮: 当船体完全漂浮后,外界的拖轮会靠近船坞,并与船上的拖缆连接。
  2. 解缆与移出: 解开船坞内固定船只的缆绳,在拖轮的牵引下,将新船缓缓移出船坞。
  3. 停泊至舾装码头: 将船只拖到旁边的舾装码头或泊位,进行最后的设备安装、内部装修、测试和调试工作,为交付做准备。

轮船下水是一个融合了力学、流体力学和精密工程管理的复杂过程,从传统的“重力滑行”到现代的“水浮力起浮”,技术的进步让这个过程变得越来越安全、可控,无论是哪种方式,其背后都是无数工程师和技术人员智慧的结晶,标志着一艘巨轮从蓝图走向海洋的关键一步。

轮船如何安全顺利下水?-图3
(图片来源网络,侵删)
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