万吨轮推进器爆破拆解技术

完成时间：1985年9月～1990年8月

完成单位：福建高能建设工程有限公司(原福建省高能爆破公司)

项目主持人及参加人员：陈绍潘、曹宁健、杨一航、郑育祥、程大华、郑荫文、林锋华、柯钦龙

撰 稿 人：陈绍潘

1.引言

    万吨轮推进器单体重量达十几吨至几十吨不等，大多为铜合金铸成，其拆卸及解体是船体拆解工作的重要组成部分。拆卸推进器曾用过人工锤击法，还有直接采用气割枪割断尾轴，工效都很低。铜质螺旋桨的解体，仍然采用手工方法解体。一只铜质螺旋桨手工解体的周期长达1～2个月，并且劳动强度大，效率低。因此，过去万吨轮推进器的快速、高效拆卸与解体是我国拆船业普遍存在的一个难题。

20世纪80年代初，我们在金属钻孔爆破切割及金属动力脆性断裂研究和论证的基础上，研究出聚能爆破切割与水压力爆破拆解铜质螺旋桨的方案，先后在福建的福州、东山、霞浦、漳浦、厦门、莆田等6个拆船厂成功拆解26个推进器，取得了良好效果。而后又通过若干拆船点实际现场技术推广，均获得成功。爆破拆解法与人工火焰切割法相比，可降低成本10倍，周期加快15倍，此外，还能提高解体质量，减少铜耗。

2.爆炸拆解铜质螺旋桨的基本原理

由于万吨轮巨型推进器很难用人工火焰切割拆解，人们大多会想到爆破解体，而一些研究所和拆船企业往往选择采用同岩石爆破一样的钻孔爆破。但是金属爆破解体和切割与非金属材料有本质的不同，因为金属强度要比非金属强度大几百倍，量变引起质变。并且钻孔和接触爆破的应力强度因子 。刚体相应应力强度因子K_ID也成倍增加。因此，简单采用钻孔爆破，在原理上就不成立。

同时，金属钻孔本身施工成本高，而且存在铜耗大、空气冲击波强度大及爆破飞片不易控制等问题。就像一个炮弹，覆盖防护设施等问题很难解决。

为此，我们将其作为一项新技术攻关项目加以研究。在充分研究金属材料聚能切割爆破、金属动力脆断特性及水下爆炸理论的基础上，研制出“聚能爆炸切割水压力惯性约束解体螺旋桨”新技术，开拓球探篮球比分_球探体育app下载-直播|官网新领域。它的基本原理可归结为：

  (1)利用聚能爆炸金属射流与切割原理，进行工件的预切割。

  (2)利用能量守恒原理提出使导流帽、螺旋桨脱落所需的炸药量。

  (3)水是良好的传能介质，通过水将炸药的能量传递给解体的工件，使工件在冲量作用下解体。

    (4)通过水压力缓冲炸药接触爆炸的加载速率，使金属体动力应力强度因子接近于静态应力强度因子，并且遵循金属脆断原理。

    (5)通过水作为良好的消波介质和覆盖体，确保施爆安全。

因此，推进器拆卸及螺旋桨的解体均在潮水上涨将其淹没时施爆。

3推进器拆卸方法及药量计算

    推进器是由导流帽、螺旋桨、截锥形的尾轴及尾轴螺帽等组成的。

3.1推进器导流帽爆破拆除药量计算

    根据能量守恒原则：

式中Q----爆破切除导流帽的药量；

    U----炸药比能；

    x----炸药的能量利用率；

    F----导流帽固紧螺栓直径；

    t----导流帽固紧螺栓抗剪强度；

    n----导流帽固紧螺栓个数。

    根据按上式计算的能量，将炸药固定于导流帽檐的一侧，在涨潮或海水淹没1m以上时，进行起爆切除，一般均能一次性切除成功。

3.2推进器的脱轴爆破药量计算

    根据能量守恒原则，炸药爆轰波能量应大于等于使推进器产生移动(最小初速度波)的动能：

式中 Q----推进器爆破脱轴药量；

     G----推进器的质量；

     g-----重力加速度；

     U----炸药的比能；

     v----推进器移动的最小初速度。

    根据按上式计算的药量，对药包做好防水处理后，置于螺旋桨与尾轴套之间，在涨潮后，进行起爆脱轴，均能获得满意的完全脱轴效果。

    例如：在福建爆炸拆船时，拆卸一个35t重的推进器，采用上式计算，药量为14.5kg。

4螺旋桨一次性聚能切割、水压力惯性约束爆破解体技术

    螺旋桨材质一般为铜合金，也有铸钢件或不锈钢件，以上都是用氧一乙炔切割枪难以切割或不能切割的材料。但采用聚能爆炸水压力解体螺旋桨是一种成功的方法。

(1)     聚能管侵彻药包。它用于侵彻金属工件的预切口，其结构见图1。

图1  聚能管侵彻药包

    金属圆管的上半圆相当于金属罩，半圆形聚能穴的半径为R，下半圆的距离相当于炸高h₀。圆管的壁厚d=0.07R，其两端密封防水，以便形成聚能稳定射流。

聚能切割药包和中心解体药包在螺旋桨推进器中的布置见图2。

图2  螺旋桨爆破解体药包布置

  (2)根据冲量公式，计算解体脆断药量：

式中  d----药包圆管壁厚；

H----药包高度；

N----推进器叶片数量；

      K_ID----推进器的动态应力强度因子；

      B----炸药冲量系数；

      C_P----推进器材料的波速；

      a----预切口计算深度。

    经计算，爆炸解体的药量为：Q=2.95kg，实际爆炸时，取3蝇。

    (3)利用接触爆炸(将炸药紧压在预切口上)，并且在桨心中央外加一个1kg的炸药包，以加长预切口的深度。每次爆破切口深度大约为0.1～0.15m。

  (4)进行数次爆炸，即可将螺旋桨解体。

5爆炸灾害波及范围的验算

    与工程爆破相似，爆炸灾害大体上有空气冲击波、飞片及爆炸地震波三种，其波及范围计算如下。

5.1 空气冲击波波及范围

    爆炸水压力解体作业，属于浅水层爆破。

    当螺旋桨解体爆炸药量为3kg，工件没在水下0.5m深度时，经计算，距离爆源50m处，大气中的空气冲击波超压为AP=6×10²Pa。

5.2爆炸地震波强度

    爆炸切割水压力约束爆破解体时，引起的地表振动速度，可按振动冲量计算：

式中 v----垂直振动速度；

     I----爆炸振动冲量；

     R----爆点爆炸波及距离；

     K_ID----系数，对于岸坡水饱和土壤，取K_B=60～80。

5.3螺旋桨飞片波及范围

    由于叶片附加质量很大，又是在水中爆破，飞片速度几乎趋近于零。所以，不必考虑其波及范围。

6结语

    1985～1990年的5年间，我们应用爆破拆船新技术共爆破23个推进器，合计612t铜合金以及船体的大型铜铸件1600t，均获得较好的爆破效果，未发生任何事故。