CN1435354A - 水封气浮罩 - Google Patents

Abstract

水封气浮罩，是继木竹类的自然浮体、敞口容器的船类浮体和充气的密闭容器浮体之后的第四类浮体，是一个由敞口的罩体容器构成的充气浮体。其浮力是靠充入的气体自罩体容器内部排除水体而产生的。而且，罩体容器充入气体之后，其敞口是由下面的水体负责密封的。利用水封气浮罩的六项优异特性开发设计的铺海地砖、水下供气室、和海上救生船等多种产品，新颖实用，用途广泛，别具一格。其它浮体，望尘莫及。

Description

水封气浮罩

水封气浮罩是继木竹类的自然浮体、敞口容器的船类浮体和充气的密闭容器浮体之后的第四类浮体，是一个由敞口的罩体容器构成的充气浮体。

水封气浮罩的结构简单，仅由一个敞口朝下的容器即罩体容器构成。任何不漏水不透气的敞口的固体容器皆可成为罩体容器用来制成一个水封气浮罩。其方法是，把水中的罩体容器垂直(敞口朝下)放置，向其内部充入气体。充入的气体会自动地自上而下逐层地排除罩体容器内部的水体，使罩体容器变成了一个充气的浮体，慢慢上浮起来。排除的水体越多，所产生的浮力就越大，浮力的具体数量，可根据阿基米德定律求算出来。

在充入气体之后，罩体容器的敞口，是由下面的水体负责密封的。罩体容器的倾斜和翻倒会造成气体外泄，进而导致浮力的减小和丧失，因此，在使用过程中，始终维持罩体容器处于垂直的浮立状态是致关重要的。

罩体容器的倾斜和翻倒是由于充气浮升后，其整体重心偏高所致。针对这一原因，应采取以下措施加以解决。(1)在设计和制造时，要尽可能地降低罩体容器的重心。(2)将多个罩体容器连结成一体把整体面积做大，可使高度相对下降，重心也随之降了下来。(3)在罩体容器下部增设水下中心配重物。(4)垂直固定在其他物体(如岩块、石壁、海底基岩、墙体)上。为了保证万无一失，以上措施宜组合使用。

水封气浮罩与用途广泛的船类浮体相比，具有以上优异特性：

1、浮力比相同容积的船类毫不逊色。容积相同时二者的最大浮力是一样的。

2、水封气浮罩不怕浸水，拖入水下时，变化不大的浮力依然存在；船类一旦浸入水中，浮力顿时消失。

3、为了在局部面积上获得更大的浮力，可以把多个水封气浮罩垂直串接成一体加以实现，而船类则无法办到。

4、船底和船帮的内外两侧所受的压力不同，存在着压力差。浸水越深，这个压力差就越大。具有破坏船体的潜在作用。因此，一般的船底和底下的船帮都要进行加固处理。水封气浮罩***水中的罩体容器壁，其内外两侧的水体是相通的，不论浸水多深，不存在压力差，所以受力均衡，不易损坏，更无须加固处理。

5、用于制造“铺海地砖”时，将比使用船类浮体更为安全可靠，更节省材料。

6、置于水下时，水封气浮罩的敞口充气室，可为水下工作、生活和娱乐的人类极为方便地提供时刻不可或缺的空气(氧气)。很显然，这是其他任何浮体都无法办到的。

本发明的设计目的，是想把水封气浮罩的这些优点特性充分开发利用起来，及早用与社会，造福于人类。

水封气浮罩具有多种用途，这里仅选“铺海地砖”、“水下供气室”和“海上救生船”三种实用新型，做如下重点介绍。

一、铺海地砖

铺海地砖是海上“造地”用的大型砖式浮体材料，是多个水封气浮罩的“集合块”，由多个连体的罩体容器用钢筋水凝土一次性浇铸成型。其中的单个罩体容器为桶状，底面呈矩形或正六边形。为了便于联结在一起形成一个完整的地表平面，每块铺海地砖也为矩形或正六边形。欲造的地面是由各个罩体容器的底面拼接在一起自然形成的。如果改用敞口容器的船类浮体的话，显然无法自然形成地面，势必格外投资建造水泥盖板，盖在所有船上才能铺成地面。这就是水封气浮罩第5个特点中所指的“更节省材料”。

铺海地砖应根据需要不同，设有多种规格。单块面积一般应为100m²-1000m²。厚度要依据浮力需求，按着厚度每增加1m，可提高浮力1千kg/m²的关系加以确定，并要留有余地。单个罩体容器底面的形状及尺寸，不仅要与其高度(即地砖的厚度)相协调，还要与将来上面的建筑物的地基联系起来统筹考虑，进行优化设计。

在制造时，每块铺海地砖之间准备互相连结之处，要预留出断壁和钢筋头，以供铺装时浇注水泥连成一体。地砖的上表面也要露出钢筋头，以便将来与上面的建筑物连成一体。

铺海地砖具有水封气浮罩的全部优点。它有以下具体用处：

1、铺海地砖是铺造***舰底的首选材料。其优点是：(1)底部的水封气浮罩浮体，加上上部的船类浮体，具有双重浮力，能轻而易举地满足航母对浮载力的巨大需求。(2)水泥浇铸比一点一点的焊接米的快，所以可缩短造舰工期。(3)可节省优质钢材，大大降低航母造价。(4)舰底的力学性能好，而且防腐蚀能力也优于任何金属，坚固耐用，不用维修，可保百世不坏。(5)舰下的充气室可以驻藏水兵，既方便水下敌情的侦察和监测，又便于施展水下单兵作战能力。(6)水下充气室还可贮存鱼雷、导弹等水下发射的武器，使用起来方便、迅速、荫蔽。(7)在负载不变的情况下，可对航母浮出水面的高度作适度调整，以迎合各种需要。(8)可使航母局部受损后不易沉没。

2、可用来加宽、新建现代化深水港口和码头。以往修建港口码头，多是采用移山填海方式进行。工期既长，费用又高；不仅破坏了大片的青山植被；火药残碴、粉尘又严重地污染了碧水。采用铺海地砖建之，可以克服上述诸多弊端，收到巨大的经济效益和社会效益，而且所建码头的地面还具有自动升降功能，更能满足现代化的需求。

3、可用来建造海上移动机场和空军基地，有利于海战能力的提高。

4、可建造巨型平板拖船。它形同双层的水上大停车场，专供汽车轮渡之用。汽车由专用码头上直接开上开下，装卸船的时间甚短，不需要货场。汽车上的货物可一次运送到位，减少了多次倒运过程，既避免了倒装损失，又赢得了宝贵的时间。它是高速公路网在海上的延伸，有助于货畅其流，加速***建设。在我国最适用于渤海海峡、琼州海峡和台湾海峡。

5、可用来建造水上娱乐城，提高渡假、观光、旅游档次。

6、可用作海岛的周边整形和局部造地。

7、可用来建造海疆水上哨所。

8、可为湖、海公园填造水上凉亭。

9、可供非常时期在江河之上搭设临时浮桥。

10、克服掉巨大浮力，可用作水下大型供气室。

二、水下供气室

水下供气室是水封气浮罩的敞口充气室在水下的直接利用。

人类不能长时间在水下从事活动的主要原因就是解决不了水下的呼吸问题。水封气浮罩的敞口充气室恰好能把空气和氧气带入水下需要的地方，极为方便地供人们呼吸之用。为人类进驻水下创造了条件。

水封气浮罩用做水下供气室时，必须首先克服浮力置于水下。大型的或永久性供气室要通过绳索或立柱固定在海底基岩上，小型的则采取加大底部配重的方式加以固定。水下供气室也要始终保持垂直浮立状态，并且要有专门供气***及时补给新鲜空气或氧气。

水下供气室有以下多种具体用处：

1、水下临时休息室。可做成简易帐蓬式，置于水下施工现场。潜水施工人员可在里面摘掉氧气面罩进行喝水、进食、聊天、休息。若把它移用到海滨浴场的深水区，与水面上的凉亭相配合，不仅可供泳者休息，还兼有安全救护作用。

2、水下逍闲凉亭。凉亭顶盖即为大供气室，要透明，新颖别致，内设地板、围栏、坐椅，三、五十人进入其内，不论是站是坐，至少上半身在空气中。可作为永久性建筑选建于水下风景秀美之各处，供水下观光旅游者呼吸、赏景和休息之用。

3、水下游览长廊。它是用间距2-3m兼作来往扶手的两根平行供气管道把无数个小凉亭与各逍闲凉亭链接在一起构成的水下游览通道。小凉亭的顶盖，是透明的小供气室，仅供人们在往返于逍闲凉亭的途中呼吸换气之用。各相邻的两亭之间，为吸上一口气能够到达的距离：20-30m。人们只要有兴趣，着泳装就可进入大陆架水底一游了。

4、水下观光缆车。是水下景点之间运送游人的交通工具。跟陆上不同的是，罩有透明供气室的双座缆车是固定且漂浮在缆绳之上的。

5、还可建水下楼堂馆所，如住宅楼、结婚礼堂、食堂、旅馆、游艺馆、疗养所、科研所等等。其大型供气室皆由特制的铺海地砖定置在水下构成。由于充气室比房间还要大，所以人们可以像在陆地上一样，西装革履地在里面工作和生活。别具情趣的是，家家漂浮地板上的一角都有一口带扶梯的水井，着泳装的客人皆由水井进进出出。如果这些铺海地砖是由透明材料制成，那么这个水下乐园就真的成了“水晶宫”了。它们宜建在水下游览长廊和水下观光缆车的可及之处。

6、水下翱翔器。是一种单人使用的水下交通工具。透明的供气室呈巨大的头盔式与座椅为一体，共同固定在下面的球台形配重室上。配重室底部为配重物，上部贮存高压空气。翱翔器的升降由改变头盔供气室的最大容气量来加以控制；水平行驶由小型风动螺旋浆驱动。高压空气驱动作功后，上升进入供气室里；主沉浮、供呼吸，一气三用。它可民用于水下旅游业和渔业，也可用来装备舰下驻藏的水兵。

7、可为渔塘供氧。供气室置于渔塘中，经常充入的新鲜空气长时间保留在水下，可以提高水体的氧溶量，有效地为渔塘增氧。

三、海上救生船

海上救生船是以中央凹陷的伞状罩体容器为主体的多功能水上救生工具。它是水封气浮罩的浮力特性和充气特性的综合利用。

海上救生船的主要构造如附图所示。伞状船体(1)的中央盆状凹陷部分与焊接其上的主舱罩(2)共同构成了主舱(3)。主舱的顶端设有中心指挥所(4)，它居高临下，对周边一览无余，利于指挥。伞状船体下部为充气室(5)，充入空气船体上浮，排出空气则船体下沉，底面由水体负责密封。主舱的最下层为配重室(6)，可吸入海水或置入重物实行配重。过渡舱(7)是主舱内的一个房间，它有两个密封门，一门通往主舱(3)，另一门通往充气室(5)，是为了有人出入充气室时，仍能保持其密封状态而设计的。浅水区(8)是伞状船体边缘斜***水后自然形成的。对称的A、B两处的立轴上，各装设一台螺旋推进器，均可做360°水平旋转控制。

海上救生船的优、特点如下：

1、海上救生船的浮力大、重心低、风阻小、抗浪击能力强，更胜任在恶劣气候下执行救援任务。

海上救生船的负载力可随着充气量的增加而提高，且充气室的容积巨大，所以被救援的人员再多也不存在超载的问题。整个船体上部小，底座大，重心低，加之配重，可以牢牢地扣在水面上。集于中央的主舱罩(2)相对较小，又呈圆柱形，所以风阻很小，而且各个方向的风阻相同，不存在普通长条船类脆弱怕风的“侧面”，敢于搏击八面来风。龟背似的船身对巨浪有化解作用。

2、海上救生船既有大船的安全可靠性，又和小船一样地贴近水面，便于施救。它克服了以往致使救援工作流于形式、收效甚微的三种弊端：(1)大船安全可靠不怕风浪，却高不可攀，有劲儿使不上。(2)小船下去能救人，却又自身难保。(3)风浪中向大船上转送人员更为艰险。

3、浅水区(8)的设置，是海上救生船的独到之处。它打破了船与海之间的严格界线，为被救助人员的自救和互救提供了可能，创造了方便条件。他们一旦游入或被风浪推入该浅水区，实际上已经在不知不觉中登上了救生船，只差借助扶手和栏杆步入主舱了。依50米直径的中型船体计算，其周边的浅水区将有50×3.14＝157延长米。每人占宽一米，可供一百五十人在周边同时登船自救。施救人员打捞和运送伤员也极为方便。浅水区(8)可使整个救援工作变得轻松自如，方便简单，事半功倍。

4、船下可同时实施水下捞救工作，是海上救生船的另一特点。不论外界风浪多大，充气室(5)罩住的水面在空气的压力下，依然风平浪静。铺上浮垫作病床就是一个临时抢救室。探照灯光透过水面直入水下，为潜水员提供照明支持，使水下打捞工作有的放失。溺水者被托出水面后，直接翻身放在浮垫病床上。等在那里的医护人员立即抢救。必要时再经由过渡舱(7)转送到主舱(3)中做进一步的诊治。潜水员脱手后，转身下去再寻找新的目标。

如此快捷、实用、及时、高效的水下捞救条件，是其他任何船只无与伦比的。它将使更多的遇难者死里逃生。

5、海上救生船的两台推进器的方位角保持一致时，它可以原地向任何方向行驶，运行机动灵活。

6、海上救生船在没有救援任务的平时，是一只条件优越的旅游船。比其他船只更为安全可靠，这是其一。其二，中间高四周低的船身，正好是观光的好看台，人多也互不影响。其三，船在水中，水在船上。浅水区(8)可供游人在船上进行捉鱼、戏水。其四，船下的充气室用作水上餐厅和舞厅，别具一格，其五、充气室下边的水面是一个天然的游泳池。总之，用作旅游船，可使游人更贴近自然。

7、海上救生船近似于飞碟UFO的圆形船体与条形相比有以下优点。(1)当与其他物体发生碰撞时，撞击点稍有偏离，它就会发生旋转来化解撞击能量，使伤害减轻到最低程度。(2)当船体十分庞大时，可在A、B两点所在的圆周上均匀设置多台驱动装置以满足动力需求。可以是几台，也可以是几十台，甚至更多。超巨型的驱动装置难于加工制造，是条形***建造中的最大难点之一。如果改型为圆形，将超巨型的驱动装置“化整为零”，加工制作难度就迎刃而解了。(3)多台驱动装置与A、B两台一样，只要使它们的方位角保持相同，可使舰体原地向任何方向行驶。彻底解决了“船大调头难”的问题。相比之下，条形船尾舵式调头方式动作迟缓，即浪费时间又浪费能源。

水封气浮罩，除了以上三类用途外，还可用来制造水上大型起重设备和舰船增浮器。

舰船增浮器，是对称悬挂或焊接在舰船两侧吃水线以下的两个流线型的罩体容器。充入等量气体后，可为船体增加载重能力，也有一定的安全稳定作用。若是直接焊接在船上时，靠近船体一侧的罩体容器壁可省略不用，由船帮兼替之。

说明书附图，仅为示意图。

Claims (4)

1、水封气浮罩是继木竹类的自然浮体、敞口容器的船类浮体和充气的密闭容器浮体之后的第四类浮体，其特征是，它是一个由敞口的罩体容器构成的充气浮体。

2、根据权利要求1所述的浮体，其特征是，其浮力是靠充入的气体自罩体容器内部排除水体而产生的。

3、根据权利要求1和权利要求2所述的浮体，其特征是，罩体容器充入气体后，其敞口是由下面的水体负责密封的。

4、根据权利要求1和权利要求3所述的浮体，其特征是，为防止充入的气体外泄，罩体容器必须始终处于垂直浮立状态。