一种用于削弱水中爆炸冲击波载荷的柔性防护装置

技术领域

本发明属于工程安全技术领域，具体涉及一种用于削弱水中爆炸冲击波载荷的柔性防护装置。

背景技术

根据文献调研和相关资料查询结果发现，目前已有的水下爆炸防护技术措施，主要是服务于舰船潜艇等武器装备，目前应用最多的防护形式主要包括一下三种。第一种是在舰船表面敷设大量体积为空腔的抗冲击瓦，由以橡胶材料为基材的内、外表层和夹在中间的特殊空腔结构芯层组成，内表面与舰艇外板通过黏结剂粘贴。第二种为采用钢-泡沫夹层板或其他特殊结构形式代替原来的钢结构作为船体外板，可以利用泡沫或其他特殊结构的吸能作用。第三种形式为在舰船艇侧布置防雷舱，其最外层为空舱，可迅速衰减水中的冲击波并提供外板变形的空间；从外起第二层为液舱，主要作用为衰减爆炸弹片及外板碎片的速度；第三层又为空舱，以再次阻隔冲击波对基本防护板的破坏作用。

然而对于海岸保障平台和重大水工库坝等大型结构设施，国内外开展的水下爆炸工程防护技术研究则相对还非常少，目前主要是采用气泡帷幕对水下爆炸冲击波进行衰减，但是气泡帷幕作为水下爆炸防护具有诸多不足，如对于大面积的防护需要多台高功率空气压缩机同时工作、在深水难以布设固定以及最重要的是无法得知水下意外爆炸的时刻，即气泡帷幕属于持续消耗式的防护技术措施，在工程应用上有诸多的限制。因而开发出一种布设便捷且非持续消耗式的水下爆炸冲击波削弱装置具有重要意义和实用价值。

发明内容

为解决上述存在的问题，本发明目的是提出一种用于削弱水中爆炸冲击波载荷的柔性防护装置。

本发明为达到上述目的采用如下技术方案：

一种用于削弱水中爆炸冲击波载荷的柔性防护装置，柔性防护装置具有可在水中漂浮的漂浮圆筒；所述的漂浮圆筒上缠绕有气泡膜；所述的气泡膜为缠绕在漂浮圆筒的多层，且最内层所述的气泡膜与所述的漂浮圆筒固联；最内层所述气泡膜的端头连接有配重夹板；多层所述的气泡膜在水中利用的配重夹板重力与漂浮圆筒的浮力设置在竖直水中，并形成用以对水中爆炸冲击波进行衰减的空气隔层；气泡膜包裹了数量众多且独立的小体积空气，当其处于水体中时，由于受到薄膜的密封限制而无法自由上浮，可长久的停滞在水体中，因此多层的气泡膜叠加可以在水中形成一定厚度的空气隔层，且无需外部耗能供气；利用波阻抗失配原理，对水中爆炸冲击波进行衰减；此外，冲击波在挤压气泡破裂的同时，聚乙烯薄膜的变形吸能、以及密集气泡产生的局部湍流对冲击波传播路径的扰乱，均可以进一步削弱冲击波的强度。

所述的配重夹板为夹紧在气泡膜下部的不锈钢钢板。

所述的漂浮圆筒为两端密封的PVC塑料管。

所述配重夹板的两端分别通过牵引绳连接有漂浮球。

本发明提出的一种用于削弱水中爆炸冲击波载荷的柔性防护装置，该装置在水中开展后，通过多层聚乙烯气泡膜，将一定量的空气限制在水中，形成一道空气隔层；由于空气的波阻抗比水小很多，当水中爆炸冲击波传播到空气与水的交界面时，水下冲击波将主要在介质交界面处发生反射，其透射系数较小，只有少部分能量透射到空气介质当中，因此可有效缓冲水下冲击波来削弱爆炸破坏效应。

此装置与自由气泡帷幕相比，不需要一直向水下输入压力气体来保持水中空气的占比，属于绿色非消耗式；此外，可根据不同水深改变气泡膜的竖向长度，根据预测载荷的大小设计气泡膜的层数，对于较大的防护面宽度可并排布设多个该装置；在使用时，解开捆扎绳后放置于水面上，配重夹板在重力的作用下下沉，即可牵引气泡膜卷柱旋转展开，还可通过牵引绳调整该装置的位置，布设非常便捷和高效。

本发明可对水下爆破拆除时的周围结构进行防护，以及降低高桩码头、沉箱码头、跨海大桥、过江隧道等结构的水中构件，在意外或蓄意爆炸载荷下的损伤破坏。

附图说明

图1为本发明设计的水中爆炸冲击波削弱装置的展开状态示意图。

图2为本发明设计的水中爆炸冲击波削弱装置的收纳状态的正视图。

图3为图2的侧视图。

图中：1、气泡膜；2漂浮圆筒；3配重夹板；4牵引绳；5漂浮球。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本专利，下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

如图1所示，一种用于削弱水中爆炸冲击波载荷的柔性防护装置，该装置由气泡膜1、漂浮圆筒2、配重夹板3、牵引绳4和漂浮球5组成。所述的气泡膜1，为多层常规和定制加厚的聚乙烯气柔性泡膜，该气泡膜具有较好的缓冲吸能作用，平时主要用作物品的包装材料，减轻或防止跌落挤压等造成的损坏；聚乙烯气泡膜包裹了数量众多且独立的小体积空气，当其处于水体中时，由于受到薄膜的密封限制而无法自由上浮，可长久的停滞在水体中，因此多层的气泡膜叠加可以在水中形成一定厚度的空气隔层，且无需外部耗能供气；利用波阻抗失配原理，对水中爆炸冲击波进行衰减；此外，冲击波在挤压气泡破裂的同时，聚乙烯薄膜的变形吸能、以及密集气泡产生的局部湍流对冲击波传播路径的扰乱，均可以进一步削弱冲击波的强度；目前市场上聚乙烯气泡膜相对较大的宽度在1m左右，若需要更大的防护面宽度，可定制生产更宽的气泡膜，或使用透明胶带将多块气泡膜拼接使用；或将多个宽度不足的防护装置并排布设。所述的漂浮圆筒2，通常由直径100mm且两端密封的PVC塑料管组成，一方面可以在水中提供额外的浮力用于增加气泡膜对抗水流冲击的稳定性，另一方面可以作为卷轴核心为收纳提供受力支撑；在使用时将气泡膜用力卷在其上约两圈，再使用塑料扎带、绳线或钢丝等进行均匀穿孔捆扎固定。所述的配重夹板3，通常由截面厚度15mm×高度40mm的长条形不锈钢板加工而成，钢板长度依据装置的防护宽度确定，钢板上通常预留间距150mm的孔洞，为增加钢板的夹固效果通常在钢板的内侧表面设置横向齿纹，两条钢板夹住多层气泡膜后拧紧螺栓或采用其他紧固方式进行固定；所述的牵引绳4，通常采用耐水的柔软细绳，长度依据水深适当确定，一端拴系在配重夹板上，在收纳状态时用于捆扎整个装置，在展开使用时，自由端拴系或卡扣在漂浮球上，防止牵引绳坠入水底且方便找寻；若要调整装置的位置，可通过牵引绳拖拽水底的配重夹板实现，若要取走使用过的装置，可通过牵引绳将配重夹板提出水面再进行收纳。所述的漂浮球5，通常为封闭的塑料球或者其他形状的小型漂浮物，通常预留孔洞或者卡扣，以方便连接牵引绳。

气泡膜的自重很轻且处在水中时有较大的浮力，为了将气泡膜在水中顺利展开，在其下部设置一定的配重；配重采用两条不锈钢钢板，夹住气泡膜的下部，钢板上均匀间隔开孔，可用螺栓拧紧固定；若气泡膜层数增加到需要更大质量的配重时，模块化钢板的数量可根据需要增加，采用对应长度的螺栓固定。

在布设之前，为便于搬运存放和节省空间，该装置处于收纳状态。收纳时以漂浮圆筒为卷轴，将气泡膜沿纵向全部卷起，直至配重夹板贴紧气泡膜圆柱体，此时配重夹板的两条牵引绳刚好作为捆扎绳，将整个装置进行捆绑固定。

以上实例仅为本发明的一种实施方式。其具体结构和尺寸可根据实际需要进行相应的调整。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明专利的保护范围。