艦船水幕系統(tǒng)有效性及功能性試驗(yàn)方案研究

李斌斌　王利敏　楊星煥??

摘要：艦船的消防能力越來越受到世界各國(guó)的關(guān)注和重視，水幕系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)艦船全船的水膜的均勻覆蓋，是構(gòu)成艦船防火能力的重要組成部分。本文分析了甲板水幕系統(tǒng)的有效性和功能性包含的內(nèi)容，結(jié)合艦船不同階段的試驗(yàn)要求，對(duì)艦船水幕系統(tǒng)有效性及功能性的試驗(yàn)方案進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。

關(guān)鍵詞：艦船；水幕系統(tǒng)；試驗(yàn)方案

Abstract：The fire protection capability of ship has attacted the extensive attention of many counties.The water screem system can realize the welldistributed coverage of water film.It is an important component of the ships fire protection capacity.The effectiveness and function of water screem system on shipboard have been analysed in this paper.The test scheme of effectiveness and function of water screem system is investigated with the test requirement at different stages.

Key words：Ship；Water Screem System；The Test Scheme

艦船尤其是軍用艦船，在極其有限的空間內(nèi)裝載有大量易燃易爆的物品，如燃油、彈藥、電子設(shè)備及保障艦員生活的相關(guān)附屬設(shè)施等。因此，艦船具有火災(zāi)隱患多、火勢(shì)蔓延塊，人員疏散困難，火災(zāi)撲滅難度大等特點(diǎn)[1]?；馂?zāi)嚴(yán)重危及艦船的安全和艦員的生命，是艦船面臨的主要危險(xiǎn)之一[2]。以美國(guó)尼米茲級(jí)“華盛頓”號(hào)航母為例，2008年5月22日，其在美國(guó)西海岸航行中由于燃油的違規(guī)堆放及艦員的誤操作導(dǎo)致艦艉發(fā)生火災(zāi)，事故導(dǎo)致80個(gè)艙室被燒融、扭曲，僅燒毀的通信線纜就長(zhǎng)達(dá)120度公里，直接導(dǎo)致航母戰(zhàn)斗力癱瘓，經(jīng)濟(jì)損失達(dá)7000多萬美元。目前，艦船的消防能力被各國(guó)公認(rèn)為艦船的戰(zhàn)斗力之一，艦船消防也越來越受到世界各國(guó)的關(guān)注，各國(guó)都在不斷的改善、加強(qiáng)艦船的消防能力[3]。

艦船的消防能力包括防火能力、探火報(bào)警能力、滅火能力、人員消防能力等，其中最首要也是最重要的就是艦船的防火能力。水幕系統(tǒng)是保障艦船防火能力的重要組成部分，GJB規(guī)定排水量大于200噸的水面戰(zhàn)斗艦艇應(yīng)設(shè)置水幕系統(tǒng)。水幕系統(tǒng)分為艙內(nèi)水幕系統(tǒng)和甲板水幕系統(tǒng)。艙內(nèi)水幕系統(tǒng)用于防火隔斷或進(jìn)行防火分區(qū)，一般與鋼質(zhì)或復(fù)合型防火卷簾配合使用，在卷簾上可形成連續(xù)的水膜，以提高防火卷簾的防火可靠性[4]；甲板水幕系統(tǒng)除了可以抑制艦船紅外輻射，還可以為艦船甲板、上層建筑及其安裝的設(shè)備提供冷卻水以消除或減少火災(zāi)對(duì)艦船的危害。軍用艦船甲板及上層建筑上裝置有火炮、通訊設(shè)備、航電設(shè)備等諸多關(guān)鍵設(shè)備，一旦遭受火災(zāi)危害，后果將不堪設(shè)想，因此，有必要對(duì)甲板水幕系統(tǒng)的有效性和功能性進(jìn)行預(yù)先的分析和試驗(yàn)方案研究。

1 甲板水幕系統(tǒng)有效性及功能性分析

甲板水幕系統(tǒng)由遍布甲板及上層建筑上不同位置的噴頭和水幕管網(wǎng)組成。水幕管網(wǎng)與消防水總管相連，由獨(dú)立動(dòng)力的艦用消防泵提供冷卻水，冷卻水經(jīng)噴頭噴射，用以在甲板及船體露天表面形成致密均勻的水膜。

水幕管網(wǎng)的有效性和功能性指標(biāo)主要包括管網(wǎng)的直徑、壓力和流量等，這些指標(biāo)與艦用消防泵的性能和管網(wǎng)的實(shí)際布置密切相關(guān)，相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)水幕管網(wǎng)的有效性和功能性指標(biāo)均有嚴(yán)格的規(guī)定和要求，在此不做贅述。因此，對(duì)甲板水幕系統(tǒng)的有效性及功能性分析主要側(cè)重于對(duì)水幕噴頭的分析。研究發(fā)現(xiàn)，為了更好地實(shí)現(xiàn)水幕系統(tǒng)抑制紅外輻射和防火的作用，同時(shí)滿足水平表面、立面、裝備等的不規(guī)則面以及人員無法到達(dá)的位置的水膜覆蓋，可以設(shè)置不同數(shù)量的環(huán)形噴頭、扇形噴頭、可調(diào)角度噴頭來實(shí)現(xiàn)。噴頭的布置數(shù)量由甲板及船體的露天表面積和噴頭的性能決定，除了出口壓力和流量，對(duì)于環(huán)形噴頭，其主要性能指標(biāo)還包括噴射半徑和噴射高度；對(duì)于扇形噴頭，其主要性能指標(biāo)還包括噴射角度和噴射半徑；對(duì)于可調(diào)角度噴頭，其主要性能指標(biāo)還包括可調(diào)角度和噴射距離。為了不影響艦員和艦面設(shè)施在甲板的活動(dòng)，環(huán)形噴頭應(yīng)具有可收縮功能，使噴嘴在工作結(jié)束后能夠自動(dòng)回落至噴頭的凹槽內(nèi)，保證甲板面的平整性。噴頭在設(shè)計(jì)階段，應(yīng)通過數(shù)值仿真模擬計(jì)算和樣品試驗(yàn)確定噴頭的制造工藝和尺寸，從而獲得噴頭的性能，由于實(shí)船狀態(tài)存在著實(shí)驗(yàn)室無法呈現(xiàn)的復(fù)雜性和不確定性，需要在艦船交付之前進(jìn)行各種不同工況和程度的有針對(duì)性的試驗(yàn)，以確保水幕噴頭能夠滿足艦船服役后在不同天氣、海況下執(zhí)行不同任務(wù)的能力。

2 試驗(yàn)方案研究

一般來說，艦船交付前的試驗(yàn)項(xiàng)目包括出廠驗(yàn)收試驗(yàn)、單機(jī)恢復(fù)試驗(yàn)、系泊試驗(yàn)和航行試驗(yàn)。各項(xiàng)試驗(yàn)均需嚴(yán)格依據(jù)相應(yīng)的驗(yàn)收文件、規(guī)范或試驗(yàn)冊(cè)的規(guī)定執(zhí)行。本文根據(jù)不同階段的試驗(yàn)要求，對(duì)水幕噴頭的試驗(yàn)方案進(jìn)行研究。

2.1 出廠驗(yàn)收試驗(yàn)

出廠驗(yàn)收試驗(yàn)一般在產(chǎn)品加工、制造完成后，測(cè)試產(chǎn)品的各項(xiàng)性能和技術(shù)指標(biāo)，以保證產(chǎn)品在出廠后工作狀態(tài)和性能準(zhǔn)確性和可靠性。因此，需要嚴(yán)格依據(jù)已制定的噴頭的驗(yàn)收文件和試驗(yàn)冊(cè)對(duì)噴頭進(jìn)行驗(yàn)收，并需在相關(guān)方的監(jiān)督下進(jìn)行嚴(yán)格的性能試驗(yàn)和環(huán)境試驗(yàn)以及電磁兼容性試驗(yàn)，從根本上保證各產(chǎn)品裝船后性能、功能指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。主要包括對(duì)噴頭的外觀、尺寸、重量等進(jìn)行精確的測(cè)量，參照實(shí)船工況測(cè)定噴頭在不同壓力、流量下噴頭的各項(xiàng)性能、功能指標(biāo)，依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求進(jìn)行環(huán)境試驗(yàn)和電磁兼容性試驗(yàn)，并出具出廠檢驗(yàn)試驗(yàn)報(bào)告和合格證。

2.2 單機(jī)恢復(fù)、系泊試驗(yàn)

單擊恢復(fù)試驗(yàn)和系泊試驗(yàn)一般在產(chǎn)品交付船廠并裝船后進(jìn)行，用以檢查產(chǎn)品的完整性和安裝是正確性，并確保產(chǎn)品的各項(xiàng)功能、性能指標(biāo)在裝船并與水幕管網(wǎng)連接完成后仍然符合設(shè)計(jì)要求，并且保證其工作狀態(tài)仍然能夠保持正常，以便為后續(xù)的航行試驗(yàn)做好準(zhǔn)備，保障產(chǎn)品和艦船的正常運(yùn)行和安全。在此之前，需要備齊噴頭相關(guān)的布置圖、安裝圖、使用說明書、相應(yīng)的試驗(yàn)依據(jù)文件。水幕噴頭在安裝固定工作結(jié)束后，需要檢查配套附件的完整性，并進(jìn)行密封性檢驗(yàn)。另外，對(duì)于環(huán)形噴頭，需要檢查其噴嘴是否能自動(dòng)回落；對(duì)于扇形噴頭和可調(diào)角度噴頭，需要根據(jù)實(shí)船狀態(tài)和噴射對(duì)象調(diào)整噴嘴的朝向和噴頭的仰角。

2.3 航行試驗(yàn)

航行試驗(yàn)是艦船交付用戶前的最后一個(gè)試驗(yàn)環(huán)節(jié)，通常在艦船具備正常航行能力時(shí)進(jìn)行，測(cè)試產(chǎn)品與管網(wǎng)系統(tǒng)工作的協(xié)同性，以及產(chǎn)品在交船狀態(tài)下工作的可靠性和穩(wěn)定性，同時(shí)測(cè)試產(chǎn)品的主要性能、功能指標(biāo)是否符合艦船實(shí)際工作條件和設(shè)計(jì)要求，是保證產(chǎn)品有效性和功能性符合預(yù)期的最重要的試驗(yàn)階段。根據(jù)相關(guān)要求，水幕系統(tǒng)應(yīng)選定具有符合“水文氣象符合環(huán)境氣溫在0℃以上；無雨；風(fēng)力不超過三級(jí)”規(guī)定的外界氣象條件及能適應(yīng)艦船全速航行的海區(qū)進(jìn)行航行試驗(yàn)。另外，需要配置一架安置錄像、照相設(shè)備的保障直升飛機(jī)。艦船首先到達(dá)預(yù)定的能夠?qū)崿F(xiàn)全速航行的海區(qū)后開展水幕系統(tǒng)的航行試驗(yàn)，相應(yīng)海區(qū)的氣溫、風(fēng)速、風(fēng)向等氣相、海況條件應(yīng)在試驗(yàn)前進(jìn)行測(cè)定并記錄。試驗(yàn)開始后，開啟水幕系統(tǒng)，待水幕系統(tǒng)工作穩(wěn)定后測(cè)量并記錄艦用消防泵及水幕管網(wǎng)的工作壓力、流量，檢查每個(gè)水幕噴頭的噴射情況及水膜的覆蓋范圍和均勻度，測(cè)定無水死角區(qū)的面積。為了保證試驗(yàn)結(jié)果的全面性，需要考察風(fēng)向?qū)λ幌到y(tǒng)的工作狀態(tài)的影響，艦船需要在順風(fēng)、逆風(fēng)、左右舷旁風(fēng)四種航行狀態(tài)下各進(jìn)行一次水幕噴頭工作狀況的測(cè)量。同時(shí)，使用直升飛機(jī)在試驗(yàn)艦船上空以不同角度對(duì)全船水幕系統(tǒng)的工作狀況進(jìn)行檢查、錄像，以獲得艦船水幕系統(tǒng)的整體工作狀態(tài)和效果。另外，需要在工作監(jiān)視船上分別從試驗(yàn)艦船左、右側(cè)的前、中、后觀察和拍攝水幕系統(tǒng)工作情況。最后，依據(jù)測(cè)量與拍攝結(jié)果對(duì)水幕系統(tǒng)的水量分配、噴頭的角度位置進(jìn)行再調(diào)整和定位固定，并可通過調(diào)整相應(yīng)分段的水幕管網(wǎng)上閥門的開度，調(diào)整各噴頭的流量，以保證水幕系統(tǒng)覆蓋水膜的均勻性，保障艦船和人員在遭受火災(zāi)危害時(shí)的安全，有效提高艦船的防火能力。

3 結(jié)論

雖然現(xiàn)代艦船的防火設(shè)計(jì)日趨完善，防火能力也日益受到艦船設(shè)計(jì)部門和使用部門的重視，但水面艦船的火災(zāi)事故仍然時(shí)有發(fā)生。與防火卷簾配合使用的水幕系統(tǒng)已經(jīng)在民用建筑行業(yè)內(nèi)廣泛應(yīng)用，并起到了較好的防火的作用，同時(shí)在消弱火災(zāi)熱傳播、阻隔有毒氣體擴(kuò)散方面也有較好的效果[5]。甲板水幕系統(tǒng)可以在全船甲板和露天表面實(shí)現(xiàn)水膜的均勻和完全覆蓋，是艦船防火能力的重要組成部分，也必然能夠起到其他個(gè)人消防設(shè)備無法達(dá)到的作用，我們應(yīng)重視和加強(qiáng)艦船水幕系統(tǒng)的研究，切實(shí)提高艦船的防火能力。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：李斌斌（1987），男，漢族，河南洛陽(yáng)人，工學(xué)碩士，工程師，研究方向：機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。