L型船用A-60級(jí)防火水密門(mén)設(shè)計(jì)

蔣恒深 王其兵

（1.無(wú)錫德林防務(wù)裝備股份有限公司 無(wú)錫 214000；2.無(wú)錫海核裝備科技有限公司 無(wú)錫 214191）

引 言

水密門(mén)是主要安裝于船舶水密艙壁或內(nèi)部甲板的開(kāi)孔處，為分隔艙室而設(shè)置，能夠承受一定壓力并保持水密性的船用門(mén)。其主要用于防止水、火、毒氣等在船舶內(nèi)蔓延，保證艙室之間的獨(dú)立性，保證船舶浮力艙的有效性，從而最終保證船舶的安全性。按結(jié)構(gòu)形狀，分為圓形、矩形、橢圓形，以及潛艇耐壓艙壁上的圓形球面耐壓水密門(mén)等；按關(guān)閉方式，分為鉸鏈?zhǔn)剿荛T(mén)與滑動(dòng)式水密門(mén)。駕駛室能夠顯示水密門(mén)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)并能遙控關(guān)閉水密門(mén)，就地位置能夠操作水密門(mén)，并裝設(shè)有顯示門(mén)開(kāi)啟或關(guān)閉的指示器，當(dāng)門(mén)動(dòng)作時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警；在就地位置和艙壁甲板以上位置還設(shè)有獨(dú)立的應(yīng)急手動(dòng)操作裝置。

1 船舶防火等級(jí)的劃分

船舶與在岸上行駛的交通工具不一樣，沒(méi)有太強(qiáng)的自救力量，一旦某個(gè)船員艙室失火，如果沒(méi)有結(jié)構(gòu)防火來(lái)支撐分隔，一個(gè)房間能引燃另一個(gè)房間，一層甲板能引燃另一層甲板，火場(chǎng)迅速擴(kuò)大，嚴(yán)重危及船員生命安全，因此，充分認(rèn)識(shí)船舶防火結(jié)構(gòu)非常重要。船舶結(jié)構(gòu)防火的耐火分隔是按照艙室失火危險(xiǎn)程度的高低，根據(jù)公約和規(guī)范的規(guī)定而劃分了不同的防火等級(jí)區(qū)域。美國(guó)消防委員會(huì)根據(jù)木材的燃燒特點(diǎn)把耐火分隔為A級(jí)、B級(jí)、C級(jí)3個(gè)級(jí)別，其中A類比較嚴(yán)格，A級(jí)分為A-60、A-30、A-15、A-0這4個(gè)級(jí)別，例如：機(jī)艙間A類機(jī)器所處的失火危險(xiǎn)性大的場(chǎng)所，其機(jī)艙圍蔽交界的大部分被規(guī)定為A-60級(jí)分割，而居住區(qū)的船員居住處所也因具備失火危險(xiǎn)性而被定義為B級(jí)分割。A-60代表該絕緣材料能在一側(cè)60 min的燃燒下，另一側(cè)溫度不超過(guò)150℃，并不散發(fā)有害煙塵。

2 大型低門(mén)檻水密門(mén)的結(jié)構(gòu)形式

大型水密門(mén)在船舶的不同部位有很多應(yīng)用，目前水密門(mén)的主要結(jié)構(gòu)形式有鉸鏈?zhǔn)?、滑?dòng)式和伸縮式3種，驅(qū)動(dòng)方式主要為液壓驅(qū)動(dòng)。

2.1 鉸鏈?zhǔn)剿荛T(mén)

鉸鏈?zhǔn)剿荛T(mén)一般采用鉸支座、油缸驅(qū)動(dòng)和扎扣鎖緊的形式。門(mén)在開(kāi)啟過(guò)程中，需要占用以門(mén)鉸座為中心、門(mén)寬為半徑的90°扇形空間（見(jiàn)圖1）。適用于門(mén)開(kāi)口方向橫向空間不足，但通道方向空間充足的工況。

圖1 鉸鏈?zhǔn)剿荛T(mén)

2.2 滑動(dòng)式水密門(mén)

滑動(dòng)式水密門(mén)的應(yīng)用最為廣泛。滑動(dòng)式水密門(mén)一般采用滾輪導(dǎo)向、油缸驅(qū)動(dòng)和楔塊鎖緊的形式。該水密門(mén)需要占用門(mén)通道方向門(mén)頁(yè)、門(mén)框及油缸布置的厚度空間（見(jiàn)圖2），需要占用的操作空間較小，適用于門(mén)移動(dòng)方向空間充足，通道方向空間不足的工況。

圖2 滑動(dòng)式水密門(mén)

2.3 伸縮式水密門(mén)

伸縮式水密門(mén)一般用于超大型開(kāi)口門(mén)（見(jiàn)圖3），結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，占用空間相對(duì)適中，但水密密封面較多，不便于維護(hù)，對(duì)加工及安裝精度要求也較高。

圖3 伸縮式水密門(mén)

3 門(mén)頁(yè)防火和水密設(shè)計(jì)

通過(guò)分析目前大型水密門(mén)的結(jié)構(gòu)形式，本文涉及的水密門(mén)通道空間不足，密封要求較高，因此在滑動(dòng)式水密門(mén)的基礎(chǔ)上，改進(jìn)了門(mén)頁(yè)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了一種L型門(mén)頁(yè)滑動(dòng)式水密門(mén)，主要由門(mén)頁(yè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、門(mén)頁(yè)、門(mén)框與導(dǎo)軌、門(mén)頁(yè)鎖緊機(jī)構(gòu)、泵站、手動(dòng)泵操作手柄、門(mén)頁(yè)開(kāi)關(guān)操作手柄以及蓄能器等部件組成。

圖4 大型 L型水密門(mén)

本文設(shè)計(jì)的L型水密門(mén)，門(mén)框固定在艙壁上，門(mén)頁(yè)在油缸的驅(qū)動(dòng)下，沿安裝在門(mén)框上的導(dǎo)軌移動(dòng)，油缸由安裝在門(mén)框上的門(mén)頁(yè)開(kāi)關(guān)操作手柄控制。水密橡膠條安裝在門(mén)頁(yè)上，由于結(jié)構(gòu)需要，水密密封面不在同一平面上。門(mén)頁(yè)在關(guān)閉接近到位時(shí)，門(mén)頁(yè)上的鎖緊銷軸在油缸的驅(qū)動(dòng)下沿著門(mén)框上的導(dǎo)向孔，將門(mén)頁(yè)整體向門(mén)框側(cè)壓緊，將安裝在門(mén)頁(yè)上沿正面水壓方向上的水密橡膠條壓縮，使上邊緣水密；同時(shí)在油缸的推動(dòng)下，門(mén)頁(yè)左右邊側(cè)的水密橡膠條充分與門(mén)框接觸，使左右邊緣水密；在門(mén)頁(yè)接近到位時(shí)，門(mén)頁(yè)的滾輪沿著導(dǎo)軌上預(yù)先開(kāi)設(shè)的平滑凹槽下沉，使門(mén)頁(yè)下邊緣與門(mén)框充分接觸，使門(mén)頁(yè)下邊緣水密。在各個(gè)密封面之間的過(guò)渡采用專用轉(zhuǎn)角，使密封面之間的銜接平滑，水密效果更好。門(mén)頁(yè)關(guān)閉到位后，松開(kāi)門(mén)頁(yè)開(kāi)關(guān)操作手柄，與操作手柄相連的鎖緊塊嵌入門(mén)頁(yè)上的鎖緊銷軸內(nèi)部，防止門(mén)頁(yè)松動(dòng)。門(mén)頁(yè)密封面?zhèn)鹊拿姘迳习惭b有耐火膨脹條，門(mén)關(guān)閉到位后在門(mén)頁(yè)和門(mén)框間隙內(nèi)，高溫條件下，膨脹條通過(guò)膨脹將間隙填滿，阻隔煙霧；同時(shí)，通過(guò)水密橡膠條的阻燃特性也起到了二次防火的作用。在門(mén)頁(yè)和門(mén)框的鋼結(jié)構(gòu)表面及內(nèi)部填充有防火板和隔熱材料，能夠有效阻隔向火側(cè)對(duì)背火側(cè)的熱量傳遞。

3.1 門(mén)頁(yè)及防火設(shè)計(jì)

根據(jù)《船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》水密艙壁要求，門(mén)板厚度應(yīng)不小于5.21 mm，腐蝕余量為2 mm，但門(mén)板厚度應(yīng)不小于相鄰艙壁的厚度，由此門(mén)板厚定為10 mm。筆者委托中國(guó)礦業(yè)大學(xué)對(duì)門(mén)頁(yè)進(jìn)行有限元校核，門(mén)頁(yè)的最大的應(yīng)力區(qū)在門(mén)的中心部分，門(mén)頁(yè)整體采用Z型折彎工藝（見(jiàn)圖5），相對(duì)平面水密門(mén)增加了門(mén)頁(yè)的剛性。門(mén)頁(yè)滑動(dòng)采用滾輪支撐輪可以減少摩擦力，降低驅(qū)動(dòng)力。為保證門(mén)頁(yè)在運(yùn)行過(guò)程中具有更好的穩(wěn)定性，且保證門(mén)頁(yè)開(kāi)啟方向的長(zhǎng)度盡量小，將油缸鉸鏈座安裝于門(mén)頁(yè)的中間靠關(guān)閉方向位置。

圖5 門(mén)頁(yè)結(jié)構(gòu)圖

門(mén)頁(yè)上安裝有4個(gè)滾輪、導(dǎo)向銷軸、油缸座、水密橡膠條及防火隔熱材料等零件。為保證水密橡膠條連續(xù)完整，在不同密封面間采用專用開(kāi)模轉(zhuǎn)角，用螺釘將橡膠條安裝于門(mén)頁(yè)。門(mén)頁(yè)表面設(shè)有防火隔熱材料安裝槽，槽內(nèi)敷設(shè)防火板、隔熱材質(zhì)，并在表面包覆鋼板，以阻止溫升。防火保證結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖6。

圖6 防火保證結(jié)構(gòu)圖

3.2 水密設(shè)計(jì)

為保證水密橡膠條連續(xù)完整，在不同的密封面之間采用專用開(kāi)模轉(zhuǎn)角，橡膠條以螺釘安裝于門(mén)頁(yè)上（見(jiàn)圖7）。當(dāng)門(mén)頁(yè)在關(guān)閉接近到位時(shí)，門(mén)頁(yè)上的鎖緊楔塊在油缸的驅(qū)動(dòng)下沿著門(mén)框上的導(dǎo)向槽，將門(mén)頁(yè)整體向門(mén)框側(cè)壓緊，使門(mén)框上的橡膠條壓縮，直到楔塊完全進(jìn)入鎖緊槽，橡膠條達(dá)到最大壓縮，形成水密。

圖7 水密橡膠條

在門(mén)頁(yè)的四邊分別裝有楔緊裝置（見(jiàn)圖8），將門(mén)頁(yè)向門(mén)框側(cè)逐漸壓緊。左右楔緊裝置采用導(dǎo)向銷軸的形式，導(dǎo)向銷軸前端具有一定的斜度，在與門(mén)框的導(dǎo)向孔接觸后，受到導(dǎo)向孔的擠壓，將門(mén)向門(mén)框側(cè)擠壓，使水密橡膠條逐漸壓縮形成水密。上下楔緊裝置采用楔塊形式，鎖緊軸為圓柱形軸，在與楔緊塊接觸后，沿著楔緊塊的斜坡逐漸進(jìn)入楔緊凹槽，將門(mén)頁(yè)向門(mén)框側(cè)擠壓，使水密橡膠條逐漸壓緊形成水密。

圖8 楔緊及導(dǎo)向軸銷裝置

4 主要功能

L型A-60級(jí)防火液壓水密門(mén)可用于物資運(yùn)輸通道的分隔門(mén)，無(wú)門(mén)檻結(jié)構(gòu)，可以保證運(yùn)輸設(shè)備可以順利通過(guò)。在關(guān)閉的情況下保證水密及A-60級(jí)雙面防火要求。本文設(shè)計(jì)的防火水密門(mén)主要具備以下功能：

（1）采用滑動(dòng)式水密門(mén)結(jié)構(gòu)，PLC控制，液壓驅(qū)動(dòng)。

（2）能在駕駛室控制板上搖控關(guān)閉并顯示水密門(mén)的狀態(tài)：紅燈表示水密門(mén)完全開(kāi)啟，綠燈表示水密門(mén)完全關(guān)閉；紅燈閃爍表示水密門(mén)正在關(guān)閉，綠燈閃爍表示水密門(mén)正在開(kāi)啟。

（3）正常情況下，能就地采用動(dòng)力操作。

（4）應(yīng)急情況下，能在就地位置采用應(yīng)急手動(dòng)操作。

（5）就地位置設(shè)有帶燈警鈴，當(dāng)門(mén)移動(dòng)時(shí)能發(fā)出聲光報(bào)警。

（6）主電源失電時(shí)，電氣系統(tǒng)能自動(dòng)轉(zhuǎn)換到DC24V應(yīng)急電源供電。

（7）液壓系統(tǒng)中設(shè)有一個(gè)具有足夠能量的液壓蓄能器，在不啟動(dòng)電機(jī)的情況下，僅使用液壓蓄能器內(nèi)儲(chǔ)存的液壓油就能至少操作水密門(mén)3次，即關(guān)閉-開(kāi)啟-關(guān)閉。

（8）滿足A-60級(jí)防火門(mén)的要求，控制裝置也滿足防火門(mén)控制裝置的要求。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文分析了現(xiàn)有船用水密門(mén)的主要結(jié)構(gòu)形式以及船舶水密門(mén)防火設(shè)計(jì)的要求和規(guī)范，列出一種大型L型船用A-60級(jí)防火水密門(mén)的設(shè)計(jì)形式。本文設(shè)計(jì)的防火水密門(mén)采用了雙道密封的“八”字形截面，并通過(guò)有限元對(duì)門(mén)頁(yè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行校核，為其他技術(shù)人員針對(duì)大型防火水密門(mén)的設(shè)計(jì)提供一定參考。