大型風雨密防火卷簾門在改裝海工模塊上的設計與應用

郭學峰

(中遠船務工程集團有限公司技術中心，遼寧大連 116600)

大型風雨密防火卷簾門在改裝海工模塊上的設計與應用

郭學峰

(中遠船務工程集團有限公司技術中心，遼寧大連 116600)

通常情況下卷簾門結構單薄、不能應用在海洋工程船模塊外部暴露艙壁上。目前在船級社海工規范中沒有關于風雨密防火卷簾門的設計要求，也沒有相對應的設計標準。國內外還沒有將卷簾門使用在海洋工程船露天處所的先例。在某改裝海工模塊外部暴露艙壁上，因開口處受布置所限，我們創新性地將普通卷簾門結構形式進行改進，做到使其滿足海工模塊外部艙壁開口處的風雨密、防火性A－0的要求。文章結合實船展示，努力探索出風雨密防火卷簾門在改裝海工模塊上使用的設計方法，為今后進行類似設計提供了參考。

改裝海工模塊;風雨密A－0防火卷簾門布置;功能設計及操作組成單元;結構計算

眾所周知，普通卷簾門通常應用在陸地建筑物、庫房等進出口，海洋工程船模塊的工作環境惡劣，通常情況下認為卷簾門結構單薄不能應用在改裝海工模塊尤其是外部暴露艙壁上，普通海船上比較常見的船用廚房防火卷簾門尺寸很小 (最大規格寬2 m ×高1.5 m)，并且僅限于使用在內部艙室內。目前船用風雨密防火卷簾門沒有對應的國內外標準和規范可以依據，國內外也沒有使用在海工模塊露天處所的先例。

大型風雨密防火卷簾門布置在改裝海工模塊露天處所外部暴露艙壁上具有以下困難:需要滿足安裝處艙壁風雨密密性要求，突破傳統上卷簾門的使用范圍;風雨密強度要求導致其較普通卷簾門的設計強度大幅提高;防火密性要求因大型卷簾門的特殊結構形式很難做到;沒有現成的標準和規范要求可以供參考;卷簾門的結構型式特殊，加工困難;制作精度要求較高等。

某改裝海工模塊在工作間外部露天艙壁上，根據布置所限，創新性地使用風雨密防火卷簾門來滿足使用要求。將普通卷簾門結構形式進行改進，使其滿足規范中對于改裝海工模塊外部艙壁開口處的風雨密密性、防火性和結構強度的要求，同時對卷簾門操作性進行改進，使其操作功能性也滿足設備和人員進出的使用要求。

大型風雨密防火卷簾門應用在改裝海工模塊上，具有如下優點:同鉸鏈門、移門相比占用很小的使用空間;安裝方便，節省建造成本;優化設計通道布置;使用電力操作，機械化程度較高，操作方便。

大型風雨密防火卷簾門盡管具有方便海工模塊通道布置、優化設計、降低建造成本等優點，但它也在自身強度設計、制作上存在諸多難點。下面結合某改裝海工模塊實例分別從風雨密防火卷簾門的布置、功能設計及操作組成單元、載荷分析、強度設計計算、開口處結構的強度計算、工廠和船上試驗要求等幾方面進行闡述。

1 風雨密防火卷簾門的布置

在某改裝海工模塊工作間外部暴露艙壁上有一設備和人員進出開口，參見圖1。

圖1 實船井口控制模塊工作間開口圖

該改裝模塊工作間主要用來維修BOP控制設備。作為人員和設備進出工作間的通道開口尺寸根據需要滿足定期檢修設備的最大外形尺寸要求，將卷簾門的通孔尺寸定為寬1.7 m×高6 m。

圖1中改裝海工模塊工作間暴露的外部艙壁，因其他模塊結構的阻礙，鉸鏈門、移門都不能滿足布置上使用要求，創新性地使用風雨密防火卷簾門來滿足該處使用要求。風雨密防火卷簾門的布置要充分考慮到人員和設備進出艙室的方便性，綜合考慮人員主通道入口和維修設備入口通道的走向進行布置。

根據工作間的工作性質，工作間暴露的外部艙壁上設備進出開口處需要保證風雨密密性要求，防火等級為A－0，按照SOLAS、API和入籍船級社海洋平臺等規范中防火劃分的等級要求。為了更好地保證工作間密性，卷簾門安裝在工作間外部。卷簾門控制采用內、外部電動操作和外部手動應急操作。卷簾門上的電機等控制單元安裝外部艙壁上，安裝啟閉聲光報警裝置、限位開關裝置，卷簾門底部與甲板密封要考慮甲板上的維修BOP設備軌道影響。

2 風雨密防火卷簾門的功能設計及操作組成單元

風雨密防火卷簾門由門板、門框、動力裝置、控制單元、報警顯示裝置、密封裝置、操作按鈕、本地手動應急操作裝置、限位開關等部分組成。安裝在暴露艙壁面的本地手動操作裝置 (手動應急操作拉鏈裝置)在船舶電力系統不起作用的工況下 (如失電工況下等)使用。動力單元設置在外部，控制單元設置在艙壁的內外兩側。卷簾門需要的電源應由位于艙壁甲板上方的專用配電板供電。

卷簾門門板與門框要求具有風雨密性，抵抗雨水、風浪的浸入。電機絕緣、防護等級滿足露天要求。防火等級:A－0。根據使用區域為露天暴露區域，將卷簾門卷簾片定義為:卷簾片材質為不銹鋼、厚度為1 mm;卷簾片內部特別制作加強結構。

四周含鋼絲的密封膠條進行了特別設計處理，有效保證強度和防火密性要求，卷簾片之間采用圓形膠條密封。卷簾門的卷簾片長度大約7 m，故動力馬達選型時需要考慮功率滿足卷簾片卷起時操作負荷，以免燒毀電機。卷簾門底部與甲板密封處需要特別考慮，使用特殊膠條保證密性，防止雨水從底部甲板處灌入。卷簾門詳圖參見圖2。

圖2 卷簾門詳圖

3 風雨密防火卷簾門的載荷分析

根據卷簾門安裝位置作用在卷簾門上的載荷(暴露面)分為:卷簾門自重、風載荷、冰雪載荷、船舶運動加速度、卷簾門運動與導軌的摩擦力等，因該處舷邊有管廊結構保護，海水上浪載荷不考慮。下面按照規范分別采用手工計算。

3.1 風載荷

風載荷是脈動的，常用的表示有陣風風速、持續風速、穩定風速。各國船級社規范中各自的規定不同，這里平均風速我們按照實船入籍DNV offshore百年一遇的要求［1］:本實例中經過修正后最終風壓 P風=2.51 kN/m2，計算受風面積選取受風構件的正投影面積。

3.2 冰雪載荷

卷簾門設計冰雪載荷根據其安裝的具體高度、暴露的海況環境，按照DNV offshore要求［1］:冰載荷 P冰=0.09 kN/m2; 雪載荷 P雪=0.5 kN/m2。

3.3 運動摩擦力載荷

卷簾門在下放、收起過程中，卷簾片要承受卷簾片與兩側軌道密封膠皮產生的摩擦力。根據機械標準查得摩擦因數0.15［2］。摩擦力線載荷 P摩擦=900 N/m。

3.4 船舶運動加速度載荷

卷簾門安裝位置的船舶運動加速度根據DNV offshore 進行計算［1］，得 αv=1.58 m/s2。

4 風雨密防火卷簾門的強度設計計算

根據風雨密防火卷簾門的內部結構形式，參照DNV offshore和美國鋼鐵協會AISC要求，分別對門板的厚度和內部的扶強材強度進行校核［1，3－4］。

4.1 門板強度校核

風雨密防火卷簾門門板承受的彎矩:σb=44.5 N/mm2，雙面門板厚度1 mm滿足要求。

4.2 門板上扶強材強度校核

帶板的有效寬度:b=168 mm，門板的最大變形:δ=7.2 mm，滿足規范要求許用最大變形值。

扶強材的塑性剖面模數:Wp=1.83×103mm3，扶強材許用彎矩:Md=Wp× fy/γm=384 N·m，γm為材料系數;fy為許用應力值.

實際彎矩:M=374 N·m，內部扶強材尺寸滿足屈曲強度要求。

門框與艙壁板焊接，選擇門框的材質要求等同于安裝處船體結構艙壁板的材質;門板以及其上的扶強材的材質選擇要按照入籍船級社規范中對該海洋工程船安裝卷簾門艙室所處的工作環境溫度等級對應的厚度選擇門板的材質。

5 風雨密防火卷簾門開口處結構的強度計算

卷簾門安裝在框架結構的模塊上，因開口尺寸過大，需要對開口處的結構強度進行校核，采用STAAD結構有限元計算軟件對結構進行分析，依據實船入級DNV海工規范對其進行強度校核。模型根據結構及承受載荷的特點，從力學上加以抽象化。模塊上的隔板等弱結構可不計。底部與甲板連接處因模塊尺寸較大，采用彈性固定支承進行定義。計算模型見圖3。

圖3 開口處結構框架計算模型示意圖

6 風雨密防火卷簾門的工廠和船上試驗要求

風雨密防火卷簾門與模塊結構的四周密封設計在設備功能設計中需要給予特別考慮，但卷簾門在制作結束后需要在制作工廠進行風雨密試驗，試驗時應該選在最容易滲漏的中間部位和卷簾門門板與甲板之間密封處進行。

卷簾門上船安裝結束后進行船上試驗 (按照入籍船級社檢驗要求進行沖水試驗)，試驗使用的噴嘴、距離試驗點的距離、噴嘴出口處水的壓力均應滿足入籍船級社的要求，被檢測面應無水跡或者水珠等。

7 結束語

根據以上設計以及計算結果送審DNV船級社和船東，獲得通過。本文對改裝海工模塊露天艙壁使用的大型風雨密防火卷簾門進行仔細地研究，對其布置、結構組成、承受的載荷分析、強度校核、工廠及上船安裝試驗等方面進行分析，并給出相應的計算方法、公式和思路，希望能夠對今后類似的設計提供一些參考。隨著海洋工程市場的升溫，其必將有更加廣闊的市場前景。

我們在對卷簾門方案設計等方面積累了一些寶貴的經驗，如有不妥的地方請給予指正。

［1］DNV.OFFSHORE STANDARD DNV －0S－C101 ［S］.2008.

［2］機械設計手冊編委會.機械設計手冊［M］.北京:機械工業出版社，2004.

［3］AISC.AISC 13th Edition［S］.2011.

［4］王杰德，楊永謙.船體強度與結構設計 ［M］.北京:國防工業出版社，2006.

As all known working environment of offshore installations is very severely，and normally roller shutter does not satisfied with this condition which it to be installed on weather bulkhead.It does not mentioned in the Rules and Standards.When the sliding door or hinge door can not to be installed on weather bulkhead.We revised the normal roller shutter，and innovatively apply weather tight A － 0 fireproof roller shutter.Meanwhile we display one offshore installation for example.We hope that this will give some designers further help.

module of offshore installation;layout of weather tight A－0 fireproof roller shutter;design of function and composition;structure calculation

U667.3

C

1001－8328(2013)05－0055－03

郭學峰 (1971-)，男，河北秦皇島人，高級工程師，大學本科，主要從事船舶結構與舾裝設計工作。

2013－07－26