L型船用A-60級防火水密門設(shè)計

蔣恒深 王其兵

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

引 言

水密門是主要安裝于船舶水密艙壁或內(nèi)部甲板的開孔處，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。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等；按關(guān)閉方式，分為鉸鏈?zhǔn)剿荛T與滑動式水密門。駕駛室能夠顯示水密門的開關(guān)狀態(tài)并能遙控關(guān)閉水密門，就地位置能夠操作水密門，并裝設(shè)有顯示門開啟或關(guān)閉的指示器，當(dāng)門動作時發(fā)出聲光報警；在就地位置和艙壁甲板以上位置還設(shè)有獨立的應(yīng)急手動操作裝置。

1 船舶防火等級的劃分

船舶與在岸上行駛的交通工具不一樣，沒有太強(qiáng)的自救力量，一旦某個船員艙室失火，如果沒有結(jié)構(gòu)防火來支撐分隔，一個房間能引燃另一個房間，一層甲板能引燃另一層甲板，火場迅速擴(kuò)大，嚴(yán)重危及船員生命安全，因此，充分認(rèn)識船舶防火結(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區(qū)域。美國消防委員會根據(jù)木材的燃燒特點把耐火分隔為A級、B級、C級3個級別，其中A類比較嚴(yán)格，A級分為A-60、A-30、A-15、A-0這4個級別，例如：機(jī)艙間A類機(jī)器所處的失火危險性大的場所，其機(jī)艙圍蔽交界的大部分被規(guī)定為A-60級分割，而居住區(qū)的船員居住處所也因具備失火危險性而被定義為B級分割。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150℃，并不散發(fā)有害煙塵。

2 大型低門檻水密門的結(jié)構(gòu)形式

大型水密門在船舶的不同部位有很多應(yīng)用，目前水密門的主要結(jié)構(gòu)形式有鉸鏈?zhǔn)健⒒瑒邮胶蜕炜s式3種，驅(qū)動方式主要為液壓驅(qū)動。

2.1 鉸鏈?zhǔn)剿荛T

鉸鏈?zhǔn)剿荛T一般采用鉸支座、油缸驅(qū)動和扎扣鎖緊的形式。門在開啟過程中，需要占用以門鉸座為中心、門寬為半徑的90°扇形空間（見圖1）。適用于門開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

2.2 滑動式水密門

滑動式水密門的應(yīng)用最為廣泛。滑動式水密門一般采用滾輪導(dǎo)向、油缸驅(qū)動和楔塊鎖緊的形式。該水密門需要占用門通道方向門頁、門框及油缸布置的厚度空間（見圖2），需要占用的操作空間較小，適用于門移動方向空間充足，通道方向空間不足的工況。

圖2 滑動式水密門

2.3 伸縮式水密門

伸縮式水密門一般用于超大型開口門（見圖3），結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，占用空間相對適中，但水密密封面較多，不便于維護(hù)，對加工及安裝精度要求也較高。

圖3 伸縮式水密門

3 門頁防火和水密設(shè)計

通過分析目前大型水密門的結(jié)構(gòu)形式，本文涉及的水密門通道空間不足，密封要求較高，因此在滑動式水密門的基礎(chǔ)上，改進(jìn)了門頁結(jié)構(gòu)，設(shè)計了一種L型門頁滑動式水密門，主要由門頁驅(qū)動機(jī)構(gòu)、門頁、門框與導(dǎo)軌、門頁鎖緊機(jī)構(gòu)、泵站、手動泵操作手柄、門頁開關(guān)操作手柄以及蓄能器等部件組成。

圖4 大型 L型水密門

本文設(shè)計的L型水密門，門框固定在艙壁上，門頁在油缸的驅(qū)動下，沿安裝在門框上的導(dǎo)軌移動，油缸由安裝在門框上的門頁開關(guān)操作手柄控制。水密橡膠條安裝在門頁上，由于結(jié)構(gòu)需要，水密密封面不在同一平面上。門頁在關(guān)閉接近到位時，門頁上的鎖緊銷軸在油缸的驅(qū)動下沿著門框上的導(dǎo)向孔，將門頁整體向門框側(cè)壓緊，將安裝在門頁上沿正面水壓方向上的水密橡膠條壓縮，使上邊緣水密；同時在油缸的推動下，門頁左右邊側(cè)的水密橡膠條充分與門框接觸，使左右邊緣水密；在門頁接近到位時，門頁的滾輪沿著導(dǎo)軌上預(yù)先開設(shè)的平滑凹槽下沉，使門頁下邊緣與門框充分接觸，使門頁下邊緣水密。在各個密封面之間的過渡采用專用轉(zhuǎn)角，使密封面之間的銜接平滑，水密效果更好。門頁關(guān)閉到位后，松開門頁開關(guān)操作手柄，與操作手柄相連的鎖緊塊嵌入門頁上的鎖緊銷軸內(nèi)部，防止門頁松動。門頁密封面?zhèn)鹊拿姘迳习惭b有耐火膨脹條，門關(guān)閉到位后在門頁和門框間隙內(nèi)，高溫條件下，膨脹條通過膨脹將間隙填滿，阻隔煙霧；同時，通過水密橡膠條的阻燃特性也起到了二次防火的作用。在門頁和門框的鋼結(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)對背火側(cè)的熱量傳遞。

3.1 門頁及防火設(shè)計

根據(jù)《船舶設(shè)計實用手冊》水密艙壁要求，門板厚度應(yīng)不小于5.21 mm，腐蝕余量為2 mm，但門板厚度應(yīng)不小于相鄰艙壁的厚度，由此門板厚定為10 mm。筆者委托中國礦業(yè)大學(xué)對門頁進(jìn)行有限元校核，門頁的最大的應(yīng)力區(qū)在門的中心部分，門頁整體采用Z型折彎工藝（見圖5），相對平面水密門增加了門頁的剛性。門頁滑動采用滾輪支撐輪可以減少摩擦力，降低驅(qū)動力。為保證門頁在運行過程中具有更好的穩(wěn)定性，且保證門頁開啟方向的長度盡量小，將油缸鉸鏈座安裝于門頁的中間靠關(guān)閉方向位置。

圖5 門頁結(jié)構(gòu)圖

門頁上安裝有4個滾輪、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模轉(zhuǎn)角，用螺釘將橡膠條安裝于門頁。門頁表面設(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)見圖6。

圖6 防火保證結(jié)構(gòu)圖

3.2 水密設(shè)計

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模轉(zhuǎn)角，橡膠條以螺釘安裝于門頁上（見圖7）。當(dāng)門頁在關(guān)閉接近到位時，門頁上的鎖緊楔塊在油缸的驅(qū)動下沿著門框上的導(dǎo)向槽，將門頁整體向門框側(cè)壓緊，使門框上的橡膠條壓縮，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

在門頁的四邊分別裝有楔緊裝置（見圖8），將門頁向門框側(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，在與門框的導(dǎo)向孔接觸后，受到導(dǎo)向孔的擠壓，將門向門框側(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，將門頁向門框側(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級防火液壓水密門可用于物資運輸通道的分隔門，無門檻結(jié)構(gòu)，可以保證運輸設(shè)備可以順利通過。在關(guān)閉的情況下保證水密及A-60級雙面防火要求。本文設(shè)計的防火水密門主要具備以下功能：

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

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

（3）正常情況下，能就地采用動力操作。

（4）應(yīng)急情況下，能在就地位置采用應(yīng)急手動操作。

（5）就地位置設(shè)有帶燈警鈴，當(dāng)門移動時能發(fā)出聲光報警。

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

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

（8）滿足A-60級防火門的要求，控制裝置也滿足防火門控制裝置的要求。

5 結(jié) 語

本文分析了現(xiàn)有船用水密門的主要結(jié)構(gòu)形式以及船舶水密門防火設(shè)計的要求和規(guī)范，列出一種大型L型船用A-60級防火水密門的設(shè)計形式。本文設(shè)計的防火水密門采用了雙道密封的“八”字形截面，并通過有限元對門頁結(jié)構(gòu)進(jìn)行校核，為其他技術(shù)人員針對大型防火水密門的設(shè)計提供一定參考。