某單邊上翻鉸鏈?zhǔn)脚摽谏w設(shè)計(jì)

張曉東，張新中

（上海船舶設(shè)備研究所，上海 200031）

0 引言

目前，我國某型船上20 ft（1 ft＝0.304 8 m）集裝箱等大型箱裝物資在底坑甲板到頂部甲板之間的垂直轉(zhuǎn)運(yùn)主要依靠大載荷升降機(jī)實(shí)現(xiàn)，升降機(jī)不用時(shí)升降平臺(tái)鎖定于底坑甲板，保證底坑甲板的完整性，設(shè)置于頂部甲板的單邊上翻鉸鏈?zhǔn)脚摽谏w能關(guān)閉并鎖緊，保證頂部甲板的完整性并等強(qiáng)度。升降機(jī)由于在底坑甲板到頂部甲板之間垂直轉(zhuǎn)運(yùn)物資，由于底坑甲板的非防爆要求和頂部甲板的防爆要求，使得艙口蓋關(guān)閉并鎖緊時(shí)應(yīng)實(shí)現(xiàn)無壓差氣密要求，而由于船體防火分隔對艙口蓋提出了內(nèi)部向火要求，使得艙口蓋關(guān)閉并鎖緊時(shí)應(yīng)實(shí)現(xiàn)A15等級防火要求，這給艙口蓋的密封設(shè)計(jì)和防火設(shè)計(jì)提出了很高的要求[1]。

本文以單邊上翻鉸鏈?zhǔn)脚摽谏w為研究對象，闡述了密封、防火結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)情況。

1 技術(shù)指標(biāo)要求

本文所研究的單邊上翻鉸鏈?zhǔn)脚摽谏w技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 單邊上翻鉸鏈?zhǔn)脚摽谏w技術(shù)指標(biāo)

2 艙口蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

單邊上翻鉸鏈?zhǔn)脚摽谏w結(jié)構(gòu)組成見圖1，由圍檻、鎖銷、艙口蓋、撐桿機(jī)構(gòu)、開蓋機(jī)構(gòu)、鉸鏈裝置和密封橡皮等組成[2-3]。

圖1 單邊上翻鉸鏈?zhǔn)脚摽谏w結(jié)構(gòu)圖

艙口蓋關(guān)閉時(shí)，開蓋機(jī)構(gòu)油缸收回到位，鎖銷油缸伸出到位，由鉸鏈裝置、鎖銷形成的基本均布于艙口蓋周邊7個(gè)壓緊點(diǎn)使得密封橡皮與圍檻上壓條均勻接觸和基本一致壓縮量，實(shí)現(xiàn)無壓差氣密要求。艙口蓋打開時(shí)，鎖銷油缸收回到位，隨著開蓋機(jī)構(gòu)油缸伸出，艙口蓋以鉸鏈裝置為回轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動(dòng)，開蓋機(jī)構(gòu)油缸伸出到位時(shí)，撐桿機(jī)構(gòu)油缸伸出，艙口蓋開啟到90°豎直位置并可靠鎖定。為保證艙口蓋運(yùn)動(dòng)過程中與圍檻不存在干涉，通過做運(yùn)動(dòng)分析圖分析艙口蓋在啟/閉過程中開蓋油缸活塞桿的位置變化而確定油缸行程，以及在關(guān)閉到位時(shí)艙口蓋與圍檻之間是否存在干涉情況，檢查密封橡皮與壓條、防火繩與壓條之間的密封情況。

3 艙口蓋的密封、防火設(shè)計(jì)

艙口蓋尺寸大，密封橡皮理論中心線長度達(dá)到22.9 m，考慮到船體甲板開口的平面度偏差較大，密封橡皮材料采用氯丁橡膠（CR），具有較高的彈性變形量，密封效果好且抗氧化，在艙口蓋本體與圍檻底板面接觸時(shí)，密封橡皮理論最大壓縮量達(dá)到8 mm，能在降低對船體甲板開口的平面度要求同時(shí)實(shí)現(xiàn)無壓差氣密的密封要求。艙口蓋和圍檻內(nèi)部鋪覆陶瓷纖維棉，同時(shí)在艙口蓋內(nèi)增加一圈防火繩，當(dāng)艙口蓋內(nèi)部向火時(shí)，第一道防護(hù)是鋪覆的陶瓷纖維棉，起防火隔熱延緩溫升作用，第二道防護(hù)是艙口蓋內(nèi)一圈防火繩，可防止火焰直接燒灼到密封橡皮，能實(shí)現(xiàn)A15等級防火隔離要求。

艙口蓋的密封、防火結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 艙口蓋密封、防火結(jié)構(gòu)圖

4 艙口蓋的仿真校核

影響艙口蓋密封效果的還有艙口蓋在受到載荷作用時(shí)的變形，如果超過密封橡皮的壓縮量，則會(huì)導(dǎo)致密封失效，因此需對艙口蓋變形進(jìn)行仿真計(jì)算。

艙口蓋材料采用CCS EH36，根據(jù)總體要求的與頂部甲板等強(qiáng)度要求，承載能力為2 t/m2，面板采用14 mm鋼板，橫向鉸鏈部位和中心縱向設(shè)計(jì)較大T型梁，其間每隔500 mm設(shè)計(jì)加強(qiáng)筋，艙口蓋最大外形尺寸為8 620 mm×3 558 mm。

對艙口蓋施加約束和均布載荷進(jìn)行仿真計(jì)算，得出艙口蓋頂板、橫梁及縱桁、面板、加強(qiáng)筋的應(yīng)力和變形見圖3[4-5]。

圖3 艙口蓋應(yīng)力和應(yīng)變圖

根據(jù)仿真計(jì)算，艙口蓋各構(gòu)件的應(yīng)力均小于材料許用應(yīng)力，艙口蓋受載整體變形為5.64 mm，小于密封橡皮8 mm的壓縮量，能保證艙口蓋滿足無壓差氣密要求。

5 艙口蓋的防火試驗(yàn)

為了驗(yàn)證艙口蓋防火結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，根據(jù)遠(yuǎn)東防火試驗(yàn)中心能做防火試驗(yàn)的最大尺寸為2 600 mm×2 000 mm，制作尺寸縮比艙口蓋，但密封結(jié)構(gòu)型式不變，在遠(yuǎn)東防火試驗(yàn)中心根據(jù)國際海事組織（International Maritime Organization，IMO）船舶防火測試標(biāo)準(zhǔn)對艙口蓋內(nèi)側(cè)進(jìn)行A15等級防火試驗(yàn)見圖4。

圖4 艙口蓋防火試驗(yàn)

圖4 艙口蓋防火試驗(yàn)（續(xù)）

參照2010FTP規(guī)則附件1第3部分的規(guī)定，所有材料符合2010FTP規(guī)則附件1第3部分3.5.1的規(guī)定，縮比艙口蓋隔熱性60 min，完整性60 min，試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間61 min，符合有關(guān)A級分隔上開口的要求，防火等級達(dá)到A60，高于A15等級要求。

6 艙口蓋的試驗(yàn)驗(yàn)證

艙口蓋啟閉速度通過控制閥組上節(jié)流閥控制，經(jīng)現(xiàn)場調(diào)整后，開啟時(shí)間為55.9 s，關(guān)閉時(shí)間52.6 s，滿足不大于60 s的指標(biāo)要求。艙口蓋制作樣件進(jìn)行尺寸縮比，但密封結(jié)構(gòu)型式不變，在遠(yuǎn)東防火試驗(yàn)中心根據(jù)IMO船舶防火測試標(biāo)準(zhǔn)對艙口蓋內(nèi)側(cè)進(jìn)行防火試驗(yàn)，防火等級達(dá)到A60，高于A15等級防火性能要求。艙口蓋按CB/T3722—1995《氣密門》中檢驗(yàn)規(guī)則，關(guān)閉并鎖緊后在內(nèi)測密封橡皮和壓條接觸處均勻噴涂肥皂水，以0.2 MPa空氣，管徑5 mm管子，從艙口蓋外側(cè)對準(zhǔn)縫隙處吹氣，內(nèi)側(cè)無肥皂泡出現(xiàn)，滿足無壓差氣密的指標(biāo)要求。

7 結(jié)論

根據(jù)單邊上翻鉸鏈?zhǔn)脚摽谏w技術(shù)指標(biāo)要求，對艙口蓋進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、密風(fēng)設(shè)計(jì)、防火設(shè)計(jì)，并按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，單邊上翻鉸鏈?zhǔn)脚摽谏w設(shè)計(jì)和試驗(yàn)結(jié)果均滿足技術(shù)指標(biāo)要求。