舰船水幕系统有效性及功能性试验方案研究

李斌斌　王利敏　杨星焕��

摘要：舰船的消防能力越来越受到世界各国的关注和重视，水幕系统能够实现舰船全船的水膜的均匀覆盖，是构成舰船防火能力的重要组成部分。本文分析了甲板水幕系统的有效性和功能性包含的内容，结合舰船不同阶段的试验要求，对舰船水幕系统有效性及功能性的试验方案进行了系统的研究。

关键词：舰船；水幕系统；试验方案

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

舰船尤其是军用舰船，在极其有限的空间内装载有大量易燃易爆的物品，如燃油、弹药、电子设备及保障舰员生活的相关附属设施等。因此，舰船具有火灾隐患多、火势蔓延块，人员疏散困难，火灾扑灭难度大等特点[1]。火灾严重危及舰船的安全和舰员的生命，是舰船面临的主要危险之一[2]。以美国尼米兹级“华盛顿”号航母为例，2008年5月22日，其在美国西海岸航行中由于燃油的违规堆放及舰员的误操作导致舰艉发生火灾，事故导致80个舱室被烧融、扭曲，仅烧毁的通信线缆就长达120度公里，直接导致航母战斗力瘫痪，经济损失达7000多万美元。目前，舰船的消防能力被各国公认为舰船的战斗力之一，舰船消防也越来越受到世界各国的关注，各国都在不断的改善、加强舰船的消防能力[3]。

舰船的消防能力包括防火能力、探火报警能力、灭火能力、人员消防能力等，其中最首要也是最重要的就是舰船的防火能力。水幕系统是保障舰船防火能力的重要组成部分，GJB规定排水量大于200吨的水面战斗舰艇应设置水幕系统。水幕系统分为舱内水幕系统和甲板水幕系统。舱内水幕系统用于防火隔断或进行防火分区，一般与钢质或复合型防火卷帘配合使用，在卷帘上可形成连续的水膜，以提高防火卷帘的防火可靠性[4]；甲板水幕系统除了可以抑制舰船红外辐射，还可以为舰船甲板、上层建筑及其安装的设备提供冷却水以消除或减少火灾对舰船的危害。军用舰船甲板及上层建筑上装置有火炮、通讯设备、航电设备等诸多关键设备，一旦遭受火灾危害，后果将不堪设想，因此，有必要对甲板水幕系统的有效性和功能性进行预先的分析和试验方案研究。

1 甲板水幕系统有效性及功能性分析

甲板水幕系统由遍布甲板及上层建筑上不同位置的喷头和水幕管网组成。水幕管网与消防水总管相连，由独立动力的舰用消防泵提供冷却水，冷却水经喷头喷射，用以在甲板及船体露天表面形成致密均匀的水膜。

水幕管网的有效性和功能性指标主要包括管网的直径、压力和流量等，这些指标与舰用消防泵的性能和管网的实际布置密切相关，相关的标准对水幕管网的有效性和功能性指标均有严格的规定和要求，在此不做赘述。因此，对甲板水幕系统的有效性及功能性分析主要侧重于对水幕喷头的分析。研究发现，为了更好地实现水幕系统抑制红外辐射和防火的作用，同时满足水平表面、立面、装备等的不规则面以及人员无法到达的位置的水膜覆盖，可以设置不同数量的环形喷头、扇形喷头、可调角度喷头来实现。喷头的布置数量由甲板及船体的露天表面积和喷头的性能决定，除了出口压力和流量，对于环形喷头，其主要性能指标还包括喷射半径和喷射高度；对于扇形喷头，其主要性能指标还包括喷射角度和喷射半径；对于可调角度喷头，其主要性能指标还包括可调角度和喷射距离。为了不影响舰员和舰面设施在甲板的活动，环形喷头应具有可收缩功能，使喷嘴在工作结束后能够自动回落至喷头的凹槽内，保证甲板面的平整性。喷头在设计阶段，应通过数值仿真模拟计算和样品试验确定喷头的制造工艺和尺寸，从而获得喷头的性能，由于实船状态存在着实验室无法呈现的复杂性和不确定性，需要在舰船交付之前进行各种不同工况和程度的有针对性的试验，以确保水幕喷头能够满足舰船服役后在不同天气、海况下执行不同任务的能力。

2 试验方案研究

一般来说，舰船交付前的试验项目包括出厂验收试验、单机恢复试验、系泊试验和航行试验。各项试验均需严格依据相应的验收文件、规范或试验册的规定执行。本文根据不同阶段的试验要求，對水幕喷头的试验方案进行研究。

2.1 出厂验收试验

出厂验收试验一般在产品加工、制造完成后，测试产品的各项性能和技术指标，以保证产品在出厂后工作状态和性能准确性和可靠性。因此，需要严格依据已制定的喷头的验收文件和试验册对喷头进行验收，并需在相关方的监督下进行严格的性能试验和环境试验以及电磁兼容性试验，从根本上保证各产品装船后性能、功能指标的实现。主要包括对喷头的外观、尺寸、重量等进行精确的测量，参照实船工况测定喷头在不同压力、流量下喷头的各项性能、功能指标，依据相关标准和要求进行环境试验和电磁兼容性试验，并出具出厂检验试验报告和合格证。

2.2 单机恢复、系泊试验

单击恢复试验和系泊试验一般在产品交付船厂并装船后进行，用以检查产品的完整性和安装是正确性，并确保产品的各项功能、性能指标在装船并与水幕管网连接完成后仍然符合设计要求，并且保证其工作状态仍然能够保持正常，以便为后续的航行试验做好准备，保障产品和舰船的正常运行和安全。在此之前，需要备齐喷头相关的布置图、安装图、使用说明书、相应的试验依据文件。水幕喷头在安装固定工作结束后，需要检查配套附件的完整性，并进行密封性检验。另外，对于环形喷头，需要检查其喷嘴是否能自动回落；对于扇形喷头和可调角度喷头，需要根据实船状态和喷射对象调整喷嘴的朝向和喷头的仰角。

2.3 航行试验

航行试验是舰船交付用户前的最后一个试验环节，通常在舰船具备正常航行能力时进行，测试产品与管网系统工作的协同性，以及产品在交船状态下工作的可靠性和稳定性，同时测试产品的主要性能、功能指标是否符合舰船实际工作条件和设计要求，是保证产品有效性和功能性符合预期的最重要的试验阶段。根据相关要求，水幕系统应选定具有符合“水文气象符合环境气温在0℃以上；无雨；风力不超过三级”规定的外界气象条件及能适应舰船全速航行的海区进行航行试验。另外，需要配置一架安置录像、照相设备的保障直升飞机。舰船首先到达预定的能够实现全速航行的海区后开展水幕系统的航行试验，相应海区的气温、风速、风向等气相、海况条件应在试验前进行测定并记录。试验开始后，开启水幕系统，待水幕系统工作稳定后测量并记录舰用消防泵及水幕管网的工作压力、流量，检查每个水幕喷头的喷射情况及水膜的覆盖范围和均匀度，测定无水死角区的面积。为了保证试验结果的全面性，需要考察风向对水幕系统的工作状态的影响，舰船需要在顺风、逆风、左右舷旁风四种航行状态下各进行一次水幕喷头工作状况的测量。同时，使用直升飞机在试验舰船上空以不同角度对全船水幕系统的工作状况进行检查、录像，以获得舰船水幕系统的整体工作状态和效果。另外，需要在工作监视船上分别从试验舰船左、右侧的前、中、后观察和拍摄水幕系统工作情况。最后，依据测量与拍摄结果对水幕系统的水量分配、喷头的角度位置进行再调整和定位固定，并可通过调整相应分段的水幕管网上阀门的开度，调整各喷头的流量，以保证水幕系统覆盖水膜的均匀性，保障舰船和人员在遭受火灾危害时的安全，有效提高舰船的防火能力。

3 结论

虽然现代舰船的防火设计日趋完善，防火能力也日益受到舰船设计部门和使用部门的重视，但水面舰船的火灾事故仍然时有发生。与防火卷帘配合使用的水幕系统已经在民用建筑行业内广泛应用，并起到了较好的防火的作用，同時在消弱火灾热传播、阻隔有毒气体扩散方面也有较好的效果[5]。甲板水幕系统可以在全船甲板和露天表面实现水膜的均匀和完全覆盖，是舰船防火能力的重要组成部分，也必然能够起到其他个人消防设备无法达到的作用，我们应重视和加强舰船水幕系统的研究，切实提高舰船的防火能力。

参考文献：

[1]王志国，殷沐德，张继明.舰船结构防火设计浅析[J].武汉造船，2001（1）：2627.

[2]赵健，凌纯.舰船舱室防火设计研究[J].船舶，2011.2（1）：5760.

[3]王志国，殷沐德.结构防火在舰船防火设计中的应用[J].火灾科学，2001.10（2）：113115.

[4]勇俊宝，徐长岚，牟灵泉.水幕消防系统设计探讨[J].山东建筑工程学院学报，1997.12（3）：7072.

[5]宋慧丽.消防水幕系统的研究现状概述[J].价值工程，2012.31（10）：306.

作者简介：李斌斌（1987），男，汉族，河南洛阳人，工学硕士，工程师，研究方向：机械结构设计。