浅谈防水炮烟囱及其附件的设计

郭孟秋 甘家毅 杨齐勇 卢钦泉

摘    要：本文介绍一种防水炮攻击的船舶烟囱系统设计及在安装时的具体要求，以避免执法舰船在维权执法过程中遭受到敌方舰船的水炮攻击时导致主动力受损，达到维护国家海洋权益的目的。

关键词：防水炮;烟囱;排烟管;百叶窗

中图分类号：U664.86                              文献标识码：A

Abstract： This paper introduces a perfect and reliable marine funnel system preventing water cannon attacks and some specific requirements for the system when it is installed on a real ship， ensuring that law enforcement ships in the process of safeguarding their rights and enforcing the law， avoid being attacked by enemy ship's water cannons and resulting in the loss of initiative and being suppressed by enemy ship， so as to achieve the goal of safeguarding national marine rights and interests.

Key words： Preventing water cannon attacks; Funnel; Exhaust pipe; Shutter

1    前言

执法舰船一般烟囱均布置在主机舱正上方并与主机舱上下贯通，完全处在露天位置，其顶封板上一般布置有主推进柴油机排烟管、柴油发电机排烟管、锅炉排烟管、水炮柴油机排烟管、焚烧炉排烟管等，同时在四周围壁上布置有主（辅）机舱的进风和排风百叶窗，故烟囱将成为敌方舰船水炮攻击的首要目标。为了防止海上冲突中被对方水炮打过来的高压水柱从烟囱倒灌至主辅机，导致主动力停车甚至受损，在设计时须考虑烟囱及相关设备具备防水炮攻击的功能。

防水炮攻击的船舶烟囱系统设计，关键在于防止受到水炮攻击时大量的水通过位于烟囱的排烟管、进排风百叶窗等进入设备或船体内部，尤其是防止大量的水通过主、辅机排烟管进入主、辅机造成柴油机停车甚至损坏。因此，该系统主要包括防水炮烟囱、防水炮机舱通风百叶窗以及防水炮烟囱管系三个方面，下面分别进行介绍。

2   防水炮烟囱

烟囱作为阻挡对方舰船水炮攻击的最外一层屏障，其围壁形式的设计至关重要，在保证防水炮功能的同时，又不能影响到舰船的性能和整体外观。为了实现该系统的功能，将烟囱的四周围壁设计成超出顶封板较多的形式，使得排烟管能完全隐藏在围壁的内部，从而大大降低了排烟管被对方舰船的水炮直接攻击的概率;同时为了保证外观的威武和庄严，根据排烟管出口的斜切角在左右侧壁和后壁增加了帽檐设计。

但是，这样的设计亦存在两个弊端：

（1）这种形式的结构大大增加了烟囱顶封板以上部分的容积，在受到对方水炮持续攻击时，很容易使积水没过排烟管而进入到主、辅机，从而影响主动力设备的正常使用;同时，由于烟囱位置较高，积水的自由液面会对舰船的稳性造成一定的损失，影响舰船的航行安全;

（2）在航行过程中，排烟管排出的高温废气不能及时排走，使得烟囱顶封板以上的部分长期处于高温状态（最高可达到130 ℃），极大地影响了主、辅机等其他设备的正常运行，同时也缩短了烟囱顶部油漆的使用寿命。

因此，为了解决上述排水的问题，在顶封板以上的四周围壁上设置足够数量的流水孔以保证水能迅速的排走，流水孔的数量可根据水炮的额定流量、流水孔的大小以及烟囱围壁的结构强度来确定;而为了解决高温的问题，可在顶封板以上的前后壁上设置强制引流的百叶窗来排走高温废气，百叶窗的百叶采用向烟囱内部倾斜的形式，与正常百叶窗刚好相反，这样可使得低温气体能更加顺畅的进入到烟囱的高温区域将高温气体排走，百叶窗的数量和规格由排烟管数量及其排气量和烟囱围壁的结构强度来确定。烟囱外形如图1所示。

3    防水炮机舱通风百叶窗

烟囱围壁上布置有大量的百叶窗，主要分为主（辅）机舱进风百叶窗和排风百叶窗两种。传统的百叶窗外部通风装置，无法防止敌方水炮打出的水柱通过通风百叶窗进入舰船的主（辅）机舱内，因此必须进行设计改进。

经综合考虑，在保留原设计的气水分离百叶窗的基础上，新增加活动防水炮通风装置，即防水炮通风百叶窗（见图2所示）。在正面关闭状态下，防水炮百叶窗既能防止水炮水柱进入主、辅机等设备及机舱，又能预留适量的有效通风面积，确保主、辅机能正常运行。

该型防水炮通风百叶窗由内部气水分离百叶窗和外部的防水炮通风装置两部份组成，可通过操纵手轮快速关闭。气水分离百叶窗内部设有气水分离装置，而防水炮通风装置内部设有防护叶片，起到了双重保险作用，能够防止受到水炮攻擊时海水通过百叶窗进入主（辅）机舱内部。

但是，这种防水炮百叶窗由两个设备组装而成，也存在一定的弊端：首先，内部百叶窗原来的操作手轮较短，不利于操作。为了解决此问题，将内部百叶窗原操作手轮轴贯穿防水炮通风装置本体的封板，将原操作手轮设在防水炮通风装置的外部，与防水炮通风装置的操作手轮并排布置;此外，防水炮通风百叶窗由两个设备组成，在实船安装时较难保证精度。为此，将气水分离百叶窗安装方式采用嵌入式，防水炮通风装置采用非嵌入式，两者共用焊接法兰，先将焊接法兰与烟囱外围壁焊接，然后将百叶窗本体法兰通过内六角螺钉紧固在焊接法兰上，最后将防水炮通风装置本体法兰通过双头螺栓组件穿过百叶窗本体法兰和焊接法兰连接在一起。采用此方式，不但减少了防水炮通风装置和百叶窗的钻孔个数，同时还保证了现场安装精度。

必须指出，虽然设置了该型防水炮通风百叶窗，但仍会有少量残水通过百叶窗进入通风围井，进而流入或者被吸入主（輔）机舱。因此，在设置防水炮通风百叶窗的同时，还需要考虑防止残水被吸入的补充措施。可在与防水炮通风百叶窗连接的通风围井低洼处开设泄水孔，即使有少量海水通过防水炮通风百叶窗进入通风围井，也可通过泄水孔放泄至烟囱外的甲板上，避免流入到主（辅）机舱。而对进气百叶窗，在通风围井设置泄水孔的同时，在靠近百叶窗的通风围井内部还设置气水分离流道，防止进入通风围井的残水被进气轴流风机吸入到主（辅）机舱。

4   防水炮烟囱管系

对烟囱顶部排烟管的防护，是烟囱防水炮系统的关键所在。当烟囱顶部受到敌方水炮攻击时，如果大量的水进入排烟管内并顺着排烟管路流入设备，将导致设备停止运行并对设备造成严重的损坏。对此，我们在排烟管路的设计上采取了以下措施：

（1）调整排烟管朝向

因水炮攻击时水炮的射程有限，故一般都是从对方舰船的舷侧方向进行攻击，所以在布置排烟管时应尽量将排烟管出口朝向船尾方向。可通过各排烟管交错布置，在保证排气效果的前提下，减小敌方水炮水柱从舷侧方向射入的角度。同时，我们对排烟管末端进行切削，使排气口端面处于斜下朝向（见图3所示），这样可以避免大量的水直接灌入排烟管。

（2）在排烟管内增加排水措施

如果敌方水炮喷射的水有一部分进入了排烟管，为了防止其顺着排烟管进入主、辅机等重要设备内，在排烟管内设置了排水措施。首先在排烟管消音器设置排水管路，当海水进入消音器后，消音器可以收集进入的海水由消音器底部的排水口排出，并通过连接管路泄放至舱室污水井中;其次，在进入主（辅）机进气口之前的排气管路途中设置积水部位，如有残留的海水流过就会进入积水部位，由积水部位底部的泄水管泄放至舱室污水井中（见图4所示）。这样，可以起到双保险的作用，完全避免攻入的少量海水流入设备，保证了设备的安全。

（3）在烟囱顶封甲板增加排水措施

当烟囱受到水炮攻击时，烟囱顶部因其结构特征，会在短时间内接受大量的降水，为了避免大量积水无法及时排出，在顶部漫过位于烟囱顶部较低的排烟管口或排烟管的挡水防雨装置，进入烟囱结构内，经过研究采取如下措施：

烟囱顶封板在前部、中部、后部的左右两侧设置了漏水口。按船舶设计手册要求，设计仅需设置DN40的甲板漏水口即可。为了增强排水效果，在处于低位的靠尾部方向端增加了两个漏水口，并且根据水炮可攻入水量，将甲板漏水口的规格全部进行加大。这样烟囱顶封板疏排水能力得到了成倍的增加，满足烟囱侧面受水炮攻击后大量积水的排水需求。

（4）增加排烟管挡水防雨装置

因设备工作时排烟管受热会发生膨胀，所以排烟管穿过烟囱顶封板时不宜将排烟管与烟囱顶封板直接焊死，即烟囱顶封板开孔需大于排烟管，且该间隙需大于排烟管的受热膨胀量。为防止水从烟囱顶封板排烟管的穿孔流入烟囱内部，增加了排烟管的挡水防雨装置。

挡水防雨装置由防雨帽和挡水圈组成（见图5所示）。首先，挡水防雨装置的防雨帽焊接在排烟管上，在防雨帽与排烟管之间再设置一圈挡雨圈，且将防雨帽与挡雨圈距离适当缩小，这样就可以防止水沿着排烟管穿过烟囱顶封板的开孔流入或压力水冲击到烟囱顶封板再反弹进入到烟囱内部;其次，挡雨圈的高度应高于壁板上的方形开孔，这样烟囱顶部的积水就完全不会漫过挡雨圈进入烟囱内部。

5   结束语

当前我国维护海洋权益面临十分严峻的形势，水炮攻击是海上维权执法的一种比较常用且重要的打击手段，各国之间利用水炮进行作战既凸显维护海洋权益的决心和行动，也避免了让事态过度严重化。同时，为保证舰船的心脏部位不被水炮攻击到，拥有一套完善的防水炮攻击的船舶烟囱系统是非常必要的。目前，该系统已应用于建造完工的两型巡逻船上，经受了实践的检验，系统的可靠性、维修性、安全性、环境适应性等，均得到了执法部门的一致好评。