L型船用A-60级防火水密门设计

2021-09-07蒋恒深王其兵

船舶 2021年4期

蒋恒深王其兵

（1.无锡德林防务装备股份有限公司无锡 214000；2.无锡海核装备科技有限公司无锡 214191）

引言

水密门是主要安装于船舶水密舱壁或内部甲板的开孔处，为分隔舱室而设置，能够承受一定压力并保持水密性的船用门。其主要用于防止水、火、毒气等在船舶内蔓延，保证舱室之间的独立性，保证船舶浮力舱的有效性，从而最终保证船舶的安全性。按结构形状，分为圆形、矩形、椭圆形，以及潜艇耐压舱壁上的圆形球面耐压水密门等；按关闭方式，分为铰链式水密门与滑动式水密门。驾驶室能够显示水密门的开关状态并能遥控关闭水密门，就地位置能够操作水密门，并装设有显示门开启或关闭的指示器，当门动作时发出声光报警；在就地位置和舱壁甲板以上位置还设有独立的应急手动操作装置。

1 船舶防火等级的划分

船舶与在岸上行驶的交通工具不一样，没有太强的自救力量，一旦某个船员舱室失火，如果没有结构防火来支撑分隔，一个房间能引燃另一个房间，一层甲板能引燃另一层甲板，火场迅速扩大，严重危及船员生命安全，因此，充分认识船舶防火结构非常重要。船舶结构防火的耐火分隔是按照舱室失火危险程度的高低，根据公约和规范的规定而划分了不同的防火等级区域。美国消防委员会根据木材的燃烧特点把耐火分隔为A级、B级、C级3个级别，其中A类比较严格，A级分为A-60、A-30、A-15、A-0这4个级别，例如：机舱间A类机器所处的失火危险性大的场所，其机舱围蔽交界的大部分被规定为A-60级分割，而居住区的船员居住处所也因具备失火危险性而被定义为B级分割。A-60代表该绝缘材料能在一侧60 min的燃烧下，另一侧温度不超过150℃，并不散发有害烟尘。

2 大型低门槛水密门的结构形式

大型水密门在船舶的不同部位有很多应用，目前水密门的主要结构形式有铰链式、滑动式和伸缩式3种，驱动方式主要为液压驱动。

2.1 铰链式水密门

铰链式水密门一般采用铰支座、油缸驱动和扎扣锁紧的形式。门在开启过程中，需要占用以门铰座为中心、门宽为半径的90°扇形空间（见图1）。适用于门开口方向横向空间不足，但通道方向空间充足的工况。

图1 铰链式水密门

2.2 滑动式水密门

滑动式水密门的应用最为广泛。滑动式水密门一般采用滚轮导向、油缸驱动和楔块锁紧的形式。该水密门需要占用门通道方向门页、门框及油缸布置的厚度空间（见图2），需要占用的操作空间较小，适用于门移动方向空间充足，通道方向空间不足的工况。

图2 滑动式水密门

2.3 伸缩式水密门

伸缩式水密门一般用于超大型开口门（见图3），结构相对复杂，占用空间相对适中，但水密密封面较多，不便于维护，对加工及安装精度要求也较高。

图3 伸缩式水密门

3 门页防火和水密设计

通过分析目前大型水密门的结构形式，本文涉及的水密门通道空间不足，密封要求较高，因此在滑动式水密门的基础上，改进了门页结构，设计了一种L型门页滑动式水密门，主要由门页驱动机构、门页、门框与导轨、门页锁紧机构、泵站、手动泵操作手柄、门页开关操作手柄以及蓄能器等部件组成。

图4 大型 L型水密门

本文设计的L型水密门，门框固定在舱壁上，门页在油缸的驱动下，沿安装在门框上的导轨移动，油缸由安装在门框上的门页开关操作手柄控制。水密橡胶条安装在门页上，由于结构需要，水密密封面不在同一平面上。门页在关闭接近到位时，门页上的锁紧销轴在油缸的驱动下沿着门框上的导向孔，将门页整体向门框侧压紧，将安装在门页上沿正面水压方向上的水密橡胶条压缩，使上边缘水密；同时在油缸的推动下，门页左右边侧的水密橡胶条充分与门框接触，使左右边缘水密；在门页接近到位时，门页的滚轮沿着导轨上预先开设的平滑凹槽下沉，使门页下边缘与门框充分接触，使门页下边缘水密。在各个密封面之间的过渡采用专用转角，使密封面之间的衔接平滑，水密效果更好。门页关闭到位后，松开门页开关操作手柄，与操作手柄相连的锁紧块嵌入门页上的锁紧销轴内部，防止门页松动。门页密封面侧的面板上安装有耐火膨胀条，门关闭到位后在门页和门框间隙内，高温条件下，膨胀条通过膨胀将间隙填满，阻隔烟雾；同时，通过水密橡胶条的阻燃特性也起到了二次防火的作用。在门页和门框的钢结构表面及内部填充有防火板和隔热材料，能够有效阻隔向火侧对背火侧的热量传递。

3.1 门页及防火设计

根据《船舶设计实用手册》水密舱壁要求，门板厚度应不小于5.21 mm，腐蚀余量为2 mm，但门板厚度应不小于相邻舱壁的厚度，由此门板厚定为10 mm。笔者委托中国矿业大学对门页进行有限元校核，门页的最大的应力区在门的中心部分，门页整体采用Z型折弯工艺（见图5），相对平面水密门增加了门页的刚性。门页滑动采用滚轮支撑轮可以减少摩擦力，降低驱动力。为保证门页在运行过程中具有更好的稳定性，且保证门页开启方向的长度尽量小，将油缸铰链座安装于门页的中间靠关闭方向位置。

图5 门页结构图

门页上安装有4个滚轮、导向销轴、油缸座、水密橡胶条及防火隔热材料等零件。为保证水密橡胶条连续完整，在不同密封面间采用专用开模转角，用螺钉将橡胶条安装于门页。门页表面设有防火隔热材料安装槽，槽内敷设防火板、隔热材质，并在表面包覆钢板，以阻止温升。防火保证结构见图6。

图6 防火保证结构图

3.2 水密设计

为保证水密橡胶条连续完整，在不同的密封面之间采用专用开模转角，橡胶条以螺钉安装于门页上（见图7）。当门页在关闭接近到位时，门页上的锁紧楔块在油缸的驱动下沿着门框上的导向槽，将门页整体向门框侧压紧，使门框上的橡胶条压缩，直到楔块完全进入锁紧槽，橡胶条达到最大压缩，形成水密。

图7 水密橡胶条

在门页的四边分别装有楔紧装置（见图8），将门页向门框侧逐渐压紧。左右楔紧装置采用导向销轴的形式，导向销轴前端具有一定的斜度，在与门框的导向孔接触后，受到导向孔的挤压，将门向门框侧挤压，使水密橡胶条逐渐压缩形成水密。上下楔紧装置采用楔块形式，锁紧轴为圆柱形轴，在与楔紧块接触后，沿着楔紧块的斜坡逐渐进入楔紧凹槽，将门页向门框侧挤压，使水密橡胶条逐渐压紧形成水密。