大型风雨密防火卷帘门在改装海工模块上的设计与应用

郭学峰

(中远船务工程集团有限公司技术中心，辽宁大连 116600)

大型风雨密防火卷帘门在改装海工模块上的设计与应用

郭学峰

(中远船务工程集团有限公司技术中心，辽宁大连 116600)

通常情况下卷帘门结构单薄、不能应用在海洋工程船模块外部暴露舱壁上。目前在船级社海工规范中没有关于风雨密防火卷帘门的设计要求，也没有相对应的设计标准。国内外还没有将卷帘门使用在海洋工程船露天处所的先例。在某改装海工模块外部暴露舱壁上，因开口处受布置所限，我们创新性地将普通卷帘门结构形式进行改进，做到使其满足海工模块外部舱壁开口处的风雨密、防火性A－0的要求。文章结合实船展示，努力探索出风雨密防火卷帘门在改装海工模块上使用的设计方法，为今后进行类似设计提供了参考。

改装海工模块;风雨密A－0防火卷帘门布置;功能设计及操作组成单元;结构计算

众所周知，普通卷帘门通常应用在陆地建筑物、库房等进出口，海洋工程船模块的工作环境恶劣，通常情况下认为卷帘门结构单薄不能应用在改装海工模块尤其是外部暴露舱壁上，普通海船上比较常见的船用厨房防火卷帘门尺寸很小 (最大规格宽2 m ×高1.5 m)，并且仅限于使用在内部舱室内。目前船用风雨密防火卷帘门没有对应的国内外标准和规范可以依据，国内外也没有使用在海工模块露天处所的先例。

大型风雨密防火卷帘门布置在改装海工模块露天处所外部暴露舱壁上具有以下困难:需要满足安装处舱壁风雨密密性要求，突破传统上卷帘门的使用范围;风雨密强度要求导致其较普通卷帘门的设计强度大幅提高;防火密性要求因大型卷帘门的特殊结构形式很难做到;没有现成的标准和规范要求可以供参考;卷帘门的结构型式特殊，加工困难;制作精度要求较高等。

某改装海工模块在工作间外部露天舱壁上，根据布置所限，创新性地使用风雨密防火卷帘门来满足使用要求。将普通卷帘门结构形式进行改进，使其满足规范中对于改装海工模块外部舱壁开口处的风雨密密性、防火性和结构强度的要求，同时对卷帘门操作性进行改进，使其操作功能性也满足设备和人员进出的使用要求。

大型风雨密防火卷帘门应用在改装海工模块上，具有如下优点:同铰链门、移门相比占用很小的使用空间;安装方便，节省建造成本;优化设计通道布置;使用电力操作，机械化程度较高，操作方便。

大型风雨密防火卷帘门尽管具有方便海工模块通道布置、优化设计、降低建造成本等优点，但它也在自身强度设计、制作上存在诸多难点。下面结合某改装海工模块实例分别从风雨密防火卷帘门的布置、功能设计及操作组成单元、载荷分析、强度设计计算、开口处结构的强度计算、工厂和船上试验要求等几方面进行阐述。

1 风雨密防火卷帘门的布置

在某改装海工模块工作间外部暴露舱壁上有一设备和人员进出开口，参见图1。

图1 实船井口控制模块工作间开口图

该改装模块工作间主要用来维修BOP控制设备。作为人员和设备进出工作间的通道开口尺寸根据需要满足定期检修设备的最大外形尺寸要求，将卷帘门的通孔尺寸定为宽1.7 m×高6 m。

图1中改装海工模块工作间暴露的外部舱壁，因其他模块结构的阻碍，铰链门、移门都不能满足布置上使用要求，创新性地使用风雨密防火卷帘门来满足该处使用要求。风雨密防火卷帘门的布置要充分考虑到人员和设备进出舱室的方便性，综合考虑人员主通道入口和维修设备入口通道的走向进行布置。

根据工作间的工作性质，工作间暴露的外部舱壁上设备进出开口处需要保证风雨密密性要求，防火等级为A－0，按照SOLAS、API和入籍船级社海洋平台等规范中防火划分的等级要求。为了更好地保证工作间密性，卷帘门安装在工作间外部。卷帘门控制采用内、外部电动操作和外部手动应急操作。卷帘门上的电机等控制单元安装外部舱壁上，安装启闭声光报警装置、限位开关装置，卷帘门底部与甲板密封要考虑甲板上的维修BOP设备轨道影响。

2 风雨密防火卷帘门的功能设计及操作组成单元

风雨密防火卷帘门由门板、门框、动力装置、控制单元、报警显示装置、密封装置、操作按钮、本地手动应急操作装置、限位开关等部分组成。安装在暴露舱壁面的本地手动操作装置 (手动应急操作拉链装置)在船舶电力系统不起作用的工况下 (如失电工况下等)使用。动力单元设置在外部，控制单元设置在舱壁的内外两侧。卷帘门需要的电源应由位于舱壁甲板上方的专用配电板供电。

卷帘门门板与门框要求具有风雨密性，抵抗雨水、风浪的浸入。电机绝缘、防护等级满足露天要求。防火等级:A－0。根据使用区域为露天暴露区域，将卷帘门卷帘片定义为:卷帘片材质为不锈钢、厚度为1 mm;卷帘片内部特别制作加强结构。

四周含钢丝的密封胶条进行了特别设计处理，有效保证强度和防火密性要求，卷帘片之间采用圆形胶条密封。卷帘门的卷帘片长度大约7 m，故动力马达选型时需要考虑功率满足卷帘片卷起时操作负荷，以免烧毁电机。卷帘门底部与甲板密封处需要特别考虑，使用特殊胶条保证密性，防止雨水从底部甲板处灌入。卷帘门详图参见图2。

图2 卷帘门详图

3 风雨密防火卷帘门的载荷分析

根据卷帘门安装位置作用在卷帘门上的载荷(暴露面)分为:卷帘门自重、风载荷、冰雪载荷、船舶运动加速度、卷帘门运动与导轨的摩擦力等，因该处舷边有管廊结构保护，海水上浪载荷不考虑。下面按照规范分别采用手工计算。

3.1 风载荷

风载荷是脉动的，常用的表示有阵风风速、持续风速、稳定风速。各国船级社规范中各自的规定不同，这里平均风速我们按照实船入籍DNV offshore百年一遇的要求［1］:本实例中经过修正后最终风压 P风=2.51 kN/m2，计算受风面积选取受风构件的正投影面积。

3.2 冰雪载荷

卷帘门设计冰雪载荷根据其安装的具体高度、暴露的海况环境，按照DNV offshore要求［1］:冰载荷 P冰=0.09 kN/m2; 雪载荷 P雪=0.5 kN/m2。

3.3 运动摩擦力载荷

卷帘门在下放、收起过程中，卷帘片要承受卷帘片与两侧轨道密封胶皮产生的摩擦力。根据机械标准查得摩擦因数0.15［2］。摩擦力线载荷 P摩擦=900 N/m。

3.4 船舶运动加速度载荷

卷帘门安装位置的船舶运动加速度根据DNV offshore 进行计算［1］，得 αv=1.58 m/s2。

4 风雨密防火卷帘门的强度设计计算

根据风雨密防火卷帘门的内部结构形式，参照DNV offshore和美国钢铁协会AISC要求，分别对门板的厚度和内部的扶强材强度进行校核［1，3－4］。

4.1 门板强度校核

风雨密防火卷帘门门板承受的弯矩:σb=44.5 N/mm2，双面门板厚度1 mm满足要求。

4.2 门板上扶强材强度校核

带板的有效宽度:b=168 mm，门板的最大变形:δ=7.2 mm，满足规范要求许用最大变形值。

扶强材的塑性剖面模数:Wp=1.83×103mm3，扶强材许用弯矩:Md=Wp× fy/γm=384 N·m，γm为材料系数;fy为许用应力值.

实际弯矩:M=374 N·m，内部扶强材尺寸满足屈曲强度要求。

门框与舱壁板焊接，选择门框的材质要求等同于安装处船体结构舱壁板的材质;门板以及其上的扶强材的材质选择要按照入籍船级社规范中对该海洋工程船安装卷帘门舱室所处的工作环境温度等级对应的厚度选择门板的材质。

5 风雨密防火卷帘门开口处结构的强度计算

卷帘门安装在框架结构的模块上，因开口尺寸过大，需要对开口处的结构强度进行校核，采用STAAD结构有限元计算软件对结构进行分析，依据实船入级DNV海工规范对其进行强度校核。模型根据结构及承受载荷的特点，从力学上加以抽象化。模块上的隔板等弱结构可不计。底部与甲板连接处因模块尺寸较大，采用弹性固定支承进行定义。计算模型见图3。

图3 开口处结构框架计算模型示意图

6 风雨密防火卷帘门的工厂和船上试验要求

风雨密防火卷帘门与模块结构的四周密封设计在设备功能设计中需要给予特别考虑，但卷帘门在制作结束后需要在制作工厂进行风雨密试验，试验时应该选在最容易渗漏的中间部位和卷帘门门板与甲板之间密封处进行。

卷帘门上船安装结束后进行船上试验 (按照入籍船级社检验要求进行冲水试验)，试验使用的喷嘴、距离试验点的距离、喷嘴出口处水的压力均应满足入籍船级社的要求，被检测面应无水迹或者水珠等。

7 结束语

根据以上设计以及计算结果送审DNV船级社和船东，获得通过。本文对改装海工模块露天舱壁使用的大型风雨密防火卷帘门进行仔细地研究，对其布置、结构组成、承受的载荷分析、强度校核、工厂及上船安装试验等方面进行分析，并给出相应的计算方法、公式和思路，希望能够对今后类似的设计提供一些参考。随着海洋工程市场的升温，其必将有更加广阔的市场前景。

我们在对卷帘门方案设计等方面积累了一些宝贵的经验，如有不妥的地方请给予指正。

［1］DNV.OFFSHORE STANDARD DNV －0S－C101 ［S］.2008.

［2］机械设计手册编委会.机械设计手册［M］.北京:机械工业出版社，2004.

［3］AISC.AISC 13th Edition［S］.2011.

［4］王杰德，杨永谦.船体强度与结构设计 ［M］.北京:国防工业出版社，2006.

As all known working environment of offshore installations is very severely，and normally roller shutter does not satisfied with this condition which it to be installed on weather bulkhead.It does not mentioned in the Rules and Standards.When the sliding door or hinge door can not to be installed on weather bulkhead.We revised the normal roller shutter，and innovatively apply weather tight A － 0 fireproof roller shutter.Meanwhile we display one offshore installation for example.We hope that this will give some designers further help.

module of offshore installation;layout of weather tight A－0 fireproof roller shutter;design of function and composition;structure calculation

U667.3

C

1001－8328(2013)05－0055－03

郭学峰 (1971-)，男，河北秦皇岛人，高级工程师，大学本科，主要从事船舶结构与舾装设计工作。

2013－07－26