L型船用A-60级防火水密门设计

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。

图8 楔紧及导向轴销装置

4 主要功能

L型A-60级防火液压水密门可用于物资运输通道的分隔门，无门槛结构，可以保证运输设备可以顺利通过。在关闭的情况下保证水密及A-60级双面防火要求。本文设计的防火水密门主要具备以下功能：

（1）采用滑动式水密门结构，PLC控制，液压驱动。

（2）能在驾驶室控制板上摇控关闭并显示水密门的状态：红灯表示水密门完全开启，绿灯表示水密门完全关闭；红灯闪烁表示水密门正在关闭，绿灯闪烁表示水密门正在开启。

（3）正常情况下，能就地采用动力操作。

（4）应急情况下，能在就地位置采用应急手动操作。

（5）就地位置设有带灯警铃，当门移动时能发出声光报警。

（6）主电源失电时，电气系统能自动转换到DC24V应急电源供电。

（7）液压系统中设有一个具有足够能量的液压蓄能器，在不启动电机的情况下，仅使用液压蓄能器内储存的液压油就能至少操作水密门3次，即关闭-开启-关闭。

（8）满足A-60级防火门的要求，控制装置也满足防火门控制装置的要求。

5 结 语

本文分析了现有船用水密门的主要结构形式以及船舶水密门防火设计的要求和规范，列出一种大型L型船用A-60级防火水密门的设计形式。本文设计的防火水密门采用了双道密封的“八”字形截面，并通过有限元对门页结构进行校核，为其他技术人员针对大型防火水密门的设计提供一定参考。