某船用升降機折疊式風(fēng)雨密防火層門設(shè)計

舒建華，葉 嘉，葉子凌

（1. 上海船舶設(shè)備研究所，上海 200031；2. 海軍裝備部駐上海地區(qū)第三軍事代表室，上海 200031）

0 引言

海上船舶物資的垂直轉(zhuǎn)運主要依靠船用升降機來實現(xiàn)。在每層甲板設(shè)置1個層門，主要作用是作為叉車進入通道并且承受風(fēng)雨載荷、上浪載荷或水密載荷等，保證通道的風(fēng)雨密或者水密狀態(tài)。此外，由于船體防火分隔的特殊要求，往往要求層門具有一定的防火性能，這給層門的密封以及防火性能帶來了很大的技術(shù)難題。單塊層門在開啟過程中或開啟后必須占用較大的通道空間，由于通道寬度的限制，不能采用單塊層門，因此考慮將單塊層門改為折疊式。本文以防爆升降機風(fēng)雨密防火折疊層門為研究對象，闡述了升降機風(fēng)雨密防火折疊層門的防火設(shè)計及試驗過程。

1 技術(shù)指標要求

為方便叉車裝卸載貨物，層門不得設(shè)置門檻；根據(jù)叉車及貨物進出平臺的空間占用，對層門凈開口提出要求；根據(jù)船體結(jié)構(gòu)密封要求，對門提出雙向水壓要求；層門圍井側(cè)向火，基于安全考慮，防火等級不低于A60；根據(jù)物資轉(zhuǎn)運的時間分配，對層門啟閉時間提出要求。具體技術(shù)指標見表1。

表1 折疊式風(fēng)雨密防火層門技術(shù)指標

2 折疊層門結(jié)構(gòu)設(shè)計

水平鉸鏈液壓折疊上翻式無門檻風(fēng)雨密門由導(dǎo)軌、油缸、弧形限位塊、限位塊、鎖定裝置、頂部鉸鏈裝置、上層門和液壓插銷裝置等組成。

折疊式層門采用上翻式，結(jié)構(gòu)如圖1所示。開啟過程中隨著油缸的頂升，層門以小角度向上運動，上層門側(cè)面的圓柱桿在門框上的弧形限位塊接觸，確保層門的上升過程受控。直到頂部鉸鏈裝置與門框上的限位塊接觸，此時圓柱桿與弧形限位塊脫離，層門繼續(xù)向上開啟，待開啟至90°后，層門通過液壓鎖定裝置固定在門框上。為使上層門和下層門的結(jié)構(gòu)運動保持同步，在門框兩側(cè)設(shè)置2根導(dǎo)向?qū)к?。層門向下關(guān)閉后，液壓插銷裝置將門體鎖死在門框插銷眼板上。層門內(nèi)側(cè)需鋪防火毯，因此液壓插銷裝置采取門體內(nèi)置，通過蓋板進行安裝和維修。

圖1 折疊層門結(jié)構(gòu)圖

3 折疊層門密封及防火設(shè)計

層門結(jié)構(gòu)分為上下2部分，需要考慮上層門、下層門結(jié)構(gòu)之間的密封布置、防火結(jié)構(gòu)以及上層門、下層門結(jié)構(gòu)的聯(lián)動性。密封橡皮條主體材料采用氯丁橡膠（CR），該橡膠具有較高的彈性變形量，密封效果好、抗氧化，在使用中需定時更換以保證密封性能。為實現(xiàn)折疊層門門框四面的密封性以及上層門、下層門結(jié)構(gòu)中間的密封性，密封的整體布置以及上下層門結(jié)構(gòu)之間的密封布置是此次設(shè)計的關(guān)鍵。結(jié)合層門開啟和關(guān)閉的動作過程，密封布置如圖2所示。

折疊層門的的防火等級要求為A60，門框四周以及上層門、下層門結(jié)構(gòu)之間都采用了內(nèi)側(cè)鋪設(shè)陶瓷纖維毯，外側(cè)安裝陶瓷纖維繩，如圖2所示。

圖2 折疊層門密封和防火設(shè)計

4 折疊層門的仿真校核

4.1 動作正確性校核

為驗證層門動作能完全按照設(shè)計思路進行動作，將模型導(dǎo)入ADAMS軟件，添加約束與邊界條件后進行運動學(xué)仿真。檢查運動過程中是否有干涉現(xiàn)象、層門啟閉到位后鎖定裝置和插銷裝置是否能正確鎖定。結(jié)果表明：層門能正確開啟和關(guān)閉，運行過程平穩(wěn)。

4.2 折疊層門結(jié)構(gòu)強度校核

層門內(nèi)安裝有橡皮條，層門通過對應(yīng)門框?qū)⑾鹌l壓縮達到密封效果。因此，層門的結(jié)構(gòu)強度會對層門密封效果產(chǎn)生很大影響。按照CCS規(guī)范[3]，根據(jù)設(shè)計載荷確定頂板厚度與骨材之間的間距以及跨距，再利用有限元仿真進行強校核[2]。分別對門體內(nèi)外雙向水壓20.1 kN/m2，仿真結(jié)果如圖3和圖4所示。

圖3 水壓在內(nèi)側(cè)時的門體變形和應(yīng)力圖

圖4 水壓在外側(cè)時的門體變形和應(yīng)力圖

由圖3和圖4可知：層門鋼結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力為41.90 MPa，遠小于材料的許用彎曲應(yīng)力。層門鋼結(jié)構(gòu)變形圖（圖3和圖4）可以看出：最大變形量出現(xiàn)在層門下半部分鋼結(jié)構(gòu)中心，最大變形為2.17 mm；而橡皮條處的側(cè)板最大變形小于1 mm，滿足水密性能要求。因此，折疊門的強度滿足要求。

5 試驗驗證

折疊門的開啟和關(guān)閉時間由液壓泵站控制閥組上的流量調(diào)節(jié)閥來控制。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)試，折疊層門的開關(guān)門時間滿足30 s的要求。層門組裝完后前往遠東防火試驗中心進行防火試驗，試驗結(jié)果滿足A60級要求。防火試驗見圖5。按CB 3273—1985《艦船門、窗、蓋的密性試驗》[4]中風(fēng)雨密門項目要求進行沖水試驗：使用直徑不小于16 mm的噴嘴，從約1.5 m處對準層門橡皮條的貼合處持續(xù)沖水約60 s（噴嘴出口水壓不小于200 kPa）后，層門背后無水滴或水珠等漏水現(xiàn)象，滿足風(fēng)雨密的要求。

圖5 折疊門沖水試驗

6 結(jié)論

根據(jù)船體布置的需求，對船用防爆升降機的折疊層門的動作、結(jié)構(gòu)強度、密性要求和防火要求進行設(shè)計，并通過現(xiàn)場動作試驗、沖水試驗、防火試驗進行一一驗證，設(shè)計的折疊層門滿足風(fēng)雨密防火要求。