某船用升降機折疊式風雨密防火層門設計

舒建華，葉 嘉，葉子凌

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

0 引言

海上船舶物資的垂直轉運主要依靠船用升降機來實現。在每層甲板設置1個層門，主要作用是作為叉車進入通道并且承受風雨載荷、上浪載荷或水密載荷等，保證通道的風雨密或者水密狀態。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雨密防火折疊層門為研究對象，闡述了升降機風雨密防火折疊層門的防火設計及試驗過程。

1 技術指標要求

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

表1 折疊式風雨密防火層門技術指標

2 折疊層門結構設計

水平鉸鏈液壓折疊上翻式無門檻風雨密門由導軌、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，結構如圖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構運動保持同步，在門框兩側設置2根導向導軌。層門向下關閉后，液壓插銷裝置將門體鎖死在門框插銷眼板上。層門內側需鋪防火毯，因此液壓插銷裝置采取門體內置，通過蓋板進行安裝和維修。

圖1 折疊層門結構圖

3 折疊層門密封及防火設計

層門結構分為上下2部分，需要考慮上層門、下層門結構之間的密封布置、防火結構以及上層門、下層門結構的聯動性。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。為實現折疊層門門框四面的密封性以及上層門、下層門結構中間的密封性，密封的整體布置以及上下層門結構之間的密封布置是此次設計的關鍵。結合層門開啟和關閉的動作過程，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、下層門結構之間都采用了內側鋪設陶瓷纖維毯，外側安裝陶瓷纖維繩，如圖2所示。

圖2 折疊層門密封和防火設計

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計思路進行動作，將模型導入ADAMS軟件，添加約束與邊界條件后進行運動學仿真。檢查運動過程中是否有干涉現象、層門啟閉到位后鎖定裝置和插銷裝置是否能正確鎖定。結果表明：層門能正確開啟和關閉，運行過程平穩。

4.2 折疊層門結構強度校核

層門內安裝有橡皮條，層門通過對應門框將橡皮條壓縮達到密封效果。因此，層門的結構強度會對層門密封效果產生很大影響。按照CCS規范[3]，根據設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]。分別對門體內外雙向水壓20.1 kN/m2，仿真結果如圖3和圖4所示。

圖3 水壓在內側時的門體變形和應力圖

圖4 水壓在外側時的門體變形和應力圖

由圖3和圖4可知：層門鋼結構最大應力為41.90 MPa，遠小于材料的許用彎曲應力。層門鋼結構變形圖（圖3和圖4）可以看出：最大變形量出現在層門下半部分鋼結構中心，最大變形為2.17 mm；而橡皮條處的側板最大變形小于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

折疊門的開啟和關閉時間由液壓泵站控制閥組上的流量調節閥來控制。經現場調試，折疊層門的開關門時間滿足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象，滿足風雨密的要求。

圖5 折疊門沖水試驗

6 結論

根據船體布置的需求，對船用防爆升降機的折疊層門的動作、結構強度、密性要求和防火要求進行設計，并通過現場動作試驗、沖水試驗、防火試驗進行一一驗證，設計的折疊層門滿足風雨密防火要求。