某單邊上翻鉸鏈式艙口蓋設計

張曉東，張新中

（上海船舶設備研究所，上海 200031）

0 引言

目前，我國某型船上20 ft（1 ft＝0.304 8 m）集裝箱等大型箱裝物資在底坑甲板到頂部甲板之間的垂直轉運主要依靠大載荷升降機實現，升降機不用時升降平臺鎖定于底坑甲板，保證底坑甲板的完整性，設置于頂部甲板的單邊上翻鉸鏈式艙口蓋能關閉并鎖緊，保證頂部甲板的完整性并等強度。升降機由于在底坑甲板到頂部甲板之間垂直轉運物資，由于底坑甲板的非防爆要求和頂部甲板的防爆要求，使得艙口蓋關閉并鎖緊時應實現無壓差氣密要求，而由于船體防火分隔對艙口蓋提出了內部向火要求，使得艙口蓋關閉并鎖緊時應實現A15等級防火要求，這給艙口蓋的密封設計和防火設計提出了很高的要求[1]。

本文以單邊上翻鉸鏈式艙口蓋為研究對象，闡述了密封、防火結構設計及試驗情況。

1 技術指標要求

本文所研究的單邊上翻鉸鏈式艙口蓋技術指標見表1。

表1 單邊上翻鉸鏈式艙口蓋技術指標

2 艙口蓋的結構設計

單邊上翻鉸鏈式艙口蓋結構組成見圖1，由圍檻、鎖銷、艙口蓋、撐桿機構、開蓋機構、鉸鏈裝置和密封橡皮等組成[2-3]。

圖1 單邊上翻鉸鏈式艙口蓋結構圖

艙口蓋關閉時，開蓋機構油缸收回到位，鎖銷油缸伸出到位，由鉸鏈裝置、鎖銷形成的基本均布于艙口蓋周邊7個壓緊點使得密封橡皮與圍檻上壓條均勻接觸和基本一致壓縮量，實現無壓差氣密要求。艙口蓋打開時，鎖銷油缸收回到位，隨著開蓋機構油缸伸出，艙口蓋以鉸鏈裝置為回轉中心轉動，開蓋機構油缸伸出到位時，撐桿機構油缸伸出，艙口蓋開啟到90°豎直位置并可靠鎖定。為保證艙口蓋運動過程中與圍檻不存在干涉，通過做運動分析圖分析艙口蓋在啟/閉過程中開蓋油缸活塞桿的位置變化而確定油缸行程，以及在關閉到位時艙口蓋與圍檻之間是否存在干涉情況，檢查密封橡皮與壓條、防火繩與壓條之間的密封情況。

3 艙口蓋的密封、防火設計

艙口蓋尺寸大，密封橡皮理論中心線長度達到22.9 m，考慮到船體甲板開口的平面度偏差較大，密封橡皮材料采用氯丁橡膠（CR），具有較高的彈性變形量，密封效果好且抗氧化，在艙口蓋本體與圍檻底板面接觸時，密封橡皮理論最大壓縮量達到8 mm，能在降低對船體甲板開口的平面度要求同時實現無壓差氣密的密封要求。艙口蓋和圍檻內部鋪覆陶瓷纖維棉，同時在艙口蓋內增加一圈防火繩，當艙口蓋內部向火時，第一道防護是鋪覆的陶瓷纖維棉，起防火隔熱延緩溫升作用，第二道防護是艙口蓋內一圈防火繩，可防止火焰直接燒灼到密封橡皮，能實現A15等級防火隔離要求。

艙口蓋的密封、防火結構見圖2。

圖2 艙口蓋密封、防火結構圖

4 艙口蓋的仿真校核

影響艙口蓋密封效果的還有艙口蓋在受到載荷作用時的變形，如果超過密封橡皮的壓縮量，則會導致密封失效，因此需對艙口蓋變形進行仿真計算。

艙口蓋材料采用CCS EH36，根據總體要求的與頂部甲板等強度要求，承載能力為2 t/m2，面板采用14 mm鋼板，橫向鉸鏈部位和中心縱向設計較大T型梁，其間每隔500 mm設計加強筋，艙口蓋最大外形尺寸為8 620 mm×3 558 mm。

對艙口蓋施加約束和均布載荷進行仿真計算，得出艙口蓋頂板、橫梁及縱桁、面板、加強筋的應力和變形見圖3[4-5]。

圖3 艙口蓋應力和應變圖

根據仿真計算，艙口蓋各構件的應力均小于材料許用應力，艙口蓋受載整體變形為5.64 mm，小于密封橡皮8 mm的壓縮量，能保證艙口蓋滿足無壓差氣密要求。

5 艙口蓋的防火試驗

為了驗證艙口蓋防火結構設計，根據遠東防火試驗中心能做防火試驗的最大尺寸為2 600 mm×2 000 mm，制作尺寸縮比艙口蓋，但密封結構型式不變，在遠東防火試驗中心根據國際海事組織（International Maritime Organization，IMO）船舶防火測試標準對艙口蓋內側進行A15等級防火試驗見圖4。

圖4 艙口蓋防火試驗

圖4 艙口蓋防火試驗（續）

參照2010FTP規則附件1第3部分的規定，所有材料符合2010FTP規則附件1第3部分3.5.1的規定，縮比艙口蓋隔熱性60 min，完整性60 min，試驗持續時間61 min，符合有關A級分隔上開口的要求，防火等級達到A60，高于A15等級要求。

6 艙口蓋的試驗驗證

艙口蓋啟閉速度通過控制閥組上節流閥控制，經現場調整后，開啟時間為55.9 s，關閉時間52.6 s，滿足不大于60 s的指標要求。艙口蓋制作樣件進行尺寸縮比，但密封結構型式不變，在遠東防火試驗中心根據IMO船舶防火測試標準對艙口蓋內側進行防火試驗，防火等級達到A60，高于A15等級防火性能要求。艙口蓋按CB/T3722—1995《氣密門》中檢驗規則，關閉并鎖緊后在內測密封橡皮和壓條接觸處均勻噴涂肥皂水，以0.2 MPa空氣，管徑5 mm管子，從艙口蓋外側對準縫隙處吹氣，內側無肥皂泡出現，滿足無壓差氣密的指標要求。

7 結論

根據單邊上翻鉸鏈式艙口蓋技術指標要求，對艙口蓋進行結構設計、密風設計、防火設計，并按相關標準和規范要求進行試驗驗證，單邊上翻鉸鏈式艙口蓋設計和試驗結果均滿足技術指標要求。