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摘 要：本文主要介绍一种船用新型防火装置，该装置可用于船舶机舱通风等防火隔断，其与传统防火风闸相比，構造简单、成本低、防火隔断速度快，能满足船舶设计相关规则要求。
关键词：防火装置;防火风闸;气动传动装置;防火隔断
中图分类号：U664.88 文献标识码：A
Design and Application of a New Type of Marine Fire Prevention Device
XIONG Xiaoyang， WANG Dongmei， YANG Yongdong， HAO Liguo
（ CSSC Huangpu Wenchong Shipbuilding Co.， Ltd.， Guangzhou 511462 ）
Abstract： This paper mainly describes a new type of marine fire prevention device， the device can be used in the ship engine room ventilation and other fire prevention partition. Compared with the traditional fire damper， the device has the advantages of simple structure， low cost and fast fire prevention partition speed， it can meet the requirements of the relevant rules of ship design.
Key words： Fire prevention device; Fire damper; Pneumatic transmission device; Fire partition
1 前言
船舶机舱作为船舶的动力中心，常用于布置发动机、锅炉等重要机械设备。为保证其中的发动机或锅炉在所有气候包括恶劣气候条件下有效运转，以及机舱内工作人员的安全性，需提供足够的空气供给。为此，机舱通常设有机械通风装置和通风管道。但机舱设备往往使用燃油，同时运转设备会向空气散发出大量热量，因此规则将其定义为易发生火灾的危险区域而提出了防火分隔要求，强调在机舱通风管道上需设有防火装置，当其发生火灾时或采用固定气体灭火时，能将其通风管道进行有效隔断。
目前，许多船舶在机舱上方设置独立的机舱风机室，风机通过管路与机舱连接，并在风机室甲板开孔，风机室上方设通风格栅或风帽，以实现风机对机舱进行送排风。为满足上述要求，传统做法往往是在风管上加装防火风闸，或者将风机室通风百叶窗或风帽设计为可关闭式。但很多船舶因受综合布置限制无法采用可关闭风口型式，且采用防火风闸成本较高。为此，本文介绍一种成本较低的新型防火装置。
2 传统防火隔断装置设计方案
2.1 机舱风机室的防火要求
很多船舶会设计独立的机舱风机室，在风机室甲板开孔，设置轴流风机对机舱进行送排风。在防火分隔划分时，根据国际海事安全委员会MSC.1-Circ.1239的有关机舱风机室的防火要求，机舱风机室通常有两种设计方案：
（1）机舱风机室作为机械处所，满足风机室与机舱之间的甲板为“A-0”级防火分隔，穿舱件满足SOLAS II-2/9.7.3.1.2要求（风管净流通面积≥0.075 m2则加设挡火闸）;
（2）机舱风机室作为机舱的一部分， 风机室与机舱之间的甲板不要求做防火分隔，但通风管的关闭装置必须设置在机舱风机室外。
方案（2）通常将风机室百叶窗设计为可关闭式，但很多船舶受综合布置限制，无法设置可关闭百叶窗的平台，故不能设计成可关闭式百叶窗。为满足规范要求，部分船舶按方案（1）进行设计，在机舱通风系统中适当处所（一般在通风系统的进出风口位置）设置防火风闸或采取其他等效的措施。
因为机舱总通风量需求大，根据风量计算进行机舱风机选型后，机舱风机需要的甲板开孔通常超过0.075 m2。为了保证甲板的耐火完整性，对照《国际海上人命安全公约》（SOLAS）要求，如果穿过甲板的有效横截面积超过0.075㎡， 导管的厚度应至少为3 mm、长度为900 mm，同时还应装设挡火闸。挡火闸应能自动工作，但也能从舱壁或甲板的两侧手动关闭。挡火闸应装有能指示挡火闸开闭状态的指示器。
2.2 传统的大型防火风闸型式
（1）如图1所示，在机舱风机处配置防火风闸。大型防火风闸比较常见的型式为多叶片结构，其由气动执行机构、叶片、联动机构、易熔器等组成。通常为气动控制形式，气动机构通过压缩空气管路连接到控制处所的阀箱;
（2）船舶在正常航行状态时管路处于通气状态，防火风闸叶片处于打开状态。当风机处或机舱出现火灾时，可通过手动关闭控制阀使管路失气，关闭防火风闸，或通过防火风闸自身设计的易熔器熔断后关闭，达到防火要求。
（3）图2所示为某型散货船防火风闸实船安装示意图。机舱风机设置在风机室内，风机下方安装一只防火风闸，机舱风机及防火风闸由设置在结构风道上的底座支撑，彼此之间采用法兰连接。一旦机舱发生火灾，气动防火风闸可自动关闭或关闭快关阀箱处的阀件，起到防火的作用。 2.3 传统防火风闸的缺点
传统防火风闸可满足防火分隔要求，但其也存在较为明显的缺点：
（1）制造及检修难度大。多叶片结构制造程序繁杂，占用空间较大，对于叶片及本体检修难度也较大;
（2）成本高。随着船舶吨位的加大，机舱设置的机械设备较多，需要的机舱风量更大，直接导致机舱风机及防火风闸外形尺寸相应加大，增加制造成本。
（3）故障率高。由于防火风闸的结构较为复杂，在实际建造、使用过程中出现问题相对较多。尤其是在港口国船舶检查及船舶正常年检时，机舱风机处的隔断形式的透光效果及密封性是必检项目，如果其存在问题，将会影响船舶的正常航行，给船东带来损失。
3 一种新型防火装置的设计方案
3.1 设计思路
为了改善传统防火风闸所存在的问题，提出一种新型防火装置：机械式风口盖、半自动式操作方式。
风口盖本身采用金属材料，达到防火要求，阀板为重力关闭式，常规情况下由钢丝绳牵引打开，紧急情况下钢丝绳可迅速松开，阀板依靠重力作用关闭。为了达到快速关闭的要求，该方案采用单作用气缸，通过滑轮、气缸、钢丝绳与气缸推杆相连接，将气缸本身的推力转换为气缸推杆的旋转作用力，而钢丝绳则套在推杆上，在推杆快速收缩时钢丝绳迅速脱离，实现阀板快速关闭要求;针对规范要求舱壁两侧可关闭，通过操作甲板一侧布置的二位三通换向阀和甲板另一侧快关阀箱布置的快关阀，即可实现控制管路的通气和失气，进而操纵防火装置的开启和关闭。
3.2 设计方案
3.2.1新型防火装置的组件
（1）新型防火装置主要由t=14 mm的整体阀板替代原防火风闸设计中的多叶片结构，如图3所示：阀板下自带一个筒体式舱口围板，阀板与筒体间用铰链连接，安装在舱口围板的上侧;阀板下侧边缘设有环形凹槽，与筒体式舱口圍板水平翻沿设有的凸起可凹凸配合，提高了关闭舱口阀板时风闸板对舱口的密封效果，从而更好的满足规范;在筒体上方设有防鼠网，嵌入筒体上方固定安装的型式，很好的解决了在风机顶部内嵌防鼠网时影响风机叶片运转的问题;
（2）在防火装置所在舱室的顶板上设有定滑轮，风闸板远离铰链一侧设有动滑轮，滑轮之间用钢丝绳连接，用于阀板开启关闭时的导向作用;挡止结构为“Z”字形件，下水平段与舱口围板挡止配合，上水平段用于在风闸板处于关闭舱口状态带动挡止结构转动至挡止位的配重，增加阀板关闭后的稳定性，钢丝绳连接“Z”字形件的上水平段;
（3）在防火装置所在舱室的侧壁上设有竖向延伸的套管，钢丝绳穿设于套管中，可防止钢丝绳在运动过程中意外脱出;钢丝绳一端设有锁止环，与同样侧壁布置的气缸推杆插装配合;
（4）二位三通手动换向阀布置在防火装置空间外，通过操作手动换向阀控制气缸的缸体充气和排气，进而实现驱动气缸的推杆伸出和缩回，用于紧急情况下的就地操作和船舶的日常维护保养。
3.2.2 新型防火装置的操作方法
（1）防火装置的关闭
当机舱风机室内的风机或机舱发生火灾时，船员通过操作二位三通手动换向阀，使气动机构处于失气状态，气缸推杆收缩，解锁与锁止环的插装配合，此时钢丝绳带动锁止环上移至最高位置，整个风闸板由于自身重力作用朝关闭舱口的位置快速运动，即依靠重力能够达到更快更可靠关闭的目的，实现防火装置关闭。另外，也可通过远程关闭快关阀箱处的阀件，使气动机构处于失气状态，达到风闸板快速关闭;
（2）防火装置的开启
当船舶航行时，舱口阀板保持开启状态，阀板通过钢丝绳锁止环固定在气缸推杆上;当需要开启复位防火装置时，首先需要在快关阀箱处检查阀件是否处于打开状态，然后一人操作二位三通换向阀使气动机构处于通气状态，另一人在气缸处拉钢丝绳使锁止环对准气缸推杆位置，然后继续拉动钢丝绳，克服风闸板的重力，控制气缸的推杆伸出插装在锁止环中;锁止环固定好后，以气缸推杆完全伸出为完全复位状态，从而使风闸板稳定保持在开启舱口的状态，如图4。
3.3 新型防火装置特点
（1）结构简单，制造难度降低;
（2）防火功能实现简单，依靠阀板的重力可快速达到关闭状态;
（3）开启和关闭更快速，安全性得到提升;
（4）结构简单，在港口国检查时给检验人员带来直观的检查效果;
（5）相对于大型防火风闸取证等费用，成本上得到了节约;
（6）盖板整体不容易生锈，简化了维护保养。
4 结束语
本文提出新型防火装置，既能满足船东的需求，也能满足规则的要求，并且节约成本。此型装置不仅可以用在机舱通风，也可用于其他甲板处所通风防火，应用范围广泛。
参考文献
[1] 陆耀庆.实用供暖空调设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，
2020.
[2] 黄恒祥.船舶设计实用手册 [M].北京：国防工业出版社，2000.
关键词：防火装置;防火风闸;气动传动装置;防火隔断
中图分类号：U664.88 文献标识码：A
Design and Application of a New Type of Marine Fire Prevention Device
XIONG Xiaoyang， WANG Dongmei， YANG Yongdong， HAO Liguo
（ CSSC Huangpu Wenchong Shipbuilding Co.， Ltd.， Guangzhou 511462 ）
Abstract： This paper mainly describes a new type of marine fire prevention device， the device can be used in the ship engine room ventilation and other fire prevention partition. Compared with the traditional fire damper， the device has the advantages of simple structure， low cost and fast fire prevention partition speed， it can meet the requirements of the relevant rules of ship design.
Key words： Fire prevention device; Fire damper; Pneumatic transmission device; Fire partition
1 前言
船舶机舱作为船舶的动力中心，常用于布置发动机、锅炉等重要机械设备。为保证其中的发动机或锅炉在所有气候包括恶劣气候条件下有效运转，以及机舱内工作人员的安全性，需提供足够的空气供给。为此，机舱通常设有机械通风装置和通风管道。但机舱设备往往使用燃油，同时运转设备会向空气散发出大量热量，因此规则将其定义为易发生火灾的危险区域而提出了防火分隔要求，强调在机舱通风管道上需设有防火装置，当其发生火灾时或采用固定气体灭火时，能将其通风管道进行有效隔断。
目前，许多船舶在机舱上方设置独立的机舱风机室，风机通过管路与机舱连接，并在风机室甲板开孔，风机室上方设通风格栅或风帽，以实现风机对机舱进行送排风。为满足上述要求，传统做法往往是在风管上加装防火风闸，或者将风机室通风百叶窗或风帽设计为可关闭式。但很多船舶因受综合布置限制无法采用可关闭风口型式，且采用防火风闸成本较高。为此，本文介绍一种成本较低的新型防火装置。
2 传统防火隔断装置设计方案
2.1 机舱风机室的防火要求
很多船舶会设计独立的机舱风机室，在风机室甲板开孔，设置轴流风机对机舱进行送排风。在防火分隔划分时，根据国际海事安全委员会MSC.1-Circ.1239的有关机舱风机室的防火要求，机舱风机室通常有两种设计方案：
（1）机舱风机室作为机械处所，满足风机室与机舱之间的甲板为“A-0”级防火分隔，穿舱件满足SOLAS II-2/9.7.3.1.2要求（风管净流通面积≥0.075 m2则加设挡火闸）;
（2）机舱风机室作为机舱的一部分， 风机室与机舱之间的甲板不要求做防火分隔，但通风管的关闭装置必须设置在机舱风机室外。
方案（2）通常将风机室百叶窗设计为可关闭式，但很多船舶受综合布置限制，无法设置可关闭百叶窗的平台，故不能设计成可关闭式百叶窗。为满足规范要求，部分船舶按方案（1）进行设计，在机舱通风系统中适当处所（一般在通风系统的进出风口位置）设置防火风闸或采取其他等效的措施。
因为机舱总通风量需求大，根据风量计算进行机舱风机选型后，机舱风机需要的甲板开孔通常超过0.075 m2。为了保证甲板的耐火完整性，对照《国际海上人命安全公约》（SOLAS）要求，如果穿过甲板的有效横截面积超过0.075㎡， 导管的厚度应至少为3 mm、长度为900 mm，同时还应装设挡火闸。挡火闸应能自动工作，但也能从舱壁或甲板的两侧手动关闭。挡火闸应装有能指示挡火闸开闭状态的指示器。
2.2 传统的大型防火风闸型式
（1）如图1所示，在机舱风机处配置防火风闸。大型防火风闸比较常见的型式为多叶片结构，其由气动执行机构、叶片、联动机构、易熔器等组成。通常为气动控制形式，气动机构通过压缩空气管路连接到控制处所的阀箱;
（2）船舶在正常航行状态时管路处于通气状态，防火风闸叶片处于打开状态。当风机处或机舱出现火灾时，可通过手动关闭控制阀使管路失气，关闭防火风闸，或通过防火风闸自身设计的易熔器熔断后关闭，达到防火要求。
（3）图2所示为某型散货船防火风闸实船安装示意图。机舱风机设置在风机室内，风机下方安装一只防火风闸，机舱风机及防火风闸由设置在结构风道上的底座支撑，彼此之间采用法兰连接。一旦机舱发生火灾，气动防火风闸可自动关闭或关闭快关阀箱处的阀件，起到防火的作用。 2.3 传统防火风闸的缺点
传统防火风闸可满足防火分隔要求，但其也存在较为明显的缺点：
（1）制造及检修难度大。多叶片结构制造程序繁杂，占用空间较大，对于叶片及本体检修难度也较大;
（2）成本高。随着船舶吨位的加大，机舱设置的机械设备较多，需要的机舱风量更大，直接导致机舱风机及防火风闸外形尺寸相应加大，增加制造成本。
（3）故障率高。由于防火风闸的结构较为复杂，在实际建造、使用过程中出现问题相对较多。尤其是在港口国船舶检查及船舶正常年检时，机舱风机处的隔断形式的透光效果及密封性是必检项目，如果其存在问题，将会影响船舶的正常航行，给船东带来损失。
3 一种新型防火装置的设计方案
3.1 设计思路
为了改善传统防火风闸所存在的问题，提出一种新型防火装置：机械式风口盖、半自动式操作方式。
风口盖本身采用金属材料，达到防火要求，阀板为重力关闭式，常规情况下由钢丝绳牵引打开，紧急情况下钢丝绳可迅速松开，阀板依靠重力作用关闭。为了达到快速关闭的要求，该方案采用单作用气缸，通过滑轮、气缸、钢丝绳与气缸推杆相连接，将气缸本身的推力转换为气缸推杆的旋转作用力，而钢丝绳则套在推杆上，在推杆快速收缩时钢丝绳迅速脱离，实现阀板快速关闭要求;针对规范要求舱壁两侧可关闭，通过操作甲板一侧布置的二位三通换向阀和甲板另一侧快关阀箱布置的快关阀，即可实现控制管路的通气和失气，进而操纵防火装置的开启和关闭。
3.2 设计方案
3.2.1新型防火装置的组件
（1）新型防火装置主要由t=14 mm的整体阀板替代原防火风闸设计中的多叶片结构，如图3所示：阀板下自带一个筒体式舱口围板，阀板与筒体间用铰链连接，安装在舱口围板的上侧;阀板下侧边缘设有环形凹槽，与筒体式舱口圍板水平翻沿设有的凸起可凹凸配合，提高了关闭舱口阀板时风闸板对舱口的密封效果，从而更好的满足规范;在筒体上方设有防鼠网，嵌入筒体上方固定安装的型式，很好的解决了在风机顶部内嵌防鼠网时影响风机叶片运转的问题;
（2）在防火装置所在舱室的顶板上设有定滑轮，风闸板远离铰链一侧设有动滑轮，滑轮之间用钢丝绳连接，用于阀板开启关闭时的导向作用;挡止结构为“Z”字形件，下水平段与舱口围板挡止配合，上水平段用于在风闸板处于关闭舱口状态带动挡止结构转动至挡止位的配重，增加阀板关闭后的稳定性，钢丝绳连接“Z”字形件的上水平段;
（3）在防火装置所在舱室的侧壁上设有竖向延伸的套管，钢丝绳穿设于套管中，可防止钢丝绳在运动过程中意外脱出;钢丝绳一端设有锁止环，与同样侧壁布置的气缸推杆插装配合;
（4）二位三通手动换向阀布置在防火装置空间外，通过操作手动换向阀控制气缸的缸体充气和排气，进而实现驱动气缸的推杆伸出和缩回，用于紧急情况下的就地操作和船舶的日常维护保养。
3.2.2 新型防火装置的操作方法
（1）防火装置的关闭
当机舱风机室内的风机或机舱发生火灾时，船员通过操作二位三通手动换向阀，使气动机构处于失气状态，气缸推杆收缩，解锁与锁止环的插装配合，此时钢丝绳带动锁止环上移至最高位置，整个风闸板由于自身重力作用朝关闭舱口的位置快速运动，即依靠重力能够达到更快更可靠关闭的目的，实现防火装置关闭。另外，也可通过远程关闭快关阀箱处的阀件，使气动机构处于失气状态，达到风闸板快速关闭;
（2）防火装置的开启
当船舶航行时，舱口阀板保持开启状态，阀板通过钢丝绳锁止环固定在气缸推杆上;当需要开启复位防火装置时，首先需要在快关阀箱处检查阀件是否处于打开状态，然后一人操作二位三通换向阀使气动机构处于通气状态，另一人在气缸处拉钢丝绳使锁止环对准气缸推杆位置，然后继续拉动钢丝绳，克服风闸板的重力，控制气缸的推杆伸出插装在锁止环中;锁止环固定好后，以气缸推杆完全伸出为完全复位状态，从而使风闸板稳定保持在开启舱口的状态，如图4。
3.3 新型防火装置特点
（1）结构简单，制造难度降低;
（2）防火功能实现简单，依靠阀板的重力可快速达到关闭状态;
（3）开启和关闭更快速，安全性得到提升;
（4）结构简单，在港口国检查时给检验人员带来直观的检查效果;
（5）相对于大型防火风闸取证等费用，成本上得到了节约;
（6）盖板整体不容易生锈，简化了维护保养。
4 结束语
本文提出新型防火装置，既能满足船东的需求，也能满足规则的要求，并且节约成本。此型装置不仅可以用在机舱通风，也可用于其他甲板处所通风防火，应用范围广泛。
参考文献
[1] 陆耀庆.实用供暖空调设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，
2020.
[2] 黄恒祥.船舶设计实用手册 [M].北京：国防工业出版社，2000.