施曉波

（滬東中華造船（集團）有限公司，上海 200129）

0 引言

在船舶航行期間，為保證重要艙室如人員密集區(qū)域、機艙區(qū)域的新風，一些對外通風口是不允許關(guān)閉的。因此，中小型船在大風浪的氣候條件航行時，海浪、暴雨勢必從這些外部通風口進入通風管路內(nèi)部及艙室，導致船舶內(nèi)部設(shè)備故障，尤其是機艙內(nèi)重要設(shè)備因進水而損壞，可能造成動力系統(tǒng)和電力系統(tǒng)輸出中斷，嚴重危害到船舶生命力和裝備技術(shù)性能。

結(jié)合某船大風浪航行時出現(xiàn)海水經(jīng)對外通風管道系統(tǒng)進入艙內(nèi)損壞機電設(shè)備的情況，為提高大風浪航行的抗損能力，對該船通風系統(tǒng)進行防浪擋水技術(shù)攻關(guān)，以解決在惡劣的海況下外部風口進一步阻擋海水及通風管道內(nèi)進水，內(nèi)部通風管路防漏、防滲和疏水的難題。另外，防浪擋水設(shè)計優(yōu)化方案需不影響原船總體布置，且盡可能減少船體結(jié)構(gòu)調(diào)整和其他相關(guān)牽連工程的工作量。

1 原因分析

1.1 案例調(diào)查

某船在大風浪航行期間出現(xiàn)艏部艙室和機艙區(qū)域海水侵入艙內(nèi)、造成部分艙室及設(shè)備受損嚴重的情況。經(jīng)實船調(diào)研，對大風浪造成的受損情況進行了以下統(tǒng)計，如表1所示。

表1 設(shè)備受損統(tǒng)計

根據(jù)表1統(tǒng)計，受損原因主要包括4大因素：外部通風口進水、通風管路末端漏水、通風管路滲水、艙口蓋或艙室門等滲水。由此可見，涉及通風系統(tǒng)的占比為75%，整船的防浪擋水能力主要體現(xiàn)在通風系統(tǒng)對外風口和通風管道的水密隔離程度。

1.2 技術(shù)分析

1）通風百葉窗安裝位置高度受限

某船是深V船型，排水量小，受總體布置限制，機艙區(qū)域通風百葉窗的下沿進水線離設(shè)計水線較低。分析其他船型機艙區(qū)域?qū)ν馔L口的位置高度，得出該型船相比其他船型，的確存在部分風口與設(shè)計水線高差較小的情況，見圖1和表2。

表2 幾型船機艙通風口與設(shè)計水線高差對比

圖1 機艙通風口與水線高度示意圖

2）通風百葉窗與甲板開口距離過近、百葉窗與甲板開口間無防浪設(shè)施

通風百葉窗安裝位置與甲板開口太近，風口與甲板開口間沒有合適距離緩沖海水；風口百葉片沒有有效的擋水分離措施，在確保通風效果的前提下，百葉窗型風口難以阻擋雨水和海水侵入風道。

圖2 通風百葉窗結(jié)構(gòu)及安裝情況

3）風管咬縫及法蘭連接處密封效果差

風管由0.75 mm鍍鋅鐵皮咬制而成，咬縫存在間隙、密封性差，海水（或雨水）可從風管咬縫滲漏；風管連接法蘭由角鋼焊接制成，風管與法蘭通過鉚釘連接，法蘭密封面間墊片采用Φ3 mm的橡膠繩。角鋼焊接制成的法蘭面平整度低、橡膠繩接觸面積小，導致整個法蘭密封面緊密性差，另外，法蘭與風管鉚接處也存在滲漏。

由圖3可看出：薄壁風管咬縫、法蘭與風管接處、法蘭密封面間均不具水密性，是通風系統(tǒng)漏水的要因之一。

圖3 風管實船連接安裝圖

4）通風系統(tǒng)中未設(shè)置收集及疏排水設(shè)施

風管內(nèi)部進水后，若積水未能及時收集和疏排則會從風管最低處的末端風口流至艙室，造成艙室浸水；另外，0.75 mm鍍鋅板制成的風管防腐性能差，海水浸泡后很容易造成風管腐蝕、爛穿。

1.3 要因確認

通過上述技術(shù)分析，得出通風系統(tǒng)進水的2大關(guān)鍵點在于系統(tǒng)源頭進水和系統(tǒng)過程漏水，系統(tǒng)分析見圖4。

圖4 系統(tǒng)分析圖

2 設(shè)計優(yōu)化

2.1 進水源頭控制

某船設(shè)計初期出于對機艙通風面積的考慮，百葉窗采取單葉片型式，在關(guān)閉狀態(tài)時，葉片相互搭接，達不到風雨密的要求；雖然百葉窗背部設(shè)置集水槽和擋水板，但在大風浪工況下仍無法有效阻止海水滲入風道。根據(jù)《國際載重線公約》的附則Ⅰ載重線核定規(guī)則中第17（3）條規(guī)定：干舷甲板或上層建筑甲板上露天部分的任何機爐艙頂棚、煙囪或機艙通風筒的圍板，應合理地和切實可行地高出甲板，一般情況下，需向機艙連續(xù)供風的通風筒應裝設(shè)符合第19（3）條要求的有足夠高度的圍板，而不必裝設(shè)風雨密關(guān)閉裝置。第19（3）條：在位置1（在露天的干舷甲板上和后升高甲板上，以及位于從首垂線起船長的1/4以前的露天上層建筑甲板上）的通風筒，其圍板高出甲板以上4.5 m和在位置2（在位于從首垂線起船長的1/4以后，且在干舷甲板以上至少一個標準上層建筑高度的露天上層建筑甲板上或位于從首垂線起船長的1/4以前，且在干舷甲板以上至少2個標準上層建筑高度的露天上層建筑甲板上）的通風筒，其圍板高出甲板以上2.3 m，除主管機關(guān)有特殊要求外，均不需裝設(shè)關(guān)閉裝置[1]。對于一些排水量較小的船舶如公務船等，由于受總體尺寸約束，并不能嚴格遵循該國際公約。為保證船舶生命力，通風系統(tǒng)的對外通風口應進行優(yōu)化改進，制定切實可行的防浪擋水方案。

2.1.1 防浪通風板

對上層建筑易上浪部位、傾斜外壁處的通風百葉窗正面設(shè)置防浪通風板，保證在船舶穿浪航行或暴雨條件下，可以有效減少海水對百葉窗的沖擊力并降低海水或雨水進入百葉窗的概率，見圖5。

圖5 防浪通風板安裝示意圖

防浪通風板與百葉窗正面形成的4面空間，其中兩側(cè)及底部用于通風，頂部則封閉以避免雨水沿外壁從上方流入百葉窗。通風板突出距離L應保證3面通風面積之和不小于百葉窗通風面積。

2.1.2 防浪擋水通風裝置

本船設(shè)計水線離機艙進風百葉窗的高差小且總體結(jié)構(gòu)緊湊，進風圍井內(nèi)的甲板開口離進風百葉窗較近，而且整個進風管道過短、上下直通，僅對機艙進風百葉窗外部加裝防浪通風板無法阻擋海水浸沒式襲入通風圍井。根據(jù)實際情況，只有在甲板開口與通風百葉窗之間采取措施，才能避免上浪后的海水進入進風圍井內(nèi)部。

經(jīng)技術(shù)攻關(guān)，在百葉窗與甲板開口之間新研發(fā)設(shè)計了一種防浪擋水通風裝置，該裝置以構(gòu)件形式拼接而成，構(gòu)件為空心通風模塊，內(nèi)部設(shè)置多層葉片，使含水混合氣由下而上經(jīng)二次曲折風道內(nèi)通過，空氣中的水分在重力的作用下逆向?qū)Я鞒鲅b置外部，而空氣則從上出口流出。該裝置采用下進上出的重力分離方式達到汽水分離的目的，且內(nèi)部最低處的風口高出百葉窗開口最低處一定距離，便可阻隔海浪或雨水在船舶航行時浸沒式襲入甲板開口，同時還確保了正常通風的需求，防浪擋水通風裝置安裝示意見圖6。

圖6 防浪擋水通風裝置安裝示意圖

2.2 過程管路控制

優(yōu)化管路走向，對通風管路末端及通風管路節(jié)點進行改進處理，明確風管制作和布置等技術(shù)要求，確保水密隔離和有效疏水。

2.2.1 水密風管

對外通風口至末端管路第一個風口之間的風管設(shè)置為水密風管，風管連接法蘭采用水密法蘭，水密法蘭密封面間墊以橡膠墊片。水密風管與水密法蘭連接方式為焊接，通過水密法蘭和橡膠墊片連接后的若干段厚壁風管可滿足一定的水密要求，具體優(yōu)化方案如下：

1）采用厚壁鋼質(zhì)焊接風管代替?zhèn)鹘y(tǒng)薄板（0.75 mm厚）咬制風管，管壁厚度≥3 mm，風管內(nèi)壁涂兩道通用環(huán)氧漆，可提高風管本體的密性和防腐性。

2）新研鋼質(zhì)風管水密法蘭，法蘭厚度8.0 mm，強度高、不易變形。水密法蘭密封面上設(shè)有2道三角槽，三角槽寬度2.0 mm，深度1.5 mm，間距5 mm，法蘭密封面的表面粗糙度為Ra＝12.5。水密法蘭制作示意見圖7。

圖7 水密法蘭制作示意圖

3）選用氟橡膠板代替橡膠繩作為法蘭密封面間的墊片以增加接觸面；氟橡膠具有化學穩(wěn)定性、耐老化性和耐腐蝕性優(yōu)良等特點，有利于法蘭接觸面間的緊密性，提高風管整體密性。

4）根據(jù)本船對外通風管路的最大風壓并參考《鋼質(zhì)海船船體密性試驗方法》標準，制定水密風管密性試驗要求。

水密風管密性檢驗方法為正壓檢測法，所采用的氣密標準是用限度壓力變化至1/2時所需的時間來衡量，稱為“半壓變時間”[2]，即水密風管的試驗壓力為2 000 Pa，15 min內(nèi)壓降應不超過1 000 Pa為合格；對于壁厚4 mm的風管通艙件與船體焊接安裝后還需進行焊縫涂煤油試驗，30 min內(nèi)在涂有白堊粉粉漿的表面無煤油污斑為合格（涂煤油試驗期間，如果環(huán)境溫度低于0 ℃，則應對受檢部位適當加熱和干燥，其試驗時間應適當延長）[3]。

2.2.2 積水收集及疏排水措施

對外通風系統(tǒng)管路最低處設(shè)置一定深度的通風圍井，并在通風圍井底部安裝泄水管路與截止閥。通風圍井底板與側(cè)板風管開孔底邊距離≥5 0 m m，以保證集水功能。正常情況下，泄水管上的截止閥為常閉，風管內(nèi)部進水后，開啟截止閥，待風管內(nèi)部積水排除干凈后關(guān)閉截止閥。

對于進水量較大的機艙通風系統(tǒng)管路或末端風口無法避開電氣正上方布置的系統(tǒng)管路，均應在末端風口正下方設(shè)置集水盤，以保護風口下方的電氣設(shè)備，集水盤的安裝示意見圖8。

圖8 集水盤安裝示意圖

集水盤通過角鋼支架固定，集水盤上表面與末端風口之間的距離H應至少保證集水盤與末端風口之間有效通風面積不小于通風風管末端風口的通風面積。集水盤為“漏斗”型，其邊緣為折邊，底板傾斜部分的傾斜角度為5～10 °，其底板水平部分焊接泄水管路，風管內(nèi)積水從風口滴落入集水盤后可迅速經(jīng)泄水管路流至排水系統(tǒng)。

2.2.3 總體優(yōu)化方案

對外通風管路進水問題是通風系統(tǒng)的頑癥，進行防浪擋水優(yōu)化是設(shè)計改進難點。鑒于本船現(xiàn)狀，通風管路系統(tǒng)從進水源頭和過程管路2方面包括外部通風口、圍井內(nèi)部、風管材質(zhì)、風管法蘭、集水和疏水等進行優(yōu)化設(shè)計，對外通風管路防浪擋水設(shè)計優(yōu)化的典型示意見圖9。

圖9 對外通風管路防浪擋水設(shè)計優(yōu)化典型示意圖

3 實船應用

3.1 方案實施

3.1.1 進水源頭

1）加裝防浪通風板效果如圖10所示。

圖10 防浪通風板加裝前后效果圖

2）加裝防浪擋水通風裝置

為便于實船裝拆，防浪擋水通風裝置為塊狀式拼接結(jié)構(gòu)，安裝時應由下往上拼接，維護拆卸時應由上往下拆解；在其底部設(shè)置一定高度的異徑結(jié)構(gòu)，保證通風裝置與百葉窗之間留有一定的安裝維護空間；防浪擋水通風裝置結(jié)構(gòu)三維效果見圖11。

圖11 防浪擋水通風裝置三維效果圖

3.1.2 過程管路

換裝水密風管如圖12所示。

圖12 實船水密風管效果圖

加裝積水收集及疏排水設(shè)施如圖13和圖14所示。

圖13 末端風口集水盤和泄水管加裝效果圖

圖14 實船通風圍井和泄水管加裝效果圖

3.2 經(jīng)濟效益和技術(shù)價值

根據(jù)某船優(yōu)化方案實施后的大風浪航行情況，對外通風管路系統(tǒng)能有效阻擋海水（或雨水）侵入艙內(nèi)，風管咬縫、法蘭連接處均未出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，避免了風管過路艙室及風管末端艙室進水而導致設(shè)備受損，驗證了該防浪擋水設(shè)計優(yōu)化方案是合理可行的。

該船實施防浪擋水優(yōu)化方案涉及加改裝材料消耗統(tǒng)計如表3所示。

表3 加改裝材料統(tǒng)計

通過分析表1和表3，比較直觀地看出對通風系統(tǒng)一次性投入加改裝費用后可避免后續(xù)每次大風浪航行因進水造成設(shè)備故障或損壞后需維修、更換而產(chǎn)生的巨額費用；另外，防浪擋水設(shè)計優(yōu)化為船舶通風系統(tǒng)提供了一種水密隔離的工藝方法，對提高船舶設(shè)計和建造的質(zhì)量水平具有實際重要意義。

4 結(jié)論

本文對通風系統(tǒng)防浪擋水的設(shè)計優(yōu)化，有效實現(xiàn)了外部通風口防浪、內(nèi)部管路擋水疏導，保證大風浪航行時艙內(nèi)設(shè)備的安全性。設(shè)計優(yōu)化方案可廣泛應用于各種船舶通風系統(tǒng)上，其工藝方法簡單方便、適用性強，能為船舶解決類似問題提供借鑒。