艦船集體防護(hù)系統(tǒng)增壓建立時(shí)間分析

(中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心，武漢 430064)

集體防護(hù)區(qū)的增壓建立時(shí)間是集體防護(hù)區(qū)設(shè)計(jì)的重要參數(shù)之一。在艦船遭受核生化威脅或者襲擊后，特別是在沒(méi)有采取防備措施的條件下，希望能在殺傷性物質(zhì)侵入艦船之前，以最短的響應(yīng)時(shí)間建立起有效的集體防護(hù)系統(tǒng)，保護(hù)艦員生命及艦船戰(zhàn)斗力。

1 艦船集體防護(hù)區(qū)內(nèi)增壓建立時(shí)間的影響因素

影響集體防護(hù)區(qū)內(nèi)增壓建立的時(shí)間因素主要有濾毒增壓風(fēng)機(jī)的流量，防護(hù)區(qū)的泄漏量,防護(hù)空間和增壓壓力的大小,等。

1.1 濾毒增壓風(fēng)機(jī)流量

在核生化防護(hù)狀態(tài)下，外界空氣進(jìn)入集體防護(hù)區(qū)的惟一途徑是通過(guò)濾毒裝置的增壓風(fēng)機(jī)，所以增壓風(fēng)機(jī)的流量是決定集體防護(hù)區(qū)增壓建立時(shí)間的重要因素。增壓風(fēng)機(jī)的流量要求能夠保持集體防護(hù)區(qū)的壓力并且彌補(bǔ)該壓力下集體防護(hù)區(qū)的泄漏量。

1.2 防護(hù)區(qū)的泄漏量

影響集體防護(hù)區(qū)的空氣泄漏量的因素很多，有施工工藝、氣密設(shè)備的氣密性、防護(hù)區(qū)內(nèi)外壓差等。

由于施工工藝所導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)缺陷，因其存在不確定性，所以即使是同一船型，也可能產(chǎn)生較大的差別。

氣密設(shè)備的氣密性也是影響泄漏量的重要因素，主要的氣密設(shè)備有氣密門、氣密艙蓋、氣密閥、氣密電纜通艙件、泄放閥等。上層建筑中以及密封不當(dāng)?shù)倪M(jìn)出口附件的縫隙會(huì)不斷擴(kuò)大，而且這一問(wèn)題會(huì)隨著艦船的老化而日趨嚴(yán)重。

2 艦船集體防護(hù)區(qū)增壓建立時(shí)間分析

建立模型，需要對(duì)其影響因素進(jìn)行簡(jiǎn)化處理。

1)根據(jù)空氣的熱力學(xué)性質(zhì)，在常溫常壓下的空氣可以視為理想氣體。

2)由于氣流組織的不同，集體防護(hù)區(qū)內(nèi)不同的艙室增壓建立的時(shí)間也略有不同，本計(jì)算將忽略這種差別，將整個(gè)集體防護(hù)區(qū)作為一個(gè)整體。

3)在增壓建立的過(guò)程中，風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)量和泄漏量會(huì)隨時(shí)間變化而變化，本文中的進(jìn)風(fēng)量和泄漏量值指的是壓力建立過(guò)程中的平均值。

圖1為集體防護(hù)區(qū)增壓建立時(shí)間的物理模型。

圖1 集體防護(hù)區(qū)增壓過(guò)程示意

根據(jù)質(zhì)量守恒定律，集體防護(hù)區(qū)在達(dá)到規(guī)定的壓力時(shí)，從外界進(jìn)入集體防護(hù)區(qū)內(nèi)的空氣質(zhì)量m0應(yīng)等于集體防護(hù)區(qū)內(nèi)增加的空氣質(zhì)量Δm和泄漏的空氣質(zhì)量m1之和。即：

m0=Δm+m1

(1)

設(shè)集體防護(hù)區(qū)壓力建立的時(shí)間為t，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程pV=mRT，分別有[1]

p0G0t=3 600m0RT0
ΔpV=ΔmRT1
p2G1t=3 600m1RT1

由此得到

(2)

(3)

(4)

規(guī)定防護(hù)區(qū)的泄漏率k=G1/G0，則有

G1=kG0

(5)

將式(2)、(3)、(4)、(5)代入式(1)，得到

(6)

(7)

式中：t——集體防護(hù)區(qū)增壓建立的時(shí)間，s；

p0——外界空氣壓力,Pa；

T0——外界空氣溫度,K；

T1——集體防護(hù)區(qū)內(nèi)空氣溫度,K；

V——集體防護(hù)區(qū)內(nèi)增加的空氣體積,m3；

Δp——集體防護(hù)區(qū)的增壓壓力,Pa；

G0——增壓風(fēng)機(jī)在壓力建立時(shí)間內(nèi)的平均進(jìn)風(fēng)量,m3/h；

k——集體防護(hù)區(qū)泄漏率,m3/h。

根據(jù)式(7)，可以求出空調(diào)工況下集體防護(hù)區(qū)增壓建立的時(shí)間。

對(duì)通風(fēng)工況而言，可以看成是式(7)的一種特例，即T0=T1，對(duì)式(7)簡(jiǎn)化，得到

(8)

根據(jù)式(7)，如果在通風(fēng)條件下，且沒(méi)有泄漏的理想情況下，有

(9)

3 結(jié)論

根據(jù)式(7)和集體防護(hù)系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)，可以對(duì)集體防護(hù)系統(tǒng)的增壓時(shí)間進(jìn)行計(jì)算。在各進(jìn)出口和調(diào)節(jié)門都進(jìn)入加壓操作以后，2 min內(nèi)可以恢復(fù)和穩(wěn)定防護(hù)區(qū)的壓力[2]，本文的計(jì)算結(jié)果與文獻(xiàn)數(shù)據(jù)基本一致。

由于艦船在平時(shí)處于空調(diào)通風(fēng)狀態(tài)，集體防護(hù)系統(tǒng)的周界處于非密閉條件下，如果在沒(méi)有采取戒備措施下遭受核生化突然襲擊，此時(shí)建立有效集體防護(hù)系統(tǒng)的時(shí)間除了上面計(jì)算的2 min外，還應(yīng)包括系統(tǒng)周界上氣密設(shè)備，如氣密蝶閥、氣密門等的關(guān)閉時(shí)間。

[1] 劉寶興.工程熱力學(xué)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.

[2] U.S army corps of engineers. Design of collective protection shelters to resist chemical，biological，and radiological(CBR)agents，appendix B[R]. Engineer Technical Letter 1110-3-498. 24 February 1999.