特殊工況下海洋石油船舶主動(dòng)力推進(jìn)裝置狀態(tài)分析

侯 強(qiáng)，張 輝

（中國(guó)石油集團(tuán)海洋工程有限公司船舶事業(yè)部，天津 300451）

特殊工況下海洋石油船舶主動(dòng)力推進(jìn)裝置狀態(tài)分析

侯 強(qiáng)，張 輝

（中國(guó)石油集團(tuán)海洋工程有限公司船舶事業(yè)部，天津 300451）

海洋石油行業(yè)船舶使用中常遇到一些特殊工況，如頻繁的起拋錨作業(yè)、淺水中航行、大風(fēng)浪中航行、急轉(zhuǎn)彎航行以及主機(jī)超負(fù)荷運(yùn)行。針對(duì)這些工況，文章分析了主動(dòng)力推進(jìn)裝置相應(yīng)的工作狀態(tài)，提出了解決問(wèn)題的措施，以提高主動(dòng)力推進(jìn)裝置的使用效率和延長(zhǎng)其使用壽命。

海洋石油；船舶；推進(jìn)裝置；故障；特殊工況

0 引言

船舶主機(jī)是船舶的推進(jìn)動(dòng)力源，其可靠性、使用壽命和經(jīng)濟(jì)性是首要關(guān)注的。海洋石油行業(yè)船舶的工作狀況和一般的遠(yuǎn)洋船舶有著很大的不同，本文對(duì)特殊工作狀況下石油行業(yè)船舶主機(jī)核心部位的工作狀態(tài)進(jìn)行分析，以便加強(qiáng)使用和管理，保障主機(jī)穩(wěn)定可靠的運(yùn)行，延長(zhǎng)主機(jī)的使用壽命。

1 海洋石油行業(yè)船舶使用中的問(wèn)題

目前海洋石油行業(yè)船舶大多具有雙車雙舵的功能，操縱性能好，靈活機(jī)動(dòng)性強(qiáng)。由于行業(yè)作業(yè)的要求，例如靠離平臺(tái)、起拋錨等，船舶正車倒車使用頻繁，在此工作狀況下主機(jī)往往不能穩(wěn)定速度運(yùn)轉(zhuǎn)，負(fù)荷變化幅度大，起停頻繁。而且船舶經(jīng)常在淺水區(qū)域作業(yè)，冷卻用海水質(zhì)量較差，容易造成冷卻器的結(jié)垢和臟堵，影響冷卻效果，設(shè)備的故障率增高。

2 各種特殊工況下主動(dòng)力推進(jìn)裝置的受力狀態(tài)及使用管理

2.1 船舶進(jìn)行起拋錨作業(yè)

2.1.1 工況簡(jiǎn)介

起拋錨作業(yè)時(shí)主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的主要特點(diǎn)是正車、倒車頻繁，負(fù)荷變化幅度大，而且作業(yè)持續(xù)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。主機(jī)在此工況下處于不停加速降速、進(jìn)車倒車狀態(tài)，曲軸連桿等主要力傳動(dòng)裝置受力不穩(wěn)定，瞬時(shí)受力有時(shí)會(huì)很大，這對(duì)設(shè)備的可靠性是一個(gè)嚴(yán)峻的考驗(yàn)。

2.1.2 簡(jiǎn)單的受力分析

主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，曲柄連桿機(jī)構(gòu)上作用著周期性的氣體力Fg和慣性力，它與汽缸氣壓Pg和活塞的頂部面積Sg有著下面的關(guān)系：

Fg的一個(gè)變化周期為柴油機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)，方向延汽缸中心線向下。

慣性力有：活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的往復(fù)慣性力，曲柄不平衡回轉(zhuǎn)質(zhì)量回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的慣性力。慣性力主要與運(yùn)動(dòng)部件及運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度有關(guān)。

氣體力和往復(fù)慣性力的合力F作用在汽缸中心線連桿小端處，它在活塞銷處分解成一個(gè)垂直于汽缸壁的力 （側(cè)推力）和一個(gè)沿連桿中心線的力 （連桿推力）。

2.1.3 實(shí)際運(yùn)行中可能出現(xiàn)的故障

拋錨作業(yè)、正倒車使用很頻繁，此時(shí)如果用車粗暴，過(guò)快的加減油門，會(huì)造成瞬時(shí)力較大，合力F變大，產(chǎn)生的側(cè)推力和連桿推力也變大。長(zhǎng)期如此操作會(huì)加劇汽缸壁的磨損，加大了對(duì)連桿的推拉力和對(duì)曲軸的扭矩，容易使汽缸壁、連桿、曲軸出現(xiàn)疲勞，而且突然的負(fù)荷變化會(huì)造成燃燒不良等連鎖反應(yīng)，從而縮短設(shè)備的使用壽命。

這種工況下，駕駛臺(tái)對(duì)主機(jī)的操縱起著至關(guān)重要的作用，用車時(shí)不要粗暴；機(jī)艙管理人員要加強(qiáng)對(duì)主機(jī)的監(jiān)控，在滿足設(shè)備的維護(hù)要求的情況下，盡量多地對(duì)主機(jī)進(jìn)行保養(yǎng)，包括加強(qiáng)油底殼滑油雜質(zhì)的分離和補(bǔ)充以及油質(zhì)化驗(yàn)等。

2.2 主機(jī)超負(fù)荷運(yùn)行

2.2.1 工況簡(jiǎn)介

主機(jī)在超速超負(fù)荷工作時(shí)，由于轉(zhuǎn)速過(guò)高，進(jìn)氣效率降低，新鮮空氣相對(duì)減少，汽缸內(nèi)的溫度升高，加之負(fù)荷大，噴入汽缸內(nèi)的油量增多，燃燒后放出的熱量更大，使汽缸工作在較高的溫度條件下。

2.2.2 工況分析及管理

主機(jī)在超速超負(fù)荷工作時(shí)，汽缸蓋、汽缸、活塞、活塞環(huán)等機(jī)件溫度升高，會(huì)降低機(jī)件的機(jī)械強(qiáng)度，導(dǎo)致傳熱不好。局部高溫，容易造成活塞在汽缸中咬死。由于轉(zhuǎn)矩增大，機(jī)件受力增大，機(jī)械應(yīng)力增加，機(jī)器振動(dòng)加劇，因而增加了機(jī)械摩擦，潤(rùn)滑油溫度升高，黏度降低，潤(rùn)滑性能變壞，加快了機(jī)件的磨損。此時(shí)要加強(qiáng)潤(rùn)滑，適當(dāng)提高潤(rùn)滑壓力，增加循環(huán)油量；同時(shí)嚴(yán)格控制潤(rùn)滑油的冷卻，使?jié)櫥偷臏囟炔怀^(guò)規(guī)定溫度，以免喪失潤(rùn)滑性能和氧化變質(zhì)。

在此種情況下，冷卻是很重要的一項(xiàng)管理，應(yīng)加強(qiáng)冷卻，盡量使這些主要運(yùn)動(dòng)部件的溫度不致過(guò)高，在管理中要嚴(yán)格控制主機(jī)的排氣溫度和相對(duì)提高冷卻水溫度。冷卻水溫度的提高，可以減少被冷卻機(jī)件的內(nèi)外溫差，應(yīng)力不致過(guò)大而造成機(jī)件裂紋。但在提高冷卻水溫度的同時(shí)，需要加強(qiáng)冷卻水的循環(huán)，使汽缸中的熱量盡快散發(fā)出來(lái)，以免機(jī)件過(guò)熱。

在非特殊情況下，盡可能避免主機(jī)的超負(fù)荷使用。

2.3 船舶航行的情況

2.3.1 船舶在淺水域航行時(shí)主機(jī)的管理

船舶在水中航行時(shí)必然產(chǎn)生摩擦阻力、形狀阻力和興波阻力等。船舶由深水進(jìn)入淺水時(shí)，其阻力相對(duì)增大，這是因?yàn)闇\水深度的限制，流經(jīng)船兩側(cè)的水流阻力增大，沿著船身的壓力變化也增加了，導(dǎo)致了摩擦阻力和興波阻力的增加。

船舶在深水航行時(shí)，興波的水運(yùn)動(dòng)不受限制，但在淺水中航行時(shí)水運(yùn)動(dòng)受到限制，從而改變了興波的結(jié)構(gòu)，興波阻力隨之增大。因此，若船舶航行速度相同，則在淺水航行時(shí)，主機(jī)負(fù)荷將較大。因此船舶在進(jìn)入淺水航行前應(yīng)降低速度，以防止超負(fù)荷。甲板部的駕駛員應(yīng)適當(dāng)降低航速。

2.3.2 船舶在大風(fēng)浪中航行時(shí)主機(jī)的管理

船舶在大風(fēng)浪中航行時(shí)會(huì)出現(xiàn)前后左右搖擺和起伏現(xiàn)象，使船舶阻力增加、速度減慢，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)使螺旋槳出水飛車或吃水過(guò)深，這時(shí)的螺旋槳處于不穩(wěn)定狀態(tài)，使主機(jī)的負(fù)荷急劇變化，螺旋槳的推力和轉(zhuǎn)矩也隨之發(fā)生周期性變化，容易引起軸系的振動(dòng)。為了避免在大風(fēng)浪中航行時(shí)主機(jī)超負(fù)荷，最好讓主機(jī)在不超過(guò)額定負(fù)荷下工作；同時(shí)注意日用油柜的放殘，由于船舶的搖擺，起浮的沉淀物有可能堵塞系統(tǒng)，如有發(fā)生要及時(shí)排除。

2.3.3 船舶在轉(zhuǎn)彎航行時(shí)主機(jī)的管理

船舶在航行時(shí)經(jīng)常有急轉(zhuǎn)彎的情況，此時(shí)船體所受阻力較直線航行時(shí)大大增加。三用工作船多為雙機(jī)雙槳船，情況尤為特殊。當(dāng)兩個(gè)螺旋槳工作在斜流時(shí)，處在不同的水流速度之下，雖說(shuō)兩個(gè)槳都在推動(dòng)著船體前進(jìn)，但他們各自的負(fù)荷是不同的。例如，船體左轉(zhuǎn)時(shí)，左邊槳的負(fù)荷就大，右邊槳的負(fù)荷相對(duì)就??；船體右轉(zhuǎn)彎時(shí)，右邊槳的負(fù)荷就大，左邊槳負(fù)荷相對(duì)就小。這是因?yàn)槁菪龢幱诓煌魉俣鹊慕Y(jié)果，水流速度大，螺旋槳受到的負(fù)荷就小；水流速度小，螺旋槳受到的負(fù)荷就大。當(dāng)然也取決于舵角的大小，舵角大，螺旋槳受到負(fù)荷就大；反之就小。

上述可見(jiàn)，船舶在轉(zhuǎn)彎航行時(shí)，主機(jī)容易超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，因此船舶在轉(zhuǎn)彎航行時(shí)駕駛?cè)藛T應(yīng)適當(dāng)降低速度，以保證主機(jī)不出現(xiàn)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。

3 結(jié)束語(yǔ)

三用工作船與普通的遠(yuǎn)洋輪船的工作狀況有很大的不同，加強(qiáng)科學(xué)的輪機(jī)維護(hù)與管理，這是降低設(shè)備故障率最有效的途徑。船長(zhǎng)和駕駛員應(yīng)當(dāng)對(duì)主動(dòng)力推進(jìn)裝置尤其是主機(jī)的合理使用要有一定的了解。

[1]白向東，劉永福，仇滔，等.機(jī)遇電控單體泵對(duì)4D44柴油機(jī)的優(yōu)化研究[J].船用發(fā)電機(jī)，2008，（3）：22-25.

[2]錢作勤，王忠俊.船舶柴油機(jī)排放測(cè)試與措施 [J].航海技術(shù)，2004，（6）：35-38.

[3]吳長(zhǎng)水，楊世偉，王長(zhǎng)建，等，電控單體泵系統(tǒng)噴射特性研究[J].船用發(fā)電機(jī)，2008，（4）：14-17.

[4]金仲達(dá).船舶概論[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，2002.

Master Power Propulsion Unit of Petroleum Ships in Special Working Conditions

HOU Qiang（Ship Division of China National Petroleum Offshore Engineering Co.,Ltd.,Tianjin 300451,China）,ZHA

Petroleum ships often meet some special working conditions such as frequently weighing and dropping anchor,sailing at shallow waters or on heavy sea,taking a sudden turn and overloading operation of master propulsion unit.According to these working conditions,this paper analyzes the corresponding working states of the master power propulsion unit and offers related measures in order to raise its application efficiency and prolong its service life.

offshore petroleum;ships;propulsion unit;fault;special working condition

TE951

B

1001－2206（2011）增刊－0083－02

侯 強(qiáng) （1983-），男，山東青島人，助理工程師，2008年畢業(yè)于天津理工大學(xué)輪機(jī)工程專業(yè)。

2011-08-10