不同航行條件下的主機(jī)操作

余本法

（舟山市定海區(qū)海洋與漁業(yè)局，浙江舟山 316000）

船舶在各種自然條件下（如風(fēng)向、風(fēng)力、深水、淺水等）和各種航行條件下（低速、中速、全速、順車或倒車、加速與起航等）航行，環(huán)境條件對船舶主機(jī)運行性能的影響十分明顯[1]。船長的操作水平是決定航行安全的最主要因素，特別是在特殊的自然條件（如大風(fēng)浪）和航行條件下（如狹窄航道）時，操作不當(dāng)會引發(fā)推進(jìn)裝置發(fā)生事故，嚴(yán)重時甚至?xí)＜暗酱昂腿藛T生命的安全。因此我們必須了解在各種航行條件下主機(jī)運行工作的變化規(guī)律，來正確操縱主機(jī)，保障航行的安全。

1 外界自然條件因素

1.1 裝載和水流的影響

在裝載增加或者由沿海進(jìn)入內(nèi)河航行時，船舶吃水有所增加；在頂風(fēng)、頂流中航行以及船體水線下寄生物增多等狀況會一定程度的增大船體的阻力，水流對船舶的影響通常比風(fēng)大得多，尤其是對于重載船舶而言[2]。隨著船舶吃水增加和船體阻力的增大，螺旋槳的特性會相應(yīng)地發(fā)生變化，導(dǎo)致螺旋槳的特性公式Ne=cn3中的常數(shù)c變大，使特性曲線變陡，見圖1所示。

在正常情況下，主機(jī)和螺旋槳按曲線Ⅰ配合，額定工作點為1點（按滿載凈水全速航行時）。當(dāng)由于上述原因使阻力增加時，主機(jī)油門開度不變（負(fù)荷不變），工作點移至點2，主機(jī)的轉(zhuǎn)速降至n2，相應(yīng)的功率為Ne2。如主機(jī)裝有全制式調(diào)速器，使轉(zhuǎn)速保持在nH，此時油門開度增大，工作點將移至1′點，主機(jī)將在超負(fù)荷情況下運轉(zhuǎn)。所以應(yīng)盡量避免使主機(jī)長時間在超負(fù)荷狀態(tài)下運行，同時注意控制主機(jī)油門,根據(jù)螺旋槳特性的變化情況適當(dāng)調(diào)節(jié)主機(jī)的速度特性，以減少主機(jī)燃油消耗,提高其使用壽命。

在裝載量減少時（吃水減小，船體阻力減?。Ｂ菪龢匦郧€趨向平緩，常數(shù)c值減小，主機(jī)和螺旋槳按曲線Ⅲ配合工作。若主機(jī)油門開度仍保持在額定值，則工作點將移至3′處，主機(jī)轉(zhuǎn)速增至n3，盡管柴油機(jī)仍在額定外特性線上工作及有超負(fù)荷，但轉(zhuǎn)速卻超過了額定轉(zhuǎn)速，處于超速工況。此時應(yīng)減小油門的開度，使主機(jī)工作于部分外特性曲線點3上，保證轉(zhuǎn)速在不超過額定轉(zhuǎn)速nH。

1.2 在暴風(fēng)雨中航行

船舶在大風(fēng)浪中航行不僅會給船舶操縱帶來困難,也對船舶動力裝置的安全運行帶來威脅，因此，除船舶駕駛?cè)藛T采取有效的操船措施減輕船舶搖擺外，還需輪機(jī)員了解風(fēng)浪航行中主機(jī)的運行特點，不斷提高運轉(zhuǎn)管理水平和實際操作能力[2]。由于風(fēng)力以及船體的縱傾和起伏作用，空氣阻力和波浪阻力均隨之而變化；為了保持正確的航線，舵經(jīng)常偏轉(zhuǎn)一定角度，另外船體在斜水流中航行,船體阻力比直線航行時也有所增加，上述因素促使螺旋槳特性曲線變陡。例如一艘主機(jī)額定功率4 410 kW的船舶，平時運行的功率為3 750～3 970 kW，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速為105～108 r/min，主機(jī)保留了10%～15%的儲備功率。在風(fēng)力7級、浪高4～5 m的條件下，若油門開度仍保持在平時的刻度下，轉(zhuǎn)速將降到92～95 r/min，相應(yīng)的功率為3 270～3 490 kW，如圖2所示。推力P和航速V為坐標(biāo)，表示出風(fēng)力對推力的影響，圖2所示h=常數(shù)線為主機(jī)額定外特性曲線。由圖2可知，在靜水中航行時為100%，而在9級風(fēng)況，噴油量不變的情況下（即h=常數(shù)時），航速只能達(dá)到正常航速的60%～65%，這也說明，船舶在暴風(fēng)雨天氣中航行，船速必然會有所下降，不可能保持原定的航速。

1.3 航道水深的影響

目前國際上關(guān)于深水航道和淺水航道的界定多傾向于利用水深對船體阻力試驗獲得的結(jié)論，即認(rèn)為:當(dāng)水深吃水比h/T≤4時界定為淺水航道；反之界定為深水航道。根據(jù)試驗，船舶在深水中航行的阻力與V2成正比[2]，而在淺水中航行阻力的變化規(guī)律較為復(fù)雜，一般特點是:

圖1 各種航行條件下螺旋槳特性與外特性的配合Fig.1 Adapting of propeller characteristic and external characteristic on different navigation conditions

圖2 各種風(fēng)力下船速與推力的關(guān)系Fig.2 Relationship of ship's speed and thrust on various wind-forces

圖3 淺水阻力曲線Fig.3 Resistance curve of ship in shallow water

民用船舶的航速一般很難達(dá)到第3種情況，因此主要討論第2種情況，船舶由深水航道駛?cè)霚\水航道時主機(jī)運行狀態(tài)的變化情況。船舶在淺水航道航行時，其阻力將增加，航道越淺阻力增加越大，并且會產(chǎn)生后傾現(xiàn)象。

淺水對阻力的影響還與船舶的航速有關(guān)。圖3中曲線1為深水時的阻力曲線，曲線2為淺水時的阻力曲線，航速較低時，淺水對船舶阻力沒有明顯的影響；當(dāng)航速增大時，淺水阻力將相比增加2～3倍；當(dāng)航速進(jìn)一步增到一定程度時，淺水阻力反而減小，但是一般的民用船舶達(dá)不到這么高的航速，故在淺水航道航行時，阻力一般都會增大，同時產(chǎn)生船體的下沉和后傾現(xiàn)象。

狹窄水道對船舶阻力的影響與淺水基本相同。當(dāng)航道寬度小于20倍船體寬度時，則航行阻力增加，當(dāng)航道寬度等于10倍船體寬度時，則航行阻力增加10%左右[4]，如果遇到窄且淺的航道(通常航道窄時1般也是淺水)，兩個因素同時起作用，就更明顯了，因此在窄航道中航行時，一定要注意適當(dāng)降低船速(即降低主機(jī)轉(zhuǎn)速)，防止主機(jī)超負(fù)荷工作。

船舶在狹窄水道航行其阻力與航速的變化關(guān)系曲線也與淺水中相類似，但阻力增加的程度相對較大。例如一艘主機(jī)額定功率為735 kW的船舶，在水深30 m以上的航道中航行，航速為9.0 m/s，而在水深5 m的淺水航道中航行時，由于阻力增加，航速只有6.5 m/s左右，如要保持原來的航速（9.0 m/s），需要主機(jī)發(fā)出950 kW左右的功率才能達(dá)到要求，從而造成主機(jī)超負(fù)荷運轉(zhuǎn)。

在狹窄水道航行時，要正確理解和采用適合該狹水道和當(dāng)時環(huán)境、氣象、潮流、水深、來往船舶要求的“安全航速”，并保持主機(jī)隨時可操縱狀態(tài)。不應(yīng)片面理解為船速越慢就越安全。同時注意防止淺水效應(yīng)和船吸現(xiàn)象，避免在轉(zhuǎn)彎段、狹窄段、淺水段上追越或被他船追越；注意在應(yīng)用海圖上標(biāo)定航線，注明航向，標(biāo)示適當(dāng)?shù)牡壬罹€、危險區(qū)和轉(zhuǎn)向點[5]。

1.4 環(huán)境溫度對主機(jī)運行性能的影響

影響船舶主機(jī)運行性能的環(huán)境溫度包括機(jī)艙溫度和冷卻水溫度[6]。一般情況下，舷外空氣溫度比海水溫度高出1～3℃。采用常規(guī)通風(fēng)系統(tǒng)時，柴油機(jī)燃燒用空氣直接來自機(jī)艙，機(jī)艙溫度通常比舷外環(huán)境溫度高10.0～12.5℃，在冬天溫差還要大些。相對而言，船舶的每個航程中海面溫度變化比較小，增壓空氣冷卻水進(jìn)口溫度通常比舷外水溫高4℃[1]。對于管道式通風(fēng)系統(tǒng)，渦輪增壓器壓氣機(jī)吸氣溫度主要受外界大氣溫度的影響，而不是受機(jī)艙溫度的影響。大氣溫度的變化將影響到船舶主柴油機(jī)的耗油率、排氣量和排氣溫度，掃氣壓力、壓縮壓力和爆炸壓力也會受到影響。大氣溫度高，柴油機(jī)進(jìn)氣密度小，進(jìn)氣量減少，在相同噴油量下將導(dǎo)致燃燒質(zhì)量下降，排氣溫度升高，排氣冒黑煙，柴油機(jī)耗油率也因而上升。相反地，當(dāng)大氣溫度降低時，柴油機(jī)進(jìn)氣密度過高,進(jìn)氣量過多，會導(dǎo)致掃氣壓力、壓縮壓力和爆炸壓力太高，使柴油機(jī)承受過大的機(jī)械負(fù)荷[1]。

2 主觀因素影響

2.1 船舶起航

船舶由原地開動時，由于航速為零，進(jìn)程比λp=Vp/nsD=0，螺旋槳的特性曲線較正常航行時為陡。

螺旋槳的進(jìn)程比λp是螺旋槳運動時的一個狀態(tài)參數(shù)。螺旋槳與螺紋相同，每旋轉(zhuǎn)1轉(zhuǎn)，前進(jìn)1個螺距H。由于螺旋槳在水中旋轉(zhuǎn)時有滑失，故前進(jìn)的距離不是螺距H，而是hp，也就是螺旋槳進(jìn)程，其差值H-hp，稱為滑脫。

以單位時間來表示，以ns表示螺旋槳的轉(zhuǎn)速（m/s）則單位時間內(nèi)螺旋槳任一剖面上前進(jìn)的路程為 λp=Vp·n（sm/s），進(jìn)程比λp是螺旋槳的進(jìn)程hp與其直徑D之比，即λp=hp/D=Vp=np/D。

由原地起航時，船舶開始航速為零，hp=0,故Vp=0,λp=0。

從圖4可以看出λp=a(正常情況)和λp=0時，螺旋槳特性曲線與柴油機(jī)外特性曲線的配合。

圖4 船舶起航時螺旋槳特性與外特性的配合Ⅰ-額定外特性 Ⅱ-部分外特性01-等轉(zhuǎn)矩限制外特性Fig.4 Adapting of propeller characteristic and external characteristic when ship set sail

在船舶起航時若起航轉(zhuǎn)速為na，由于這時螺旋槳按λp=0的曲線工作。故只有將加油手柄推到額定外特性曲線Ⅰ的油門開度才能使主機(jī)轉(zhuǎn)速na，此時汽缸雖沒有超負(fù)荷，但負(fù)荷加載過快，負(fù)荷從零很快升到額定值，主機(jī)的轉(zhuǎn)矩也超過了等轉(zhuǎn)矩限制外特性01，因而是不允許的。由圖4知λp時的螺旋槳特性曲線與等轉(zhuǎn)矩限制外特性曲線01交于點b。為了保證主機(jī)的扭矩M在允許范圍內(nèi)，起航時的轉(zhuǎn)速應(yīng)不大于nb，若駕駛臺要求起航時航速要高，正確的方法應(yīng)該是推動加油手柄，使主機(jī)的啟動轉(zhuǎn)速小于nb，等航速增大后再逐漸增加油門，提高航速。

船舶在修理完畢后，要在碼頭上進(jìn)行系泊試驗，這時主機(jī)的工況與起航時有相似之處，螺旋槳的特性曲線是1條λp=0的曲線也叫螺旋槳系泊特性曲線，為了保證主機(jī)不超負(fù)荷，在系泊試驗時的轉(zhuǎn)速不應(yīng)大于nb。若沒有螺旋槳的系泊特性曲線，則可取nb=0.8～0.85的額定轉(zhuǎn)速，作為試驗時的最高轉(zhuǎn)速，此時應(yīng)該注意各缸的排氣溫度，不能超過全負(fù)荷時的排溫。

2.2 機(jī)動操作

在機(jī)動操作時（如進(jìn)出港口，狹窄水道航行），由于柴油機(jī)的工作狀態(tài)變化頻繁，故應(yīng)特別重視正確的操作。首先，要保證柴油機(jī)具有良好的啟動性能，空氣瓶內(nèi)儲滿壓縮空氣，對燃用重油的柴油機(jī)要改用輕柴油；注意冷卻水和潤滑油溫度的調(diào)節(jié)，使之不要太低以免影響柴油機(jī)的工作性能；在完畢后，中、大型柴油機(jī)不要立即關(guān)閉主機(jī)的滑油泵和淡水泵，以便將汽缸和活塞中的熱量帶走，避免汽缸和活塞由于突然中止冷卻而破裂，并避免汽缸壁上的滑油結(jié)焦；對中、小型柴油機(jī)帶有離合器裝置的，可脫開離合器，使柴油機(jī)空轉(zhuǎn)，待水溫，油溫下降后再停車。在過度到正常航行的加速過程中，不要使柴油機(jī)突然加速，以免發(fā)生超負(fù)荷運轉(zhuǎn)。

2.3 船舶加速過程

船舶駛離港口后，需加大油門，使主機(jī)轉(zhuǎn)速增加以達(dá)到全速航行。此時若操作不當(dāng)，也會使主機(jī)超負(fù)荷。船舶加速過程中主機(jī)工作點的變化規(guī)律可用圖5說明。

船舶在較低航速下穩(wěn)定航行時，主機(jī)按部分外特性曲線Ⅰ工作，螺旋槳的特性曲線為圖中a曲線。當(dāng)駕駛臺命令加速至全速前進(jìn)時，如果立即將加油手柄推到額定外特性時的油門開度，主機(jī)的工作曲線就由Ⅰ轉(zhuǎn)到額定外特性Ⅱ。在加速開始階段，由于航速還沒有增加，而主機(jī)轉(zhuǎn)速卻由于主機(jī)功率的增大而速度提高，ns變大，Vp不變。進(jìn)程比Vp=Vp/nsD減小，螺旋槳的特性曲線變陡。由a曲線變?yōu)閎曲線，主機(jī)的工作點由點1瞬時轉(zhuǎn)變?yōu)辄c2′。此后隨著航速的增加，進(jìn)程逐漸增大。螺旋槳的特性曲線又由b曲線向a曲線過度，轉(zhuǎn)速逐漸增加，工作點沿著曲線由點2′緩慢地向點2移動，到點2就達(dá)到新的平衡，轉(zhuǎn)速達(dá)到了額定轉(zhuǎn)速nH，這個變化過程與船只的大小，裝載量的多少有關(guān)。在船舶加速過程中，若油門增加較快，則主機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率沿著1-2′-2線變化。1-2′-2線大部分都在額定的等轉(zhuǎn)矩線MeH之上，即主機(jī)在曲軸超負(fù)荷情況下運轉(zhuǎn)。

對于裝有全制式調(diào)速器的主機(jī)，油門開度的大小是調(diào)速器來控制的。若很快將轉(zhuǎn)速提高到nH，此時主機(jī)的工作點由1轉(zhuǎn)變到3，處于超負(fù)荷工況下工作，更是不允許的。

為避免主機(jī)超負(fù)荷運轉(zhuǎn)，應(yīng)緩慢加大油門（或轉(zhuǎn)速），慢慢增加主機(jī)的轉(zhuǎn)速，使轉(zhuǎn)速與船舶航速成正比的增大，這樣，在加速工程中，功率基本沿著1-2線變化，避免主機(jī)超負(fù)荷運轉(zhuǎn)。

2.4 主機(jī)的換向和船舶的倒航

船舶在港內(nèi)航行，離靠碼頭或者遇到碰撞的緊急狀況時，常需改變主機(jī)的回轉(zhuǎn)方向，使高速前進(jìn)的船舶迅速停止下來，改為倒航。為保證船舶航行的安全，輪機(jī)人員在接到駕駛臺的倒車命令后，在避免主機(jī)超負(fù)荷的前提下，盡快地使主機(jī)反向運轉(zhuǎn)，這就要求輪機(jī)人員必須了解換向和倒航時螺旋槳的轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律。

圖5 船舶加速工況Fig.5 Accelerating condition of ship

圖6所示為主機(jī)換向時螺旋槳的倒轉(zhuǎn)特性曲線。圖中橫坐標(biāo)為轉(zhuǎn)速百分?jǐn)?shù)，縱坐標(biāo)為螺旋槳轉(zhuǎn)矩百分?jǐn)?shù)。圖中虛線A為船在全速前進(jìn)時由船模試驗畫出的螺旋槳倒轉(zhuǎn)特性曲線，實線B是已考慮螺旋槳被制動和倒轉(zhuǎn)時航速降低前提下的實際螺旋槳倒轉(zhuǎn)特性曲線，直線C是用M-n坐標(biāo)表示的主機(jī)等轉(zhuǎn)矩限制外特性曲線。

現(xiàn)分析船舶由全速前進(jìn)變?yōu)榈管嚨那闆r，開始時主機(jī)和螺旋槳配合于工作點a(額定轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)矩)，在接到駕駛臺命令后，停止向主機(jī)供油，主機(jī)轉(zhuǎn)矩迅速下降，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到60%～70%nH時，主機(jī)的轉(zhuǎn)矩為零（點b）。

點b以后，螺旋槳被水流沖擊，仍按正轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動(因船仍全速前進(jìn))，并且象水渦輪一樣的工作，發(fā)出負(fù)的轉(zhuǎn)矩，阻止船舶前進(jìn)，因而轉(zhuǎn)速逐漸下降。當(dāng)螺旋槳轉(zhuǎn)速為30%～40%nH時，負(fù)轉(zhuǎn)矩下降與主機(jī)運動機(jī)件的摩擦阻力相同，螺旋槳停止自由轉(zhuǎn)動（點d），b-c-d為螺旋槳倒轉(zhuǎn)時的第二階段，即相當(dāng)于水渦輪工作階段。

點d處螺旋槳停止轉(zhuǎn)動，主機(jī)可以進(jìn)行換向、倒車起動（主機(jī)的起動力矩必須大于螺旋槳給予主機(jī)的負(fù)轉(zhuǎn)矩）。此后，主機(jī)帶動螺旋槳倒轉(zhuǎn)運動，產(chǎn)生負(fù)的推力，對船起制動作用。由于此時船舶仍在前進(jìn)，所以當(dāng)?shù)管囖D(zhuǎn)速達(dá)到40%～60%nH時，主機(jī)軸系已達(dá)到額定轉(zhuǎn)矩值McH。

圖中曲線B是考慮了在螺旋槳的作用下船速逐漸降低的實際特性曲線。當(dāng)船舶以半速或微速前進(jìn)開倒車時，螺旋槳倒轉(zhuǎn)特性的變化規(guī)律和全速開倒車時相似，只是負(fù)轉(zhuǎn)矩的絕對值相對減少。

按照上述分析，如果待螺旋槳自動停止回轉(zhuǎn)后，主機(jī)再開倒車，主機(jī)雖不會超負(fù)荷，但對現(xiàn)代大噸位海船，從主機(jī)停止供油到螺旋槳停止回轉(zhuǎn)需幾分鐘。在此期間船舶由于慣性而滑行的距離一般可達(dá)船長的5～8倍，這么大的滑行距離，對港內(nèi)航行，特別是在避碰的緊急狀況下是危險的。為了保證船舶的安全航行，就應(yīng)設(shè)法減小螺旋槳自由回轉(zhuǎn)的時間（即圖中的b-c-d階段），盡快開出倒車，阻止船舶前進(jìn)，常用的方法是壓縮空氣制動。

比較圖中的曲線B與C，螺旋槳在b＇-c＇-d＇階段產(chǎn)生的負(fù)轉(zhuǎn)矩小于主機(jī)額定轉(zhuǎn)矩McH，主機(jī)如果在此階段開出倒車，用主機(jī)的轉(zhuǎn)矩對螺旋槳起制動作用，使之很快地停止回轉(zhuǎn)，軸系是不會超負(fù)荷的，但是實際上用壓縮空氣的壓力所產(chǎn)生的制動力矩可能不足以超過螺旋槳在點c＇產(chǎn)生的負(fù)轉(zhuǎn)矩，不能一次使螺旋槳轉(zhuǎn)速降到零，即一次制動不能成功，必須再等一下，待船舶航速降低后，再用壓縮空氣做第二次強(qiáng)迫制動。此時，重要的是制動時機(jī)的選擇，若制動過早，柴油機(jī)正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速太高，一次制動不成功，不得不進(jìn)行二次制動，反而延長了倒車開出的時間。若制動過晚，一次制動可以成功，但等待主機(jī)轉(zhuǎn)速下降的時間太久，也使開出倒車時間延長。一般應(yīng)在主機(jī)的轉(zhuǎn)速降到額定轉(zhuǎn)速的30%～40%時進(jìn)行制動。由于各種機(jī)型的操縱機(jī)構(gòu)不同，最佳制動時機(jī)也不同，需要輪機(jī)人員根據(jù)不同的機(jī)型摸索經(jīng)驗，總結(jié)規(guī)律。

當(dāng)用壓縮空氣制動時，由于主機(jī)仍在正轉(zhuǎn)，而起動空氣是按倒車定時進(jìn)入汽缸，大量高壓起動空氣在汽缸內(nèi)被壓縮產(chǎn)生制動作用。有時汽缸內(nèi)的壓縮壓力超過正常工作時的最高燃燒壓力，進(jìn)而頂開汽缸蓋上的安全閥。

用壓縮空氣制動的過程是當(dāng)船在全速前進(jìn)中接到開倒車的命令后，立即將加油手柄拉到停車(停油)位置；當(dāng)螺旋槳轉(zhuǎn)速降到60%～70%時，將操縱手柄移到倒車位置；待操縱機(jī)構(gòu)換向完畢，即可倒車啟動（此時主機(jī)仍在正轉(zhuǎn)），強(qiáng)迫主機(jī)停止回轉(zhuǎn)。若一次制動不成功，則再作第二次制動。當(dāng)主機(jī)倒轉(zhuǎn)后，推上加油手柄，使主機(jī)倒車運轉(zhuǎn)。由于此時船舶仍在前進(jìn)，倒車轉(zhuǎn)速不能超過40%～60%,等船舶停止前進(jìn)，開始倒退時才能再次加速。

裝有倒順離合器而主機(jī)本身不能反轉(zhuǎn)的中小型船舶，由全速前進(jìn)改為急倒時，首先脫開離合器，同時主機(jī)降速，一般要降到60%nH后，接上倒車離合器。否則會由于摩擦片因結(jié)合速度過高，易于打滑或發(fā)熱燒損，主機(jī)也會因開始倒車轉(zhuǎn)速過高而嚴(yán)重超負(fù)荷。

圖6 螺旋槳與主機(jī)轉(zhuǎn)矩外特性Fig.6 Torque external characteristic of propeller and main engine

在緊急避碰的情況下，有時輪機(jī)人員會遇到駕駛臺命令從“前進(jìn)三”轉(zhuǎn)為“后退三”的情況，駕駛員的本意好似請輪機(jī)人員盡快開出倒車，使船舶停下來，并不是讓船馬上以“后退三”的速度倒航。此時，輪機(jī)人員應(yīng)立即停車，并用壓縮空氣制動，盡早開出倒車，使主機(jī)倒車運轉(zhuǎn)。根據(jù)操作的程序，一般只先開“后退一”，而后逐步加速，切不可盲目將加油手柄一下子推至“后退三”的位置，致使柴油機(jī)及軸系嚴(yán)重過負(fù)，引起重大機(jī)損事故的發(fā)生。

船舶在倒航時，由于船體阻力較正航時為大，所以倒航時的螺旋槳特性曲線較正航時的為陡，如不了解情況，在操作時就可能使主機(jī)超負(fù)荷運轉(zhuǎn)。

如圖7所示給出的正航（曲線1）與倒航（曲線2）時的螺旋槳特性曲線與柴油機(jī)額定外特性曲線的配合。由圖可見，在正車額定工況下，主機(jī)的轉(zhuǎn)速為nH，當(dāng)船舶倒航時，噴油泵柱塞有效行程與正車額定工況時一樣，主機(jī)的轉(zhuǎn)速只能達(dá)到n1,但主機(jī)的轉(zhuǎn)矩已超過額定值，即在軸系超負(fù)荷情況下運轉(zhuǎn)。為了保證倒航時主機(jī)的轉(zhuǎn)矩不超過允許值，必須使倒車的最大轉(zhuǎn)速不超過n2。n2是對應(yīng)倒航螺旋槳特性曲線與等轉(zhuǎn)矩特性曲線交點的轉(zhuǎn)速。通常n2為額定轉(zhuǎn)速的70%～80%,每條船舶的最大倒航轉(zhuǎn)速由輪機(jī)人員根據(jù)主機(jī)的排溫在上述范圍內(nèi)選定。

2.5 船舶轉(zhuǎn)彎時主機(jī)操作

船舶轉(zhuǎn)彎時，舵要偏斜一個角度，船體在斜水流中前進(jìn)，阻力要比直線航行時有所增加。在相同的螺旋槳轉(zhuǎn)速下，船舶前進(jìn)速度降低，進(jìn)程減小。此時，要求螺旋槳產(chǎn)生較大的推力以克服前進(jìn)的阻力，主機(jī)的轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)增加。當(dāng)船舶在全速航行時轉(zhuǎn)彎，由于全制式調(diào)速器的控制使轉(zhuǎn)速保持不變，導(dǎo)致油門開度增大，柴油機(jī)超負(fù)荷運轉(zhuǎn)。對無全制式調(diào)速器的主機(jī)，加油手柄固定不動，船舶轉(zhuǎn)彎時，主機(jī)轉(zhuǎn)速自動下降，改為直航后，轉(zhuǎn)速恢復(fù)正常，這是由于轉(zhuǎn)彎時的阻力增加的緣故。

當(dāng)船舶采用雙槳時，一般右舷為右舷漿。當(dāng)雙槳船轉(zhuǎn)彎時，2個螺旋槳在斜流中工作，并且處于不同的水流速度下，此時，2個螺旋槳產(chǎn)生的推力的綜合雖然與船舶阻力相等，但兩漿之間的負(fù)荷分配時不同，靠近轉(zhuǎn)彎中心的內(nèi)漿的負(fù)荷相對更大一些。

如圖8所示，雙槳船轉(zhuǎn)彎時螺旋槳特性的變化。圖中曲線A為直航時正常的螺旋槳特性，B為在某一舵角下轉(zhuǎn)彎時外漿的螺旋槳特性；C為內(nèi)漿的螺旋槳特性。1為主機(jī)額定外特性，2為部分外特性。當(dāng)船舶定速直航時，主機(jī)的加油手柄是固定不變的，假定工作點a(對兩個漿都一樣)，當(dāng)船以某一個舵角轉(zhuǎn)彎時，外漿的負(fù)荷略有增加（曲線B稍陡于A），外漿主機(jī)的工作點移至b,而內(nèi)漿的負(fù)荷大大增加，內(nèi)漿主機(jī)的工作點移至c。當(dāng)轉(zhuǎn)彎后有改為直航是，2個漿的特性曲線由回復(fù)到A點。若主機(jī)在轉(zhuǎn)彎之前工作于部分外特性的點轉(zhuǎn)彎時外漿和內(nèi)漿主機(jī)的工作點則分別移至＇。

裝有全制式調(diào)速器的主機(jī)，在轉(zhuǎn)彎前應(yīng)適當(dāng)降低主機(jī)的轉(zhuǎn)速，一般控制在主機(jī)轉(zhuǎn)速n主機(jī)=85%～90%額定[4]，以免超負(fù)荷。

圖7 船舶倒航時螺旋槳特性與柴油機(jī)額定外特性的配合Fig.7 Adapting between propeller characteristic and external characteristic of main engine when ship backward going

圖8 雙槳船轉(zhuǎn)彎時主機(jī)負(fù)荷的變化Fig.8 Change of main engine's real load of twin-screw ship when it luffs.

3 其他因素

3.1 機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)對主機(jī)運行性能的影響

機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)的作用是:為主機(jī)、副機(jī)和鍋爐燃燒提供足量的新鮮空氣;帶走機(jī)艙里機(jī)電設(shè)備運行中散發(fā)出的熱量,以降低機(jī)艙溫度,保證機(jī)艙良好的工作環(huán)境;排除機(jī)艙里的可燃?xì)怏w和水蒸汽;冷卻機(jī)電設(shè)備,防止故障。通風(fēng)系統(tǒng)的工作狀況將直接影響到主柴油機(jī)和其它輔機(jī)的工作性能,燃燒惡化、排氣溫度升高、冒黑煙、軸承高溫等故障往往就是因為通風(fēng)系統(tǒng)工作不正常引起的。因此輪機(jī)管理人員平時應(yīng)加強(qiáng)對通風(fēng)系統(tǒng)的維護(hù)保養(yǎng).另外,送風(fēng)和排風(fēng)的正確操作也十分重要,關(guān)系到機(jī)艙空氣質(zhì)量和溫度[7]。

3.2 船舶拖帶

在拖帶情況時，船舶總阻力上升，航速減低。在正常工況下，柴油機(jī)有一定量的余功區(qū)，可利用余功進(jìn)行拖帶。首先要了解被拖船阻力與航速的關(guān)系，同本船螺旋漿特性、余功大小、余功使用情況進(jìn)行比較分析，確保在拖帶時主機(jī)不超負(fù)荷。同時注意主機(jī)等設(shè)備的工作狀況，拖動后開始慢慢加速，要注意：如果船不動則不能加速；同時要注意風(fēng)浪對船舶穩(wěn)性的影響；拖帶用的纜繩長度要選擇準(zhǔn)確，過長易纏在的螺旋槳上，過短則拖帶不穩(wěn)定甚至能導(dǎo)致翻船。

4 結(jié)束語

船舶在航行中處于各種外界自然環(huán)境和各種航行工況下。惡劣的自然環(huán)境不僅通過影響船舶本身的操縱性能，也通過影響操船者的技術(shù)水平和心理狀況來影響船舶航行安全；在特殊的自然條件和航行條件下時，主機(jī)人員的操作水平是決定航行安全的主要因素，操作不當(dāng)會引發(fā)主機(jī)機(jī)損事故,甚至?xí)＜按昂腿藛T生命安全。對此，作者簡要的分析了在各種情況下主機(jī)運行工作的變化規(guī)律，給輪機(jī)人員正確操縱主機(jī)，實現(xiàn)機(jī)器經(jīng)濟(jì)、安全地運行提供依據(jù)和建議，保障人員、船舶的航行安全。

[1]李品芳,蔡振雄.環(huán)境條件對船舶主機(jī)運行的影響與管理對策[J].集美大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2005,10(1):49-52.

[2]施祝斌,王 琪.航行環(huán)境對船舶主機(jī)運行參數(shù)的影響[J].上海海事大學(xué)學(xué)報,2007,28(2):53-57.

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