惡劣海況下船舶主機(jī)的工況影響與分析

左紅穩(wěn) 劉昕 趙天翔

摘 要：艦艇在海上長時間航行，有時經(jīng)常會遇到惡劣海況的影響，由于航速和主機(jī)負(fù)荷易發(fā)生變化，船舶主機(jī)工作變得很不穩(wěn)定，往往要經(jīng)受較為嚴(yán)峻的考驗(yàn)。如何對主機(jī)進(jìn)行正確的操縱管理，確保動力安全可靠是機(jī)電部門的一項(xiàng)重要任務(wù)。該文著重分析了惡劣海況下風(fēng)浪對船、機(jī)、槳的負(fù)面影響，就主機(jī)在惡劣海況航行中如何進(jìn)行管理使用提出了自己的幾點(diǎn)個人看法。

關(guān)鍵詞：惡劣海況 主機(jī) 操縱管理

中圖分類號：U66 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）01（c）-0093-03

艦艇長期在海上航行，由于海上各處海域情況復(fù)雜，氣象條件多變，船的運(yùn)動阻力隨之不斷變化，這會給艦艇航速和主機(jī)負(fù)荷帶來影響，使船舶主機(jī)工況發(fā)生相應(yīng)改變，引起艦艇航速和主機(jī)負(fù)荷發(fā)生變化，比如在淺水區(qū)航行、窄水道航行以及惡劣海況航行時（船舶船體外表面變化形成污底也會增加運(yùn)動阻力）都將引起主機(jī)工況的變化。以蒸汽作為動力的艦艇，還會影響到主鍋爐工況的變化。

1 惡劣海況船舶航行的特點(diǎn)

艦艇在惡劣海況航行中的基本特點(diǎn)是：由于風(fēng)浪的不斷沖擊，使得船體激烈震蕩，搖擺起伏不定，航行的阻力較一般海況中的航行阻力大為增加，船舶機(jī)槳工作不穩(wěn)定，效率大大下降。這可以通過船槳機(jī)的配合特性——螺旋槳的推進(jìn)特性曲線來分析。

如圖1所示，船槳機(jī)的配合特性在正常情況下是圖中的曲線I所示，但是船舶的航行條件常常是變動的，在超載、污底、頂流、惡劣海況等情況下會出現(xiàn)“槳重”；而在輕載、順風(fēng)、順流等情況下會出現(xiàn)“槳輕”。螺旋槳的進(jìn)程比隨之發(fā)生變化，特性曲線會偏離標(biāo)準(zhǔn)情況.惡劣海況海況中，螺旋槳的推進(jìn)特性隨時都在變化，輕槳和重槳的情況都會發(fā)生，只不過重槳的特征更加明顯。

（1）重槳工況。當(dāng)船在惡劣海況中航行時，由于航行阻力增加，船速降低，螺旋槳的進(jìn)程比值減小，螺旋槳推進(jìn)特性曲線由I轉(zhuǎn)為II。此時特性曲線離開了設(shè)計(jì)條件，推進(jìn)效率下降。主機(jī)由于受額定扭矩的限制，其工作點(diǎn)只能沿著額定外特性曲線由a移至b點(diǎn)，轉(zhuǎn)速被迫下降，發(fā)不出額定功率，而且工作條件惡化，主機(jī)效率下降，這時船速明顯下降。

（2）輕槳工況。在惡劣海況航行中也會遇到出現(xiàn)槳輕的時候，象螺旋槳露出水面的主機(jī)工況，這時候的螺旋槳處于輕載狀態(tài)，這時就是“輕槳”工況。處于“輕槳”工況狀態(tài)中的螺旋槳，其推進(jìn)特性曲線由I轉(zhuǎn)為Ⅲ。如果主機(jī)額定供油量保持不變，則工作點(diǎn)a將沿額定外特性線1移至c點(diǎn)，此時主機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速都大于額定值，使主機(jī)的機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷增加，而處于超負(fù)荷狀態(tài)。由于主機(jī)受到額定轉(zhuǎn)速的限制，被迫減少供油量，使主機(jī)在部分特性下運(yùn)轉(zhuǎn)，如圖中的e點(diǎn)所示。這時，主機(jī)轉(zhuǎn)速減至額定值，但主機(jī)功率卻大大低于額定值。因此，船舶機(jī)槳性能下降，主機(jī)額定功率不能充分利用。螺旋槳露出水面過多，要防止主機(jī)飛車事故發(fā)生。

2 惡劣海況帶來的不良影響

惡劣海況對艦艇航行以及對機(jī)、槳的影響大致可以從以下來分析。

當(dāng)天氣惡劣，風(fēng)浪增大時，船舶由于受風(fēng)和浪的不良影響，船體縱向起伏和橫向搖擺都會十分的劇烈，這會給船機(jī)槳帶來一系列的不良影響。

（1）由于船舶的上下顛簸起伏使螺旋槳時而入水很深，時而接近水面，有時還露出水面，使螺旋槳的推進(jìn)效率大下降，螺旋槳的吸收功率也很不穩(wěn)定。

（2）主機(jī)由于受螺旋槳的影響，其負(fù)荷發(fā)生急劇變化，使其轉(zhuǎn)速產(chǎn)生很大的波動，主機(jī)的穩(wěn)定性大大降低。

（3）軸系由于受船體搖擺以及螺旋槳推力與阻力矩周期性變化的影響，其回轉(zhuǎn)可能產(chǎn)生不均勻而振動加大，影響到軸承、支點(diǎn)軸承發(fā)熱和船艉抖動和震動。

（4）油水管系受搖擺和振動的影響，很容易出現(xiàn)故障。如海底門露出水面，油柜沉淀物浮起來堵塞過濾器，閥門被振松，管道被振裂等。這些都將影響主機(jī)及所屬設(shè)備的正常工作，甚至于發(fā)生自動停車，釀成事故。

由上可見，船在惡劣海況中航行時，風(fēng)浪越大，則艦艇航行阻力越大，推進(jìn)特性曲線就越陡，這在螺旋槳的推進(jìn)特性曲線上可以明顯看出來；風(fēng)浪越大，則艦艇的阻力的變化也就越大，推進(jìn)特性曲線隨時都在發(fā)生變動，甚至于還會出現(xiàn)一會兒重槳，一會兒輕槳的情況；風(fēng)浪越大，則機(jī)槳發(fā)生故障的可能性也大大增加。所以，在惡劣海況航行，工況復(fù)雜多變，必須切實(shí)加強(qiáng)主機(jī)的管理，以確保惡劣海況航行中的船舶安全。

3 惡劣海況航行中對主機(jī)管理的幾點(diǎn)參考意見

3.1 加強(qiáng)航行前的準(zhǔn)備工作

艦艇在海上航行，對前面海面上的天氣情況做到提前預(yù)知尤其顯得重要。管理人員應(yīng)著重抓好對動力裝置技術(shù)狀態(tài)的檢查。如檢查調(diào)整各部間隙、各個閥件的靈活度、各種定位和各系統(tǒng)的完整性；檢查各輔助泵體的工作狀態(tài)是否良好；檢查緊固各種固定螺栓；檢查各管路接頭及軟管連接是否牢固可靠；檢查調(diào)速器動作是否靈活等。

3.2 航行中對主機(jī)的管理

（1）限制主機(jī)的最大供油量。在惡劣海況航行中，船主機(jī)的供油量應(yīng)控制在額定值以下，使主機(jī)按適當(dāng)?shù)牟糠滞馓匦赃\(yùn)行，以防在螺旋槳負(fù)荷多變的情況下，配合工作點(diǎn)越出允許使用范圍。對此，一般規(guī)定有最高轉(zhuǎn)速限制N≤0.8～0.85 nh，可作為控制主機(jī)供油量的基本依據(jù)。該船帶可調(diào)推進(jìn)裝置，通常情況下主機(jī)使用聯(lián)控方式操縱，可在PCU工作站內(nèi)對負(fù)荷進(jìn)行限制在85%以內(nèi)即可，此時供油齒條為46 mm。以此防止主機(jī)超負(fù)荷運(yùn)行和“飛車”事故的發(fā)生。

（2）加強(qiáng)巡視檢查。要經(jīng)常注意檢查各輔助泵的工作情況和防松防漏，應(yīng)盡量將狀態(tài)好的泵體和系統(tǒng)投入使用，防止因泵體損壞或者管路泄漏而影響主機(jī)的正常工作而導(dǎo)致停機(jī)停航，輔助設(shè)施設(shè)定在互備狀態(tài)，對各種檢查遇到的可疑情況均應(yīng)及時處理；惡劣海況航行中由于艦艇阻力變化大，螺旋槳的工作情況惡劣，對主機(jī)的推力軸承和齒輪箱軸向位移都會有較大影響，要定期檢查與之相關(guān)的工作參數(shù)是否正常。

（3）保持油位，合理使用裝備和系統(tǒng)。要定時檢查重力油柜及滑油、燃油柜的油位及使用情況，經(jīng)常保持在規(guī)定的刻度范圍內(nèi)，防止因搖晃而漏泄或形成假油位；應(yīng)合理使用油水系統(tǒng)，油水、過濾器及管系要盡量一個一個地投入工作，以便在故障情況下可以轉(zhuǎn)換使用；各海底門轉(zhuǎn)換為低位使用，以防進(jìn)入空氣影響冷卻水循環(huán)。

（4）消除共振現(xiàn)象。共振現(xiàn)象是機(jī)器在運(yùn)轉(zhuǎn)中經(jīng)常容易遇到的情況，這種現(xiàn)象在故障不明顯及環(huán)境噪聲較大的情況下往往不易引起注意，而共振對設(shè)備的危害是十分大的，惡劣海況中由于波浪的干擾極易引起船舶共振和設(shè)備共振，對主機(jī)而言，應(yīng)注意監(jiān)聽主機(jī)設(shè)備特別是大軸的運(yùn)行情況，一旦出現(xiàn)共振現(xiàn)象，及時更改螺距，轉(zhuǎn)移共振頻率，消除共振。

（5）及時抽除艙底污水。防止因艦艇搖擺激蕩艙底水影響底層泵電機(jī)運(yùn)行及電路正常工作。所有備用設(shè)備應(yīng)處于備便狀態(tài)，一旦有損壞設(shè)備出現(xiàn)，備用設(shè)備可以立刻投入使用等。

4 結(jié)語

船舶航行在大海上猶如一葉扁舟，惡劣海況將會給船舶的安全性和可靠性帶來了極大的威脅，遭遇惡劣海況時，船舶航行會受到干擾，引起設(shè)備運(yùn)行異常。這種情況下，如果采取的應(yīng)對措施不及時、不準(zhǔn)確，將會引起人身和財(cái)產(chǎn)的巨大損失，造成重大影響。所以作為航海人，必須明確掌握惡劣海況下船舶航行的特點(diǎn)難點(diǎn)，清楚認(rèn)識惡劣海況會給船舶帶來的巨大威脅，并且努力提高自身應(yīng)對惡劣海況時船舶運(yùn)行異常的應(yīng)急處置能力。

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