淺析高速船速度下降的原因及相關(guān)的管理和維護

王曉軍

摘 要：吃水淺，航速快是近?？焖倬戎妥钪饕奶攸c，因此保持較高的航速對提高此類船舶的救助能力非常重要。針對如何發(fā)揮此類救助船的設(shè)計性能以達到最高航速的問題，從主機、噴泵、推力矢量、船體阻力四個角度進行額外能量損失的分析，對日常的管理和維護進行了總結(jié)。

關(guān)鍵詞：能量損失 燃油品質(zhì) 推力矢量 航行狀態(tài) 阻力分析

近海快速救助船的部分參數(shù)（以南海救202輪為例）：總長49.90m，水線長43.50m，型寬13.10m，型深4.50m，試航吃水1.70m，正常設(shè)計吃水1.80m，滿載設(shè)計吃水（不含壓載水）1.90m，試航排水量242.0t，正常排水量240.0t，滿載排水量（不含壓載水）260.0t。

擔保航速：在主機最大功率（100%MCR）時，試航區(qū)域風力不超過蒲氏3級、海況不超過2級、平潮水深大于20m、船體無污底時，試航排水量下的試航航速大于30kn。對于此類特定船型，不需對設(shè)計的過程及參數(shù)進行推導及描述。在日常管理中只需以試航報告為依據(jù)，盡可能得達到或接近試航報告中所要求的條件及相應(yīng)參數(shù)，以盡可能充分地發(fā)揮此類型救助船的性能。

對此特定船型，引入能量表達式：Ee≈Et-Ea-Ec，式中：

Ee——有效推進船舶行進的能量；

E——主機發(fā)出的有效推進能量；

Ea——額外損耗能量；

Ec——其他固定損耗（對于本文此船型可認為為常數(shù)）。

從上式可以看出，分析高速船速度下降的原因，等同于分析船舶有效地接收主機發(fā)出的推進能量比及高速航行時的額外能量損失。而如何盡可能地減少額外的能量損失以使主機噴泵發(fā)出設(shè)計工況功率，即為后續(xù)的故障排除。

1.與主機有關(guān)的影響因素

對于本文所分析的特定機型，可以近似認為柴油機熱效率及機械效率在一個周期內(nèi)是不變的常數(shù)，這個常數(shù)與柴油機功率曲線、冷卻淡水溫度、滑油溫度等有關(guān)。本文僅討論全負荷且冷卻淡水和滑油等的溫度都在正常范圍時的工況。

對于總運行時間還比較少的主機，在各系統(tǒng)工作正常的情況下，對柴油機最大功率輸出影響最大的是加裝燃油的品質(zhì)，所加裝的燃油的熱值必須達到主機的最低要求才能保證主機發(fā)出正常的功率。 如果在工況良好時出現(xiàn)了主機發(fā)出功率不足的情況，需要高度懷疑所加裝燃油的品質(zhì)問題。

2.與噴泵有關(guān)的影響因素

對于已經(jīng)定型設(shè)計的主機與噴泵的機槳配合，不再討論選型問題與工況配合曲線問題，而應(yīng)在日常中加強對噴泵的管理與維護。噴泵的間隙對于推進效率的影響巨大，因此在每次塢修時必須檢查噴泵泵葉與泵殼的間隙，超標的必須調(diào)整。在航行中必須避開半漂浮固態(tài)垃圾以避免由于噴泵吸入垃圾對流道及泵葉造成沖擊損壞。噴泵吸入纜繩及垃圾后，噴泵不平衡離心力引起的劇烈振動會引發(fā)噴泵的軸承損傷，因此航行中需要確認噴泵無振動后才能逐漸加車。

日常需要加強對軸系支撐軸承的檢查，需要確保軸承的溫度在正常范圍。每兩年需要拆開更換軸系支撐軸承處潤滑油脂。要選用規(guī)定牌號的潤滑脂，并且保證加注的量要適當，過少不僅起不到潤滑作用反而極易引起軸承的燒毀，過多又會引起軸承發(fā)熱從而會加劇潤滑脂的融化及流失。在日常的維護工作中還要注意判斷中間連接軸承及噴泵軸承的阻力，標準為脫掉離合器后，應(yīng)不借助加力工具即可輕松對尾軸盤車。

3.推力矢量損失的影響

噴水推進的推力矢量與船舶前進方向一致時主機的推進效率是最高的，但在實際航行中這種情況是不可能達到的，即推力矢量一定會有損失，分為水平截面推力矢量損失和垂直截面推力矢量損失。

3. 1水平截面推力矢量損失的影響

當發(fā)現(xiàn)噴水器出流不對稱，而需要壓舵操作才能前行時，在確認左右主機轉(zhuǎn)速相同并且左右噴泵未因吸入雜物而引起流通面積變化后，即可判斷為噴泵零位不對中，需要進行零位的矯正。

3.2垂直截面推力矢量的損失的影響

對于高速船型，適度的吃水保證了船舶能在小水面狀態(tài)工作。同時由于吃水差決定了船舶航行形態(tài)，應(yīng)盡可能使噴泵的高速出流保持水平，以減少在縱截面上的推力矢量的損失。

4.船體阻力的影響

4. 1海生物附著的額外影響

船舶航行總阻力由摩擦阻力，興波阻力，形狀阻力及其他阻力組成。而雙體船與相同排水量的單體船相比，由于是一個船體分成兩個片體，因此單個片體的長度排水體積系數(shù)L/▽1/3或長寬比L/B都較大，這對于減小水面興波、降低興波阻力和減小粘壓阻力是非常有利的。但雙體船較相當?shù)膯误w船的濕面積更大，所以摩擦阻力亦更大，同時兩片體內(nèi)側(cè)之間存在著興波干擾作用，亦將對阻力性能產(chǎn)生不利影響。盡管是小水面船型，但由于濕面積較大，海生物的附著對船的阻力性能勢必產(chǎn)生很大的影響。

4.2船體航態(tài)不良引起的額外影響

吃水差決定了船體的航行狀態(tài)，不合適的吃水差，不僅會引起推力矢量在縱截面的損失，同時也破壞了船體的小截面狀態(tài)，額外地增加了航行阻力。

5.避免高速船速度下降的維護措施

從上述分析的影響因素看出，在航行過程中，應(yīng)以試航報告為依據(jù)，盡量達到試航報告所要求的條件與對應(yīng)參數(shù)，為保持高速航行能力，日常管理思路如下：

（1）按照SMS體系及主機噴泵等說明書的要求，對主機的燃油、滑油、空氣系統(tǒng)等進行可靠的維護；對供給主機艙空氣的風機進行有效維護，以保證主機在全速運行時主機艙有足夠的新鮮空氣量及合適的空氣溫度；對噴泵的液壓反饋系統(tǒng)進行有效的檢查和維護，保證噴泵正確的零位；對噴泵的潤滑系統(tǒng)及中間軸承等進行有效的維護，保證各軸承工作正常，減少摩擦損失。航行時需盡量避開漂浮物以避免引起噴泵葉輪及軸承流道等的損壞。

（2）盡可能地保持試航狀態(tài)下的各船體參數(shù)在正常范圍內(nèi)，包括吃水及吃水差，由于此高速船的設(shè)計自持力為不小于3天（在正常船員編制條件下，正常排水量狀態(tài)，燃油20t，航速25kn時，續(xù)航力不小于520n.mile；在正常排水量狀態(tài)基礎(chǔ)上，燃油裝載25.5t，航速23kn時，續(xù)航力約700n. mile；在正常船員編制條件下，自持力不小于3天），因此要避免過多備件及物料等的堆積，并且通過合理地安排備件及物料等的放置位置來調(diào)整吃水差以保證高速航行時的正確航態(tài)。

（3）加裝合格的燃油，并確保主機分水濾器等的正常工作。對于加裝燃油后的第一次航行，如其他因素未變化而船速明顯下降，應(yīng)高度懷疑燃油品質(zhì)問題，限于船上條件，應(yīng)保存好供油化驗單據(jù)及油樣，必要時申請第三方進行燃油品質(zhì)的鑒定。

（4）實踐證明船體的海生物附著對高速船船速的影響巨大，因此需要進行定期的高速航行沖刷作業(yè)，并且在降速的節(jié)點（速度降低百分比最大時）對船體海生物進行有效的清除。

6.結(jié)論

以能量表達式Ee≈Et-Ea-Ec為基點，分析了主機、噴泵、推力矢量及船體阻力對高速船航速的影響，針對這些因素的作用原理提出了日常的管理維護措施以保持船舶的高速航行。

參考文獻：

[1]船體說明書（南海救202）.英輝南方造船（廣州番禺）有限公司.2014

[2]工作液和潤滑油規(guī)格.MTU有限公司，2014.

[3]韓小林.葉輪徑向間隙對噴水推進軸流泵性能的影響[J].江蘇船舶，2008，25（1）：5-8.

[4]李本文，MJP噴水推進裝置救助船培訓，資料.2015.

[5]吳曉光，黃連中.輪機長業(yè)務(wù)（海船船員適任考試教材）[M]，大連海事大學出版社.2013.

[6]劉紅.船舶原理（航運管理系列教材）[M].上海交大出版社，2009.