冰區(qū)航行船舶輪機設(shè)計的要求探析

楊文猛

（揚州亞華船舶技術(shù)開發(fā)有限公司，揚州225000）

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冰區(qū)航行船舶輪機設(shè)計的要求探析

楊文猛

（揚州亞華船舶技術(shù)開發(fā)有限公司，揚州225000）

摘要：冰區(qū)船舶的輪機設(shè)計主要是保障主推進系統(tǒng)、消防系統(tǒng)等一些保障船舶安全運行的系統(tǒng)。它能夠使船舶在極度冰冷的環(huán)境下不受任何因素的影響正常工作。本篇文章主要以51 800 DWT成品油/化學品船輪入級I CE-1A為實例，將其與I ACS冰極規(guī)范DNV規(guī)范和瑞典芬蘭冰區(qū)規(guī)則范相結(jié)合，簡單闡述一些關(guān)于冰區(qū)航行輪機設(shè)計的要求。

關(guān)鍵詞：冰區(qū)航行船舶輪機螺旋槳

引言

隨著世界經(jīng)濟全球化的發(fā)展，海上工作越來越多，冰區(qū)航行的船舶數(shù)量也越來越多，尤其是油船數(shù)量最多。因此，石油的開采區(qū)域不斷向冰區(qū)發(fā)展。I ACS甚至在近期也發(fā)布了極低規(guī)范（POLAR CLASS）。可見，船舶冰極的設(shè)計越來越受歡迎。為了使船舶能夠在冰區(qū)正常行駛，工作人員制訂了一些適用范圍，起到了很好的制約效果。本文的主要目的就是要根據(jù)51 800 DWT成品油輪和化學品船為主要的敘述案例，在此基礎(chǔ)上進行研究探析，并將研究結(jié)果進行進一步闡述。

1 船舶航行技術(shù)的發(fā)展規(guī)劃

（1）航船技術(shù)的發(fā)展進步。在冰級地區(qū)，因常年嚴寒，導致海水結(jié)冰不化。氣象組織人員對此進行了具體探測，根據(jù)海水的結(jié)冰程度不一，將冰分成了不同階段。厚度相對少一點的稱之為首年冰，表示其結(jié)冰的時間還很短，厚度僅僅在1.2m以下；還有一種相當厚的冰被稱為多年冰，說明結(jié)冰時間已經(jīng)很長，極不易融化，冰的厚度最少在3m以上。這些資料的闡述為船舶設(shè)計規(guī)范的提出奠定了良好的基礎(chǔ)。但是，并不是沒有可以適用于多年冰的船舶。俄羅斯海事局就是世界上唯一一家可以在多年冰區(qū)行使的船舶。為了達到這一要求，國際船級社組織頒布了一個適用于極低冰區(qū)的準則——《極地船級要求》。由于這一準則非常符合標準，受到了極大歡迎。在個人設(shè)計技術(shù)方面，海冰的厚度是影響船體結(jié)構(gòu)的一大重要因素，對船體裝置的各個方面都有嚴格要求。舉例來說，根據(jù)芬蘭一瑞典冰級規(guī)則中對1A冰級的設(shè)計來說，這種設(shè)計在首年冰區(qū)域很實用，如果首年冰的厚度在0.78m左右最適合。

（2）冰區(qū)航行船舶主推進系統(tǒng)要求。為了符合冰區(qū)船舶主推進系統(tǒng)的具體要求，首要需考慮到船舶的適用性能，還要考慮怎樣才能使成本降到最低、經(jīng)濟適用性較好。在對冰區(qū)的船舶設(shè)計過程中，最好選擇調(diào)槳軸系使用。因為此種調(diào)槳軸益于操作，尤其適用于經(jīng)常進行船舶倒退或者船舶停止等操作，特別是船舶在1A冰區(qū)低速航行時特別適用。如果想進一步優(yōu)化設(shè)計，想要達到船舶即使在嚴重冰情下正常運行，那么就可以在船尾安置一組能夠使船體穩(wěn)定的螺旋槳。這樣，操作起來也會非常方便。

2 對于極地（POLAR）航行船的設(shè)計要求

（1）對極地冰級的介紹。具體資料顯示，I ACS在近期發(fā)布一則消息，主要是針對航船制定的具體要求：

表1 極地冰級表及地冰級冰級描述（以世界氣象組織海冰命名）

（2）系統(tǒng)的設(shè)計要求。對于系統(tǒng)的設(shè)計要求，主要有以下幾個方面：對系統(tǒng)的設(shè)計和機械設(shè)備的設(shè)計一定要滿足安全防護的具體要求；船舶的內(nèi)部系統(tǒng)應該安裝除冰裝置；針對人冰級PCI～I J PC5的單螺旋槳船舶，應安裝能夠在機械系統(tǒng)破損時即時補救的措施的裝置。

（3）螺旋、軸系和傳動裝置計算。針對螺旋槳、軸系和傳動裝置的具體強度，應該考慮到螺旋槳葉片打擊到冰塊時受到的沖擊力，這時負荷能力應該根據(jù)沖擊力的大小來決定，具體需按照相關(guān)公式進行計算。

（4）對于原動機的起動要求。在螺旋槳達到最大螺距的情況下，主機就會啟動起來。這時，應該在船舶上安裝一些加熱裝置，以方便船舶在低溫環(huán)境下使應急電源裝置起動。這種加熱裝置應該保證在突發(fā)情況下至少自動啟動三次才可以。

（5）輔助系統(tǒng)設(shè)計要求。船舶的機械設(shè)備應該具有安全防護措施，主要是為了避免冰塊或者積雪的損壞。當船舶航行時間較長時，一定要安裝一些除冰的設(shè)備。此外，還要切記，一定要將透氣管及其他管路做好防護工作，避免冰塊或者積雪進入造成管路堵塞。

3 滿足芬蘭瑞典冰級規(guī)范的設(shè)計要求

（1）芬蘭瑞典冰級規(guī)則要求簡介。具體請描述見表2。

表2 芬蘭瑞典冰級規(guī)則

（2）主機功率要求。在一般情況下，主機的輸出功率對IA、IB和IC冰級應大于或等于1000kW，對IASuper冰級的具體要求范圍應該不小于2800kW。

（3）對各個裝置的具體要求。針對船舶本身的結(jié)構(gòu)，對其設(shè)計也有一定的規(guī)范。對于螺旋槳等裝置，工作人員應該具體考慮到船舶的螺旋槳撞擊到冰塊時要承受的巨大沖擊力，這種承受負荷的能力應該根據(jù)冰塊力矩M來確定，同樣需要根據(jù)相關(guān)公式進行精確計算。

（4）船舶原動機的起動要求。通常情況下，船舶在行駛時，如果遇到障礙物會出現(xiàn)船舶暫?；蛘呃@行等情況。在這一運行過程中，空氣啟動系統(tǒng)一定要有足夠的空氣容量，使船舶能夠正常啟動，這樣才能使船舶正常行駛。

（5）冷卻水系統(tǒng)的裝置要求。船舶安裝冷卻水系統(tǒng)，為船舶冷水的供給提供方便。它的主要功能是提供冷水的供給。因此，要求船舶海水箱最少有一個能夠滿足以下幾個要求：①一定要將海水的進口安置在船舯的地方，并且盡可能使其靠后。②海水箱一定要夠大，能裝下足夠的海水。③該海水箱應該有足夠的高度，將海水浮冰處在海水進口的上面最佳。④將冷卻水全部排除，以免發(fā)生存水的情況。⑤要保證海底門口的橫截面積夠大，便于海水進入等。

4 DNV冰級設(shè)計要求

（1）DNV冰規(guī)范與芬蘭瑞典冰級的比較。根據(jù)詳細資料，將DNV冰規(guī)范與芬蘭瑞典冰級進行比較，具體內(nèi)容如表3所示。

表3 DNV與芬蘭瑞典冰級比較表

（2）對DNV冰級的具體要求規(guī)劃。通過不同的比較與檢測表明，DNV冰級與芬蘭瑞典的冰級要求非常相近，這樣的結(jié)果為我們以后的工作提供了便利，使得DNV規(guī)范的要求更加明確：①海水箱的高度要達到標準，方便使海水流到管路的上方。②在船舶內(nèi)部的邊壓載艙應該按照具體規(guī)則采取防護措施，船舶的溫度設(shè)計條件應該根據(jù)海水℃，空氣-10℃時最佳。③在冰帶的最下層，船舶的壓載艙內(nèi)不安裝一個具有加熱功能的設(shè)備，這樣就可以有效防止冷氣的侵襲。

5 案例說明

舉例來說，51 800 DWT成品油輪/化學品船入級DNV ICE-1A和ICE*（DNV冰級符號），它能夠有效達到航船提出的要求。以下內(nèi)容就是通過以往的經(jīng)驗，對51 800 DWT成品油輪在運行時和在對其設(shè)計時的情況進行闡述。

（1）船舶相關(guān)裝置設(shè)計。船舶的主機設(shè)計也有一定的范圍。一般要求，0%～100%SMCR之內(nèi)不允許有轉(zhuǎn)速禁區(qū)出現(xiàn)。舉例來說，要想從船舶的主機和船舶的軸系配置上滿足這樣的要求有很大的困難，為了降低成本，就應選用一些低速機械配置。

（2）冷卻水系統(tǒng)的安裝。根據(jù)船舶系統(tǒng)本身的需要，工作人員安裝了冷卻水系統(tǒng)，主要任務就是船舶航行到冰區(qū)時起到冷卻的作用。

6 總結(jié)

主要闡述船舶設(shè)計的一些規(guī)則以及針對船舶航行時提出的具體規(guī)則。在當今世界上，大部分船級社制定的相關(guān)規(guī)則多是針對冰區(qū)的具體要求決定的，所以說他們之間的差別并不大。因此，對于船舶的設(shè)計具體要求，針對不同理解不同做法，應找到合適的解決辦法。上文中提到的一些具體內(nèi)容與具體設(shè)計要求，希望對以后的船舶輪機設(shè)計有所幫助。

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Ice Navigation Requirement of Ship Design

YANG Wenmeng
（Yangzhou Yahua Ship Technology Development Co. Ltd., Yangzhou 225000）

Abstract:The ice ship turbine design mainly to protect the main propulsion systems, fire systems, security ship safety operation system. Can the ship under the extreme cold environment is not affected by any factors of normal work. This article mainly to 51 800 DWT product oil / chemical tanker round in class I CE 1A as an example and the and I ACS ice regular DNV rules and Swedish and Finnish ice rule fan combination, simply elaborated on Shao ice navigation turbine design requirements.

Key words:ice navigation, ship turbine, propeller