冰區(qū)航行船舶輪機設計要求探析

摘要：對冰區(qū)航行船舶的輪機設計的主要目的，就是為了保證船舶的正常航行以及船舶上人們的正常生活，主要涉及推進系統(tǒng)、消防系統(tǒng)以及生活系統(tǒng)。冰區(qū)航行是當今社會船舶發(fā)展的趨勢，本文主要論述了冰區(qū)航行規(guī)則的發(fā)展和技術的規(guī)劃，對極地航行的船舶的設計要求進行了探究，同時分析了冰區(qū)船舶的螺旋槳的載荷信息，以此來對冰區(qū)航行船舶輪船主機設計進行簡單的探析。

關鍵詞：冰區(qū)航行；船舶輪機；設計要求

當前極地航線逐漸開辟，開始有越來越多的船舶進入極地地區(qū)或寒冷地區(qū)。在寒冷地帶船舶航行既要考慮海水結冰或低溫給船舶航行帶來的影響，又要考慮在低溫情況下船舶相關設施是否能夠承受溫度帶來的影響，如設備設施凍裂。因此在對冰區(qū)航行船舶輪機的設計師要從多方面考慮，保證船舶在寒冷、極地等地區(qū)的順利航行。

一、船舶航行技術規(guī)劃

有關冰區(qū)航行的船舶的主推進系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀。針對在冰區(qū)航行的船舶的主推進系統(tǒng)，我們要對其適應性進行考慮，既要兼顧成本，又要兼顧使用，確保兩方面的平衡。我們建議在冰區(qū)行駛的船舶在有條件的情況下最好能夠采用可調(diào)槳軸系，主要原因是可調(diào)槳軸系具備良好的可操縱性能，對于船舶在冰區(qū)前進、后退以及停船進行操作都十分便利，這很適合于在1A冰區(qū)進行低速航行；我們也應該對使用工況進行優(yōu)化，為了使船舶能夠在冰清較為嚴重的情況下進行進行獨立的操作，這就需要我們在傳播上安裝一個Azipod推進器，并使得這個推進器能夠進行360度獨立旋轉(zhuǎn)，并配備一個螺旋槳，該螺旋槳具備定距的功能，并以“牽引”的模將該螺旋槳作為船舶的首部螺旋槳的功能來進行使用。這樣的方式可以保持在各種工況下的穩(wěn)定性同時能夠提升船舶的操縱性，同時這種方式也有一個很重要的缺點，就是成本較高。

二、螺旋槳在冰區(qū)船舶上的載荷信息

極地等地區(qū)海水水域的海冰和所在的寒冷環(huán)境會對船舶的推進系統(tǒng)帶來一定的影響和阻礙。而在這種環(huán)境下，海冰與螺旋槳或者吊艙等部件通過相互作用會對整個推進系統(tǒng)的正常工作產(chǎn)生重要的影響。出于方便計算的因素，我們可以將在海冰作用下螺旋槳的載荷簡單分為三個類型，第一種是海冰的接觸載荷，這種載荷產(chǎn)生的原因是冰槳觸碰產(chǎn)生了海冰的破碎。第二種是不可分的水動力載荷，這種載荷的產(chǎn)生是由于海冰的擁堵效應、接近效應，還有因為海冰的存在產(chǎn)生的空泡效應所導致。第三種是可分的水動力載荷，這種載荷就是指在水中情況螺旋槳的載荷。除了對海冰干擾因素的考慮，我們還需要對冰區(qū)推進系統(tǒng)的低溫環(huán)境進行細致的考慮，包括在低溫環(huán)境下能夠產(chǎn)生的影響。螺旋槳具有低溫脆性的特性，這就需要我們考慮低溫條件下螺旋槳的材質(zhì)。

三、對極地航行船的設計要求

（1）對極地冰級的介紹。2014年國際海事組織通過了一個規(guī)則，名為《國際極地水域船舶作業(yè)規(guī)則》，這一規(guī)則在2017年開始生效實施。這一規(guī)則適用于在南北極作業(yè)的船舶，同時這一規(guī)則將極地水域分3類：中等一年冰、薄一年冰、開敞水域/嚴重程度不如前兩類的冰況。I CAS發(fā)布了極地航行船舶規(guī)范，對極地冰級進行了具體劃分，主要針對船舶制定了具體要求，可參考極地冰級表及極地冰級描述。極地冰級及極地冰級描述（以世界氣象組織海冰命名）為PC1：全年在極地水域工作；PC2：在中度多年結冰的情況下進行全年工作；PC3：全年工作在第二年結冰含有多年結冰的條件下工作；PC4：全年工作在第一年厚的結冰含有前期結冰的條件下工作；PC5：全年工作中第一年中等厚度的結冰含有前期結冰的條件下工作；PC6：夏季/秋季工作在第一年中等厚度的結冰含有前期結冰的條件下工作；PC7：夏季/秋季工作在第一年薄冰含有前期結冰的條件下工作。

（2）在防凍方面對輪機的設計要求，極地行駛的船舶我們需要滿足輪機的防凍要求，為滿足該要求，供給柴油機的空氣需要符合廠家對溫度設定的最低要求，同時船舶的其他設備，如重要的供給設備、安全設備以及安全系統(tǒng)的滑油等液體也需要滿足在低溫的環(huán)境下對其的要求。關于輔助系統(tǒng)的設計要求，為了避免冰雪對船舶的機械設備的損壞，我們應當按照標準要求安裝相應的防護設備；對于在冰區(qū)航行時間比較長的船舶設備，我們需要做好透氣管等船舶其他管路的防護工作，防止在低溫條件下冰塊、雪塊進入透氣管等管路，造成管路堵塞情況的產(chǎn)生；對于海水箱和壓載艙，我們一定要避免冰塊的聚集，對此可以配備合適的壓縮空氣、蒸汽或熱水對設施設備進行沖洗。

（3）動力方面對航行船的設計要求。關于動力方面的設計要求，一是關于系統(tǒng)的設計要求，我們要求系統(tǒng)設計和機械設備的設計能夠滿足安全防護的具體要求，我們可以在船舶的內(nèi)部系統(tǒng)中安裝相應的除冰設置。針對冰級在PC1到PCS的單螺旋槳船舶，我們應當關注在機械破損時該如何進行工作，對此我們應當安裝能夠及時補救的裝置。二是關于螺旋、軸系以及傳動裝置的計算，我們需要對這些部件、裝置的強度進行精確的計算，并且應該對螺旋槳葉片如果受到冰塊打擊時產(chǎn)生的沖擊力進行著重的計算和考慮，以此來保證相關系統(tǒng)能夠正常并安全的運轉(zhuǎn)，其中關于負荷能力的計算應該根據(jù)沖擊力和相應的公式來一起計算。三是關于原動機起動。當螺旋槳達到最大螺距時，主機起動，為了方便船舶在低溫情況下正常起動應急電源裝置，需要在船舶上相應位置安裝加熱裝置，并且這些加熱裝置應該可以達到在突發(fā)情況下至可以啟動三次的標準。四是設計冰級槳。

我們對冰級槳相關的設計經(jīng)驗主要是對螺旋槳的一些列系統(tǒng)進行測試，并根據(jù)測試結果進行判斷、推測而獲得的，我們對螺旋槳設計點的選擇，主要應對航行環(huán)境進行判斷，對不同的航行條件進行評估和權衡。

四、總結

對船舶的設計要求需要根據(jù)實際情況進行研究，設計出合理的解決辦法，冰區(qū)航行船舶的論及設計應滿足相關規(guī)則的要求，并最好設計研發(fā)工作，并參考以往相對較為成熟的設計方案進行參考。

參考文獻：

[1]李晚俠，陶盛山，許小紅.船級社對寒冷地區(qū)航行船舶的輪機設計要求[J].江蘇船舶，2016（4）.

作者簡介：費飛（1988），女，漢族，吉林舒蘭人，本科，助理工程師，研究方向：船舶輪機設計。