冰區(qū)航行船舶輪機(jī)設(shè)計(jì)的要求淺談

夏東蕊 趙玉磊

摘?要：針對(duì)冰區(qū)船舶輪機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)的主要目的是提高船舶主推進(jìn)系統(tǒng)與消防系統(tǒng)等一系列保障船舶能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行的系統(tǒng)的可靠性。對(duì)冰區(qū)船舶輪機(jī)進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)提高船舶在低溫條件航行的穩(wěn)定性，讓船舶在極端天氣下受到較小的影響。筆者在本文中，參考51800?DWT成品油/化學(xué)品船輪入級(jí)I?CE-1A具體案例，并綜合考量I?ACS冰極規(guī)范、DNV規(guī)范、瑞典芬蘭冰區(qū)規(guī)則等，提出自己的了解，并闡述冰區(qū)航行船舶輪機(jī)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：冰區(qū)航行;船舶輪機(jī);螺旋漿

隨著世界經(jīng)濟(jì)全球化聯(lián)系越來越密切，以及一帶一路戰(zhàn)略的快速推進(jìn)和石油開采的主要區(qū)域像北極的冰區(qū)發(fā)展，海上運(yùn)輸已經(jīng)成為當(dāng)前世界運(yùn)輸?shù)闹袌?jiān)力量，為了提高運(yùn)輸效率，節(jié)約運(yùn)輸時(shí)間，冰區(qū)航行的船舶數(shù)量快速增加，因此針對(duì)冰區(qū)船舶輪機(jī)設(shè)計(jì)越來越有必要，這對(duì)提高冰區(qū)航行船舶的安全性和穩(wěn)定性非常重要。在這一背景下I?ACS也針對(duì)性的發(fā)布了極地航行規(guī)范（POLAR?CLASS）。由此，我們可以了解到船舶輪機(jī)的設(shè)計(jì)越來越受到重視。為了保證船舶在冰區(qū)的正常航行，相關(guān)研究者制訂了很多標(biāo)準(zhǔn)，這給船舶在冰區(qū)航行進(jìn)行了硬性要求，很好的約束了船舶。筆者在本文結(jié)合51800DWT船舶的特點(diǎn)，根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)對(duì)冰區(qū)船舶輪機(jī)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，下面為主要內(nèi)容。

一、船舶航行技術(shù)的發(fā)展規(guī)劃

（一）航船技術(shù)的發(fā)展概述

高緯度地區(qū)，受到陽(yáng)光的照射時(shí)長(zhǎng)較短的限制，導(dǎo)致這些地區(qū)的氣溫常年低下，部分地區(qū)甚至常年結(jié)冰。氣象研究人員對(duì)不同區(qū)域進(jìn)行綜合分析后，根據(jù)結(jié)冰厚度，將冰區(qū)進(jìn)行劃分。其中，厚度相對(duì)薄的冰區(qū)叫做首年冰，這一定義表示該冰區(qū)結(jié)冰的時(shí)長(zhǎng)比較短暫，冰層的厚度也比較薄;除此之外，還有一種與薄冰相對(duì)厚的冰層被稱之為多年冰區(qū)，該冰區(qū)冰層不容易融化，冰層厚度超過三米。這些冰區(qū)資料的出現(xiàn)都給冰區(qū)船舶航行輪機(jī)的設(shè)計(jì)提供了良好的設(shè)計(jì)依據(jù)。

對(duì)于冰區(qū)船舶輪機(jī)設(shè)計(jì)，有些處于極地附近的國(guó)家很早就已經(jīng)接觸，比如俄羅斯。俄羅斯大部分國(guó)土常年被冰區(qū)覆蓋，想要發(fā)展全球貿(mào)易就要求船舶能克服冰區(qū)的極端條件航行。俄羅斯海事局是世界最早分析，研究冰區(qū)船舶輪機(jī)設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)。隨著冰區(qū)航線重要性的凸顯，國(guó)際相關(guān)組織為了保障冰區(qū)航行船舶的安全出臺(tái)了針對(duì)冰區(qū)航行船舶的航行標(biāo)準(zhǔn)——《極地船級(jí)要求》。由于這一標(biāo)準(zhǔn)填補(bǔ)了冰區(qū)船舶航行的空白，非常受到造船界的歡迎。對(duì)于冰區(qū)船舶輪機(jī)的設(shè)計(jì)而言，冰區(qū)冰層的厚度是影響設(shè)計(jì)參數(shù)的重要因素，不同冰區(qū)航行的船只其參數(shù)很多都不一樣。結(jié)合實(shí)例來看，在芬蘭與瑞典的冰級(jí)規(guī)則中，對(duì)1A冰級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)下的船只適合在冰層厚度為0.78m的首年冰區(qū)域航行，超過這個(gè)數(shù)值則有隱患。

（二）冰區(qū)航行船舶主推進(jìn)系統(tǒng)要求

在對(duì)冰區(qū)船舶進(jìn)行輪機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，就船舶推進(jìn)系統(tǒng)而言，我們要充分考慮船舶的適用性，并且要把船舶制造成本控制到最高效的層面，同時(shí)要保證性能。結(jié)合冰區(qū)船舶航行的特點(diǎn)，我們?cè)谶M(jìn)行船舶主推進(jìn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)最好采用可調(diào)螺旋槳軸系統(tǒng)。這是因?yàn)?，可調(diào)螺旋槳軸操作簡(jiǎn)單，適用于經(jīng)常進(jìn)行倒退或者停止等操作的船舶，尤其適合船舶在1A冰區(qū)低速航行。如果要想進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，讓船舶在超過上限的冰區(qū)也能正常航行的話，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該在船舶尾部安裝一套穩(wěn)定的螺旋槳。這樣，不僅提高航行適應(yīng)性，抗干擾能力，還能提高操作性。

二、對(duì)于極地（POLAR）航行船的設(shè)計(jì)要求

（1）極地冰級(jí)的介紹。從網(wǎng)上查閱I?ACS近期發(fā)布的資料可以知，極地航船的標(biāo)準(zhǔn)如表1所示：

（2）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。對(duì)于冰區(qū)船舶輪機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有如下幾個(gè)要求：首先是針對(duì)系統(tǒng)與船舶機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)，這兩方面的設(shè)計(jì)工作一定要滿足船舶在冰區(qū)航行中的安全保護(hù)要求。因此，我們可以在船舶前端安裝破冰裝置，針對(duì)PCI～I(xiàn)?J?PC5的單螺旋槳船舶，還要有針對(duì)性地安裝補(bǔ)救設(shè)備，以防船舶在冰區(qū)航行過程中發(fā)生系統(tǒng)故障，使船上的工作人員能夠進(jìn)行安全防護(hù)和補(bǔ)救。

（3）對(duì)冰區(qū)船舶的螺旋漿、軸系和傳動(dòng)裝置計(jì)算。由于螺旋槳、軸系及傳動(dòng)裝置是船舶航行的重要設(shè)備，因此，針對(duì)這些設(shè)備的設(shè)計(jì)時(shí)我們要充分考慮到螺旋槳與冰塊的碰撞，根據(jù)不同冰區(qū)的冰層厚度來計(jì)算螺旋槳與冰塊的沖擊力，在不同等級(jí)冰區(qū)航行的船舶，其螺旋槳的強(qiáng)度不一樣，因此計(jì)算一定要具有針對(duì)性，這一設(shè)計(jì)對(duì)冰區(qū)船舶航行的安全性有密切聯(lián)系。

（4）對(duì)于原動(dòng)機(jī)的起動(dòng)的設(shè)計(jì)規(guī)則。當(dāng)船舶螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)到最大的螺旋距離時(shí)，船舶的主機(jī)就會(huì)啟動(dòng)。結(jié)合這一情況我們?cè)谶M(jìn)行冰區(qū)船舶設(shè)計(jì)時(shí)要給船舶加裝加熱設(shè)備。這樣設(shè)計(jì)的目的是方便船舶在冰區(qū)的極端環(huán)境中順利的啟動(dòng)應(yīng)急電源設(shè)備。為了保證船舶的安全穩(wěn)定，我們必須保障船舶的加熱設(shè)備能夠啟動(dòng)三次以上。

（5）冰區(qū)船舶輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。除了保證設(shè)備的安全可靠以外，我們還要給船舶的機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)一系列的防護(hù)裝置，這樣做的主要目的是避免設(shè)備在前進(jìn)過程中被損壞。同時(shí)還要給船舶安裝除冰裝置，因?yàn)榇伴L(zhǎng)時(shí)間的冰區(qū)航行會(huì)產(chǎn)生冰積累，要及時(shí)去除。除此之外，我們還要給船舶加裝透氣管及其他管路做好防護(hù)工作，避免冰塊或者積雪進(jìn)入造成管路堵塞。

三、滿足芬蘭瑞典冰級(jí)規(guī)范的設(shè)計(jì)要求

（1）芬蘭瑞典冰級(jí)規(guī)則要求簡(jiǎn)介。具體請(qǐng)描述見表2。

（2）對(duì)冰區(qū)航行船舶主機(jī)功率設(shè)計(jì)要求。結(jié)合實(shí)例我們可以了解到，對(duì)于IA、IB、IC冰級(jí)航行船舶的主機(jī)輸出功率應(yīng)該在1000kW以上，而對(duì)于I?A?Super冰級(jí)航行的船舶其主輸出功率應(yīng)該保持在2800kW以上。

（3）對(duì)冰區(qū)船舶輪機(jī)各個(gè)裝置的具體設(shè)計(jì)要求。結(jié)合冰區(qū)船舶的主要結(jié)構(gòu)和船舶的功能，我們?cè)谠O(shè)計(jì)過程中也要按照一定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。在對(duì)螺旋槳進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮船舶與冰層的沖撞時(shí)，螺旋槳所承受的沖擊力，并根據(jù)冰塊厚度進(jìn)行精確計(jì)算。

（4）冰區(qū)航行船舶原動(dòng)機(jī)的起動(dòng)設(shè)計(jì)要求。船舶在冰區(qū)航行時(shí)，經(jīng)常會(huì)因?yàn)橛龅秸系K物導(dǎo)致船舶的航行被迫終止或者被迫繞行的特殊情況。當(dāng)出現(xiàn)這一問題時(shí)，船舶啟動(dòng)系統(tǒng)中一定要有足夠的空氣容量，這樣才能保證船舶在急停后能正常啟動(dòng)，從而保證船舶在冰區(qū)的正常航行。

（5）冰區(qū)船舶冷卻水系統(tǒng)的裝置要求。冰區(qū)船舶輪機(jī)中的冷卻水系統(tǒng)的主要功能是給船舶的冷水供給提供便利。針對(duì)這一情況，我們?cè)谶M(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：①把海水的進(jìn)口布置在船舯，并且盡可能使其靠后。②船舶的水箱一定要夠大，保障船舶長(zhǎng)期航行的要求。③水箱一定要有一定高度，最好是處于海水浮冰的上面。④要保證海底門口的橫截面積夠大，便于海水進(jìn)入等。

四、總結(jié)

本文主要闡述的是冰區(qū)船舶航行輪機(jī)設(shè)計(jì)的一些規(guī)則和船舶在冰區(qū)航行時(shí)提出的部分規(guī)則。結(jié)合當(dāng)下世界造船業(yè)的發(fā)展可知，目前很多船級(jí)社出臺(tái)的規(guī)則大部分都是針對(duì)船舶在冰區(qū)航行所提出的，雖然規(guī)則是由各個(gè)不同的機(jī)構(gòu)制定，但是大部分內(nèi)容是一致的。因此，針對(duì)不同等級(jí)冰區(qū)船舶的設(shè)計(jì)我們一定要密切聯(lián)系實(shí)際情況和各個(gè)規(guī)則，從中找到最合適的解決方法。本文大部分內(nèi)容都涉及到冰區(qū)船舶輪機(jī)的設(shè)計(jì)要求和具體內(nèi)容，希望對(duì)各位同仁有幫助。

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