淺析冰區(qū)航行船舶輪機(jī)設(shè)計(jì)要求

王瑞華

（揚(yáng)州中遠(yuǎn)海運(yùn)重工有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225000）

1 冰區(qū)船舶航行技術(shù)發(fā)展探究

伴隨經(jīng)濟(jì)全球化趨勢(shì)的不斷推進(jìn)，我國(guó)對(duì)于北極冰區(qū)的發(fā)展在原有的基礎(chǔ)上得到了進(jìn)一步推進(jìn)，為了達(dá)到更高的運(yùn)輸效率，節(jié)約運(yùn)輸時(shí)間，我國(guó)對(duì)于冰區(qū)的資源開采大多使用船舶航行的方式，這使得對(duì)于船舶航行的技術(shù)要求越來(lái)越高。要對(duì)冰區(qū)航行船舶輪機(jī)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行研究，就需要對(duì)船舶航行的基本技術(shù)設(shè)計(jì)發(fā)展情況進(jìn)行具體探究，下面為船舶航行技術(shù)發(fā)展的詳細(xì)內(nèi)容。

通常，極地地區(qū)由于常年處于高緯度環(huán)境，導(dǎo)致受到陽(yáng)光照射的時(shí)間受到很大限制，使得該地區(qū)的氣溫較低且很容易出現(xiàn)結(jié)冰的現(xiàn)象。依據(jù)氣象研究結(jié)果表明，這些極地地區(qū)可根據(jù)結(jié)冰的厚度進(jìn)行合理劃分，對(duì)于結(jié)冰厚度較小的地區(qū)稱為首年冰，該區(qū)域的結(jié)冰時(shí)間相對(duì)較短，冰層的厚度也較??；對(duì)于結(jié)冰厚度較大的地區(qū)稱為多年冰區(qū)，該區(qū)域的結(jié)冰時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，所結(jié)冰區(qū)的冰層不容易融化，冰層厚度會(huì)大于3 m，基于這些冰區(qū)氣象數(shù)據(jù)，研究人員可對(duì)冰區(qū)船舶輪機(jī)進(jìn)行科學(xué)合理設(shè)計(jì)。對(duì)于冰區(qū)船舶輪機(jī)的設(shè)計(jì)最早出現(xiàn)于基地附近國(guó)家，如俄羅斯國(guó)家由于長(zhǎng)期存有冰區(qū)，故要想實(shí)現(xiàn)對(duì)外的經(jīng)濟(jì)貿(mào)易，就需要設(shè)計(jì)出克服冰區(qū)的船舶結(jié)構(gòu)。之后隨著冰區(qū)航線的不斷發(fā)展，國(guó)際上也制定出了冰區(qū)船舶航行的基本船級(jí)要求與標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)不同冰區(qū)的厚度做了具體設(shè)計(jì)要求，也對(duì)冰區(qū)航行船舶的性能參數(shù)做出了具體規(guī)定，如在芬蘭冰級(jí)要求中，1A 冰級(jí)船舶航行冰區(qū)厚度數(shù)值不滿1 m，若冰區(qū)厚度超過(guò)1 m 則該冰級(jí)船舶的航行會(huì)存在很大隱患[1]。

此外，對(duì)于冰區(qū)航行的船舶推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)也有具體要求。為了對(duì)冰區(qū)船舶輪機(jī)進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，船舶相關(guān)推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)不僅要滿足基本使用性質(zhì)，還需要對(duì)船舶的建造成本進(jìn)行控制。考慮到冰區(qū)的全面性質(zhì)，船舶推進(jìn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可采用可調(diào)節(jié)的螺旋槳軸系統(tǒng)，選用該系統(tǒng)的主要原因包括：可調(diào)節(jié)螺旋槳在實(shí)際進(jìn)行操作時(shí)較為簡(jiǎn)單，對(duì)于常出現(xiàn)后退及停止操作的船舶適用性能相對(duì)較高，采用該系統(tǒng)的船舶可在1A級(jí)冰區(qū)進(jìn)行低速正常航行。針對(duì)超過(guò)上限要求的冰區(qū)，可調(diào)節(jié)螺旋槳系統(tǒng)可在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，如可在船舶的船尾部分加裝穩(wěn)定性能較好的螺旋槳，以此來(lái)提升船舶的航行適應(yīng)能力，降低船舶外界干擾，提升船舶的可操作性。

2 冰區(qū)航行船舶輪機(jī)設(shè)計(jì)基本標(biāo)準(zhǔn)探究

對(duì)于冰區(qū)航行船舶輪機(jī)的基本設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)主要表現(xiàn)在以下方面。

1）依據(jù)實(shí)際氣象組織對(duì)于海冰的基本命名標(biāo)準(zhǔn)，可得到極地航船的相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為：針對(duì)PC1 級(jí)極地航行船舶標(biāo)準(zhǔn)，可在一整年內(nèi)于極地水域進(jìn)行航行；對(duì)于PC2 標(biāo)準(zhǔn)極地航行船舶可在中度結(jié)冰的結(jié)冰區(qū)域進(jìn)行整年航行；對(duì)于PC3 標(biāo)準(zhǔn)極地航行船舶可在多年結(jié)冰的結(jié)冰區(qū)域進(jìn)行整年航行；對(duì)于PC4 標(biāo)準(zhǔn)極地航行船舶可在第一年厚結(jié)冰區(qū)域進(jìn)行整年航行；PC5 標(biāo)準(zhǔn)極地航行船舶可在第一年結(jié)冰區(qū)厚度處于中等區(qū)域進(jìn)行整年航行；對(duì)于PC6 標(biāo)準(zhǔn)極地航行船舶可在第一年結(jié)冰區(qū)厚度處于中等區(qū)域進(jìn)行夏和秋兩季航行；PC7 標(biāo)準(zhǔn)極地航行船舶可在第一年冰區(qū)厚度較薄區(qū)域進(jìn)行夏和秋兩季航行[2]。

2）在對(duì)冰區(qū)船舶輪機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)需要做到以下內(nèi)容：要先對(duì)冰區(qū)船舶系統(tǒng)和機(jī)械設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體設(shè)計(jì)還要復(fù)合實(shí)際航行的基本安全規(guī)定；船舶前端位置還需要安裝相應(yīng)的破冰設(shè)備，對(duì)于不同型號(hào)的單螺旋槳船舶，還需要針對(duì)性安裝補(bǔ)救裝置，以此來(lái)提升船舶航行出現(xiàn)故障的安全防護(hù)工作，降低基本損失。

3）在對(duì)冰區(qū)航行船舶輪機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，還需要對(duì)船舶的螺旋槳及傳動(dòng)裝置等進(jìn)行科學(xué)計(jì)算。由于螺旋槳和傳動(dòng)裝置等對(duì)于船舶的航行具有較為重要的作用，故進(jìn)行相關(guān)科學(xué)計(jì)算時(shí)要將相關(guān)影響因素考慮全面，依據(jù)不同冰區(qū)的冰層厚度等自然環(huán)境因素對(duì)沖擊力進(jìn)行計(jì)算，保證相關(guān)船舶的設(shè)計(jì)強(qiáng)度滿足基本要求，達(dá)到通過(guò)計(jì)算提升航行船舶安全性的目的。

4）由于冰區(qū)航行船舶在轉(zhuǎn)動(dòng)到最大距離時(shí)主機(jī)會(huì)處于啟動(dòng)狀態(tài)，故對(duì)于船舶的設(shè)計(jì)還需要滿足原動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的基本要求?？紤]到冰區(qū)的特殊情況，需要對(duì)航行船舶的設(shè)計(jì)增加加熱設(shè)備，便于船舶可在溫度較低的區(qū)域可及時(shí)啟動(dòng)應(yīng)急裝置，確保船舶能夠長(zhǎng)期處于安全穩(wěn)定狀態(tài)航行。此外，為了保證所添加加熱設(shè)備能夠正常啟動(dòng)，需要在設(shè)計(jì)時(shí)確保該設(shè)備可正常啟動(dòng)多次。

5）由于冰區(qū)船舶的穩(wěn)定性和安全性會(huì)受到相關(guān)輔助系統(tǒng)的影響，故在進(jìn)行船舶設(shè)計(jì)時(shí)還要對(duì)船舶的輔助系統(tǒng)和相關(guān)防護(hù)裝置進(jìn)行合理化設(shè)計(jì)，在保證船舶正常運(yùn)行的同時(shí)也可防止設(shè)備受到損壞。船舶的輔助系統(tǒng)包含破冰裝置，可便于除去船舶運(yùn)行所產(chǎn)生的冰塊，還需要對(duì)船舶的管道進(jìn)行防護(hù)，防止冰區(qū)的積雪等進(jìn)入管道造成堵塞現(xiàn)象[3]。

3 冰區(qū)航行船舶輪機(jī)設(shè)計(jì)的具體要求探究

在冰區(qū)航行船舶輪機(jī)設(shè)計(jì)要求中，芬蘭冰級(jí)規(guī)范設(shè)計(jì)要求主要表現(xiàn)為以下內(nèi)容：1）對(duì)于芬蘭冰級(jí)的IA Super 級(jí)別船舶航行不需要借助于破冰船，船體的基本結(jié)構(gòu)、發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率及船舶的基本設(shè)備和系統(tǒng)等都能保證其可正常航行，且可滿足冰區(qū)情況嚴(yán)重航行要求；2）對(duì)于芬蘭冰級(jí)的IA 級(jí)別船舶與IA Super 級(jí)別船舶航行基本相似，只是性能相對(duì)較低一點(diǎn)；3）對(duì)于芬蘭冰級(jí)的IB 級(jí)別船舶也不需要破冰船的幫助，只是船體的基本結(jié)構(gòu)等只能滿足中等冰區(qū)航行；4）對(duì)于芬蘭冰級(jí)的IC 級(jí)別船舶在不需要破冰船幫助的情況下基本性能只能滿足薄冰冰區(qū)的基本航行要求；5）對(duì)于芬蘭冰級(jí)的II 級(jí)別船舶的航行通常使用于敞開水區(qū)域航行，其推進(jìn)設(shè)備科保證船舶可在薄冰冰區(qū)進(jìn)行航行；6）對(duì)于芬蘭冰級(jí)的IIII 級(jí)別船舶的航行達(dá)不到冰區(qū)航行的基本要求[4]。

針對(duì)芬蘭冰級(jí)規(guī)范設(shè)計(jì)要求，冰區(qū)航行船舶的主機(jī)功率設(shè)計(jì)主要表現(xiàn)為：中間部分如IA、IB、IC 冰級(jí)區(qū)域航行時(shí)船舶的主機(jī)輸出功率要設(shè)計(jì)超過(guò)1000 kW，對(duì)于情況最好的冰級(jí)船舶設(shè)計(jì)主機(jī)功率則需要超過(guò)2800 kW。其次，對(duì)于冰區(qū)航行船舶的不同裝置設(shè)計(jì)，需要結(jié)合船舶航行的基本情況對(duì)其主要結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行設(shè)計(jì)，要做到嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行合理化設(shè)計(jì)，如對(duì)于螺旋槳的設(shè)計(jì)要考慮到船舶和冰層相撞情況需要承受的沖擊力，故不同裝置的設(shè)計(jì)還要結(jié)合適應(yīng)航行的冰區(qū)實(shí)際情況進(jìn)行計(jì)算。再者，對(duì)于冰區(qū)航行船舶的原動(dòng)機(jī)啟動(dòng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮到船舶遇見障礙物的特殊情況，為了保證處于特殊情況時(shí)船舶不出現(xiàn)停止航行，則需要對(duì)船舶的啟動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)具備充足的空氣容量，以此提升船舶的穩(wěn)定航行。最后，對(duì)于船舶的冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)還要注意到以下特殊情況：海水的進(jìn)口要放在船舯靠后位置；船舶的水箱設(shè)計(jì)要足夠大，要滿足基本長(zhǎng)期航行；水箱高度設(shè)計(jì)還要滿足基本要求，最好能夠浮于海上；海地進(jìn)水口的設(shè)計(jì)要保證橫截面積夠大。通過(guò)以上設(shè)計(jì)內(nèi)容確保船舶的冷水提供滿足航行要求。

4 結(jié)語(yǔ)

冰區(qū)航行船舶輪機(jī)設(shè)計(jì)要求研究具有較為重要的意義和作用，不僅可提升船舶在冰區(qū)航行的速率，還可確保冰區(qū)船舶的航行更加安全和穩(wěn)定?？紤]到不同區(qū)域冰區(qū)的自然情況不相同的情況，在對(duì)航行船舶進(jìn)行具體設(shè)計(jì)時(shí)要先對(duì)冰區(qū)的基本情況進(jìn)行科學(xué)了解，在依據(jù)所得到的冰區(qū)信息對(duì)船舶的各個(gè)系統(tǒng)和裝置進(jìn)行合理化設(shè)計(jì)。在已有的冰區(qū)船舶設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)冰區(qū)航行船舶的輪機(jī)系統(tǒng)、螺旋槳及傳動(dòng)裝置、相關(guān)輔助系統(tǒng)等的設(shè)計(jì)和計(jì)算進(jìn)行明確規(guī)定，故在進(jìn)行不同航行區(qū)域冰區(qū)船舶的設(shè)計(jì)時(shí)，要做到考慮特殊情況，嚴(yán)格依據(jù)相關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，保證船舶在相應(yīng)冰區(qū)的航行更加穩(wěn)定化[5]。