特殊工況下海洋石油船舶主動力推進裝置狀態分析

侯 強，張 輝

（中國石油集團海洋工程有限公司船舶事業部，天津 300451）

特殊工況下海洋石油船舶主動力推進裝置狀態分析

侯 強，張 輝

（中國石油集團海洋工程有限公司船舶事業部，天津 300451）

海洋石油行業船舶使用中常遇到一些特殊工況，如頻繁的起拋錨作業、淺水中航行、大風浪中航行、急轉彎航行以及主機超負荷運行。針對這些工況，文章分析了主動力推進裝置相應的工作狀態，提出了解決問題的措施，以提高主動力推進裝置的使用效率和延長其使用壽命。

海洋石油；船舶；推進裝置；故障；特殊工況

0 引言

船舶主機是船舶的推進動力源，其可靠性、使用壽命和經濟性是首要關注的。海洋石油行業船舶的工作狀況和一般的遠洋船舶有著很大的不同，本文對特殊工作狀況下石油行業船舶主機核心部位的工作狀態進行分析，以便加強使用和管理，保障主機穩定可靠的運行，延長主機的使用壽命。

1 海洋石油行業船舶使用中的問題

目前海洋石油行業船舶大多具有雙車雙舵的功能，操縱性能好，靈活機動性強。由于行業作業的要求，例如靠離平臺、起拋錨等，船舶正車倒車使用頻繁，在此工作狀況下主機往往不能穩定速度運轉，負荷變化幅度大，起停頻繁。而且船舶經常在淺水區域作業，冷卻用海水質量較差，容易造成冷卻器的結垢和臟堵，影響冷卻效果，設備的故障率增高。

2 各種特殊工況下主動力推進裝置的受力狀態及使用管理

2.1 船舶進行起拋錨作業

2.1.1 工況簡介

起拋錨作業時主機運轉的主要特點是正車、倒車頻繁，負荷變化幅度大，而且作業持續時間相對較長。主機在此工況下處于不停加速降速、進車倒車狀態，曲軸連桿等主要力傳動裝置受力不穩定，瞬時受力有時會很大，這對設備的可靠性是一個嚴峻的考驗。

2.1.2 簡單的受力分析

主機運轉時，曲柄連桿機構上作用著周期性的氣體力Fg和慣性力，它與汽缸氣壓Pg和活塞的頂部面積Sg有著下面的關系：

Fg的一個變化周期為柴油機的一個工作循環，方向延汽缸中心線向下。

慣性力有：活塞往復運動所產生的往復慣性力，曲柄不平衡回轉質量回轉運動所產生的慣性力。慣性力主要與運動部件及運動時的加速度有關。

氣體力和往復慣性力的合力F作用在汽缸中心線連桿小端處，它在活塞銷處分解成一個垂直于汽缸壁的力 （側推力）和一個沿連桿中心線的力 （連桿推力）。

2.1.3 實際運行中可能出現的故障

拋錨作業、正倒車使用很頻繁，此時如果用車粗暴，過快的加減油門，會造成瞬時力較大，合力F變大，產生的側推力和連桿推力也變大。長期如此操作會加劇汽缸壁的磨損，加大了對連桿的推拉力和對曲軸的扭矩，容易使汽缸壁、連桿、曲軸出現疲勞，而且突然的負荷變化會造成燃燒不良等連鎖反應，從而縮短設備的使用壽命。

這種工況下，駕駛臺對主機的操縱起著至關重要的作用，用車時不要粗暴；機艙管理人員要加強對主機的監控，在滿足設備的維護要求的情況下，盡量多地對主機進行保養，包括加強油底殼滑油雜質的分離和補充以及油質化驗等。

2.2 主機超負荷運行

2.2.1 工況簡介

主機在超速超負荷工作時，由于轉速過高，進氣效率降低，新鮮空氣相對減少，汽缸內的溫度升高，加之負荷大，噴入汽缸內的油量增多，燃燒后放出的熱量更大，使汽缸工作在較高的溫度條件下。

2.2.2 工況分析及管理

主機在超速超負荷工作時，汽缸蓋、汽缸、活塞、活塞環等機件溫度升高，會降低機件的機械強度，導致傳熱不好。局部高溫，容易造成活塞在汽缸中咬死。由于轉矩增大，機件受力增大，機械應力增加，機器振動加劇，因而增加了機械摩擦，潤滑油溫度升高，黏度降低，潤滑性能變壞，加快了機件的磨損。此時要加強潤滑，適當提高潤滑壓力，增加循環油量；同時嚴格控制潤滑油的冷卻，使潤滑油的溫度不超過規定溫度，以免喪失潤滑性能和氧化變質。

在此種情況下，冷卻是很重要的一項管理，應加強冷卻，盡量使這些主要運動部件的溫度不致過高，在管理中要嚴格控制主機的排氣溫度和相對提高冷卻水溫度。冷卻水溫度的提高，可以減少被冷卻機件的內外溫差，應力不致過大而造成機件裂紋。但在提高冷卻水溫度的同時，需要加強冷卻水的循環，使汽缸中的熱量盡快散發出來，以免機件過熱。

在非特殊情況下，盡可能避免主機的超負荷使用。

2.3 船舶航行的情況

2.3.1 船舶在淺水域航行時主機的管理

船舶在水中航行時必然產生摩擦阻力、形狀阻力和興波阻力等。船舶由深水進入淺水時，其阻力相對增大，這是因為淺水深度的限制，流經船兩側的水流阻力增大，沿著船身的壓力變化也增加了，導致了摩擦阻力和興波阻力的增加。

船舶在深水航行時，興波的水運動不受限制，但在淺水中航行時水運動受到限制，從而改變了興波的結構，興波阻力隨之增大。因此，若船舶航行速度相同，則在淺水航行時，主機負荷將較大。因此船舶在進入淺水航行前應降低速度，以防止超負荷。甲板部的駕駛員應適當降低航速。

2.3.2 船舶在大風浪中航行時主機的管理

船舶在大風浪中航行時會出現前后左右搖擺和起伏現象，使船舶阻力增加、速度減慢，嚴重時還會使螺旋槳出水飛車或吃水過深，這時的螺旋槳處于不穩定狀態，使主機的負荷急劇變化，螺旋槳的推力和轉矩也隨之發生周期性變化，容易引起軸系的振動。為了避免在大風浪中航行時主機超負荷，最好讓主機在不超過額定負荷下工作；同時注意日用油柜的放殘，由于船舶的搖擺，起浮的沉淀物有可能堵塞系統，如有發生要及時排除。

2.3.3 船舶在轉彎航行時主機的管理

船舶在航行時經常有急轉彎的情況，此時船體所受阻力較直線航行時大大增加。三用工作船多為雙機雙槳船，情況尤為特殊。當兩個螺旋槳工作在斜流時，處在不同的水流速度之下，雖說兩個槳都在推動著船體前進，但他們各自的負荷是不同的。例如，船體左轉時，左邊槳的負荷就大，右邊槳的負荷相對就小；船體右轉彎時，右邊槳的負荷就大，左邊槳負荷相對就小。這是因為螺旋槳處于不同水流速度的結果，水流速度大，螺旋槳受到的負荷就小；水流速度小，螺旋槳受到的負荷就大。當然也取決于舵角的大小，舵角大，螺旋槳受到負荷就大；反之就小。

上述可見，船舶在轉彎航行時，主機容易超負荷運轉，因此船舶在轉彎航行時駕駛人員應適當降低速度，以保證主機不出現超負荷運轉。

3 結束語

三用工作船與普通的遠洋輪船的工作狀況有很大的不同，加強科學的輪機維護與管理，這是降低設備故障率最有效的途徑。船長和駕駛員應當對主動力推進裝置尤其是主機的合理使用要有一定的了解。

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Master Power Propulsion Unit of Petroleum Ships in Special Working Conditions

HOU Qiang（Ship Division of China National Petroleum Offshore Engineering Co.,Ltd.,Tianjin 300451,China）,ZHA

Petroleum ships often meet some special working conditions such as frequently weighing and dropping anchor,sailing at shallow waters or on heavy sea,taking a sudden turn and overloading operation of master propulsion unit.According to these working conditions,this paper analyzes the corresponding working states of the master power propulsion unit and offers related measures in order to raise its application efficiency and prolong its service life.

offshore petroleum;ships;propulsion unit;fault;special working condition

TE951

B

1001－2206（2011）增刊－0083－02

侯 強 （1983-），男，山東青島人，助理工程師，2008年畢業于天津理工大學輪機工程專業。

2011-08-10