冰區航行船舶輪機設計的要求探析

楊文猛

（揚州亞華船舶技術開發有限公司，揚州225000）

?

冰區航行船舶輪機設計的要求探析

楊文猛

（揚州亞華船舶技術開發有限公司，揚州225000）

摘要：冰區船舶的輪機設計主要是保障主推進系統、消防系統等一些保障船舶安全運行的系統。它能夠使船舶在極度冰冷的環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冰極規范DNV規范和瑞典芬蘭冰區規則范相結合，簡單闡述一些關于冰區航行輪機設計的要求。

關鍵詞：冰區航行船舶輪機螺旋槳

引言

隨著世界經濟全球化的發展，海上工作越來越多，冰區航行的船舶數量也越來越多，尤其是油船數量最多。因此，石油的開采區域不斷向冰區發展。I ACS甚至在近期也發布了極低規范（POLAR CLASS）。可見，船舶冰極的設計越來越受歡迎。為了使船舶能夠在冰區正常行駛，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51 800 DWT成品油輪和化學品船為主要的敘述案例，在此基礎上進行研究探析，并將研究結果進行進一步闡述。

1 船舶航行技術的發展規劃

（1）航船技術的發展進步。在冰級地區，因常年嚴寒，導致海水結冰不化。氣象組織人員對此進行了具體探測，根據海水的結冰程度不一，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，說明結冰時間已經很長，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計規范的提出奠定了良好的基礎。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。在個人設計技術方面，海冰的厚度是影響船體結構的一大重要因素，對船體裝置的各個方面都有嚴格要求。舉例來說，根據芬蘭一瑞典冰級規則中對1A冰級的設計來說，這種設計在首年冰區域很實用，如果首年冰的厚度在0.78m左右最適合。

（2）冰區航行船舶主推進系統要求。為了符合冰區船舶主推進系統的具體要求，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、經濟適用性較好。在對冰區的船舶設計過程中，最好選擇調槳軸系使用。因為此種調槳軸益于操作，尤其適用于經常進行船舶倒退或者船舶停止等操作，特別是船舶在1A冰區低速航行時特別適用。如果想進一步優化設計，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）航行船的設計要求

（1）對極地冰級的介紹。具體資料顯示，I ACS在近期發布一則消息，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）系統的設計要求。對于系統的設計要求，主要有以下幾個方面：對系統的設計和機械設備的設計一定要滿足安全防護的具體要求；船舶的內部系統應該安裝除冰裝置；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沖擊力的大小來決定，具體需按照相關公式進行計算。

（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境下使應急電源裝置起動。這種加熱裝置應該保證在突發情況下至少自動啟動三次才可以。

（5）輔助系統設計要求。船舶的機械設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范的設計要求

（1）芬蘭瑞典冰級規則要求簡介。具體請描述見表2。

表2 芬蘭瑞典冰級規則

（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。針對船舶本身的結構，對其設計也有一定的規范。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冰塊力矩M來確定，同樣需要根據相關公式進行精確計算。

（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船舶暫停或者繞行等情況。在這一運行過程中，空氣啟動系統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）冷卻水系統的裝置要求。船舶安裝冷卻水系統，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冰級設計要求

（1）DNV冰規范與芬蘭瑞典冰級的比較。根據詳細資料，將DNV冰規范與芬蘭瑞典冰級進行比較，具體內容如表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，這樣的結果為我們以后的工作提供了便利，使得DNV規范的要求更加明確：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在船舶內部的邊壓載艙應該按照具體規則采取防護措施，船舶的溫度設計條件應該根據海水℃，空氣-10℃時最佳。③在冰帶的最下層，船舶的壓載艙內不安裝一個具有加熱功能的設備，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。以下內容就是通過以往的經驗，對51 800 DWT成品油輪在運行時和在對其設計時的情況進行闡述。

（1）船舶相關裝置設計。船舶的主機設計也有一定的范圍。一般要求，0%～100%SMCR之內不允許有轉速禁區出現。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）冷卻水系統的安裝。根據船舶系統本身的需要，工作人員安裝了冷卻水系統，主要任務就是船舶航行到冰區時起到冷卻的作用。

6 總結

主要闡述船舶設計的一些規則以及針對船舶航行時提出的具體規則。在當今世界上，大部分船級社制定的相關規則多是針對冰區的具體要求決定的，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容與具體設計要求，希望對以后的船舶輪機設計有所幫助。

參考文獻

［1］鄧樹奇.我國的海冰災害及其防御對策［C］.全國沿海地區減災與發展研討會論文集，1991：339.

［2］楊玉祥.介紹懸鏈計算新方法及港口單錨泊穩定分析［J］.水運工程，2005，（1）：35.

［3］丁德文.工程海冰學概論［M］.海洋出版社，1999：15-88.

［4］柳春圖，段夢蘭.海冰工程中的結構力學問題［J］.機械強度，1995，（9）：10.

［5］李志軍等.渤海海冰工程設計特征參數［J］.海洋工程，2002，（2）：62.

［6］陳世才等.一種拋錨出鏈長度的計算方法［J］.大連海事大學學報，1998，（8）：45.

［7］樂章燕等.2005年渤海海冰冰厚熱力增長特征實驗的個例研究［J］.氣象科學，2008，（S1）：26-30.

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