冰區航行船舶輪機設計的要求淺談

夏東蕊 趙玉磊

摘?要：針對冰區船舶輪機進行設計的主要目的是提高船舶主推進系統與消防系統等一系列保障船舶能夠安全穩定運行的系統的可靠性。對冰區船舶輪機進行科學設計提高船舶在低溫條件航行的穩定性，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/化學品船輪入級I?CE-1A具體案例，并綜合考量I?ACS冰極規范、DNV規范、瑞典芬蘭冰區規則等，提出自己的了解，并闡述冰區航行船舶輪機設計的要點。

關鍵詞：冰區航行;船舶輪機;螺旋漿

隨著世界經濟全球化聯系越來越密切，以及一帶一路戰略的快速推進和石油開采的主要區域像北極的冰區發展，海上運輸已經成為當前世界運輸的中堅力量，為了提高運輸效率，節約運輸時間，冰區航行的船舶數量快速增加，因此針對冰區船舶輪機設計越來越有必要，這對提高冰區航行船舶的安全性和穩定性非常重要。在這一背景下I?ACS也針對性的發布了極地航行規范（POLAR?CLASS）。由此，我們可以了解到船舶輪機的設計越來越受到重視。為了保證船舶在冰區的正常航行，相關研究者制訂了很多標準，這給船舶在冰區航行進行了硬性要求，很好的約束了船舶。筆者在本文結合51800DWT船舶的特點，根據自己的經驗對冰區船舶輪機設計進行分析，下面為主要內容。

一、船舶航行技術的發展規劃

（一）航船技術的發展概述

高緯度地區，受到陽光的照射時長較短的限制，導致這些地區的氣溫常年低下，部分地區甚至常年結冰。氣象研究人員對不同區域進行綜合分析后，根據結冰厚度，將冰區進行劃分。其中，厚度相對薄的冰區叫做首年冰，這一定義表示該冰區結冰的時長比較短暫，冰層的厚度也比較薄;除此之外，還有一種與薄冰相對厚的冰層被稱之為多年冰區，該冰區冰層不容易融化，冰層厚度超過三米。這些冰區資料的出現都給冰區船舶航行輪機的設計提供了良好的設計依據。

對于冰區船舶輪機設計，有些處于極地附近的國家很早就已經接觸，比如俄羅斯。俄羅斯大部分國土常年被冰區覆蓋，想要發展全球貿易就要求船舶能克服冰區的極端條件航行。俄羅斯海事局是世界最早分析，研究冰區船舶輪機設計的機構。隨著冰區航線重要性的凸顯，國際相關組織為了保障冰區航行船舶的安全出臺了針對冰區航行船舶的航行標準——《極地船級要求》。由于這一標準填補了冰區船舶航行的空白，非常受到造船界的歡迎。對于冰區船舶輪機的設計而言，冰區冰層的厚度是影響設計參數的重要因素，不同冰區航行的船只其參數很多都不一樣。結合實例來看，在芬蘭與瑞典的冰級規則中，對1A冰級的標準下的船只適合在冰層厚度為0.78m的首年冰區域航行，超過這個數值則有隱患。

（二）冰區航行船舶主推進系統要求

在對冰區船舶進行輪機設計時，就船舶推進系統而言，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，同時要保證性能。結合冰區船舶航行的特點，我們在進行船舶主推進系統的設計時最好采用可調螺旋槳軸系統。這是因為，可調螺旋槳軸操作簡單，適用于經常進行倒退或者停止等操作的船舶，尤其適合船舶在1A冰區低速航行。如果要想進行設計優化，讓船舶在超過上限的冰區也能正常航行的話，在設計時應該在船舶尾部安裝一套穩定的螺旋槳。這樣，不僅提高航行適應性，抗干擾能力，還能提高操作性。

二、對于極地（POLAR）航行船的設計要求

（1）極地冰級的介紹。從網上查閱I?ACS近期發布的資料可以知，極地航船的標準如表1所示：

（2）系統的設計要求。對于冰區船舶輪機系統的設計有如下幾個要求：首先是針對系統與船舶機械設備的設計，這兩方面的設計工作一定要滿足船舶在冰區航行中的安全保護要求。因此，我們可以在船舶前端安裝破冰裝置，針對PCI～I?J?PC5的單螺旋槳船舶，還要有針對性地安裝補救設備，以防船舶在冰區航行過程中發生系統故障，使船上的工作人員能夠進行安全防護和補救。

（3）對冰區船舶的螺旋漿、軸系和傳動裝置計算。由于螺旋槳、軸系及傳動裝置是船舶航行的重要設備，因此，針對這些設備的設計時我們要充分考慮到螺旋槳與冰塊的碰撞，根據不同冰區的冰層厚度來計算螺旋槳與冰塊的沖擊力，在不同等級冰區航行的船舶，其螺旋槳的強度不一樣，因此計算一定要具有針對性，這一設計對冰區船舶航行的安全性有密切聯系。

（4）對于原動機的起動的設計規則。當船舶螺旋槳轉動到最大的螺旋距離時，船舶的主機就會啟動。結合這一情況我們在進行冰區船舶設計時要給船舶加裝加熱設備。這樣設計的目的是方便船舶在冰區的極端環境中順利的啟動應急電源設備。為了保證船舶的安全穩定，我們必須保障船舶的加熱設備能夠啟動三次以上。

（5）冰區船舶輔助系統設計要求。除了保證設備的安全可靠以外，我們還要給船舶的機械設備設計一系列的防護裝置，這樣做的主要目的是避免設備在前進過程中被損壞。同時還要給船舶安裝除冰裝置，因為船舶長時間的冰區航行會產生冰積累，要及時去除。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工作，避免冰塊或者積雪進入造成管路堵塞。

三、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。

（2）對冰區航行船舶主機功率設計要求。結合實例我們可以了解到，對于IA、IB、IC冰級航行船舶的主機輸出功率應該在1000kW以上，而對于I?A?Super冰級航行的船舶其主輸出功率應該保持在2800kW以上。

（3）對冰區船舶輪機各個裝置的具體設計要求。結合冰區船舶的主要結構和船舶的功能，我們在設計過程中也要按照一定的標準進行。在對螺旋槳進行設計時，要充分考慮船舶與冰層的沖撞時，螺旋槳所承受的沖擊力，并根據冰塊厚度進行精確計算。

（4）冰區航行船舶原動機的起動設計要求。船舶在冰區航行時，經常會因為遇到障礙物導致船舶的航行被迫終止或者被迫繞行的特殊情況。當出現這一問題時，船舶啟動系統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，從而保證船舶在冰區的正常航行。

（5）冰區船舶冷卻水系統的裝置要求。冰區船舶輪機中的冷卻水系統的主要功能是給船舶的冷水供給提供便利。針對這一情況，我們在進行設計時要注意以下幾點：①把海水的進口布置在船舯，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，便于海水進入等。

四、總結

本文主要闡述的是冰區船舶航行輪機設計的一些規則和船舶在冰區航行時提出的部分規則。結合當下世界造船業的發展可知，目前很多船級社出臺的規則大部分都是針對船舶在冰區航行所提出的，雖然規則是由各個不同的機構制定，但是大部分內容是一致的。因此，針對不同等級冰區船舶的設計我們一定要密切聯系實際情況和各個規則，從中找到最合適的解決方法。本文大部分內容都涉及到冰區船舶輪機的設計要求和具體內容，希望對各位同仁有幫助。

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（12）.

[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）.

[3]丁德文.工程海冰學概論[M].海洋出版社，1999.

[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）.

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

[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）.

[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）.