極地科考船全回轉推進器受損原因及預防措施

張士中

【摘 要】 為降低帶有全回轉推進器和動力定位（DP）功能的船舶在極區航行時的風險，分析某科學考察船在極地作業過程中螺旋槳受損的實際案例，結合后期管理效果，提出以下措施：加強值班瞭望;及時取消DP功能，恢復手動操縱;單車受損時，利用推進器的“懸停”功能克服水渦輪作用于螺旋槳上的力以保持螺旋槳相對平穩，減輕振動。在兩極海域航行的船舶應充分考慮極地條件的特殊性，對可能遇到的問題做好預案，確保船舶的安全和科考作業的順利完成。

【關鍵詞】 極區航行;電力推進;全回轉推進器;冰區避碰;動力定位（DP）

0 引 言

隨著我國綜合國力的持續提高及國家對極地科考的高度重視，越來越多的極地考察工作在有條不紊地推進著，已形成了明確的極地考察序列，所取得的科研成果也在逐年豐碩。特別是十九大以來，隨著一批先進科考船的入列，我國極地科考水平達到了一個前所未有的高度。截至目前，自然資源部已經組織開展了35次南極科學考察及10次北極科學考察，取得了令人矚目的科研成果。但是，科考船管理方面的不足，會給極地科考帶來安全隱患。本文以某科考船在極地考察時遇到浮冰損壞吊艙螺旋槳為例，分析船舶在極地考察時所面臨的極端情況及應采取的預防措施，為極區航行船舶提供參考。

1 船舶基本情況

科考船承擔著為國家海洋科學綜合調察，海洋動力環境、地質環境、生態環境、海底資源、能源、國防安全、減輕自然災害等重大海洋科技問題提供技術支撐保障的任務，同時為我國參與國際重大海洋研究計劃和增強我國海洋科技在國際海洋研究中的影響提供先進的探測研究平臺。

科考研究工作力求嚴謹，對采樣位置要求精確，這就需要科考船具備很好的機動性和可靠性。20世紀80年代，為了滿足船舶在破冰條件下運行時具有更好的機動性和可靠性的需要，吊艙式全回轉電力推進器應運而生。

某科考船是我國遠洋科學綜合考察的主力船舶之一。該船是一艘球艏長艏樓型、B3級冰區加強型鋼質特殊用途船舶。無人機艙位于船中略偏后，配有雙艏側推系統、吊艙式電力推進系統（兩套）和動力定位系統（DP）、綜合導航定位系統。該船配有3臺瓦錫蘭W8L26柴油機，2臺ABB C00980型全回轉吊艙，吊艙螺旋槳可正反旋轉。

2 事故經過

極地考察一般選擇在夏季，此時當地氣溫上升，冰情較輕，但極地氣象條件比較惡劣，氣旋生成非常快，在此作業的船舶經常需要到錨地避風。

該船配有DP1，又考慮到避風錨地底質不利于拋錨，有走錨風險，因此采用DP功能，設定DP為原地抗風。當晚23：48左右，機艙柴油機突加負荷振動，主發電機負荷由原來的800 kW迅速上升到1 900 kW，取消DP功能改為手動操作后功率恢復正常。經過全面檢查，各油艙、水柜液位正常，有大約10 m3的冰塊被擠壓到船上左后甲板導致左后舷護欄損壞變形、舷燈損壞。第二天天氣好轉后再次檢查后發現，各油艙、水柜正常，發現左舷撞冰山處船體有明顯凹陷，加速試車發現左推進器螺旋槳轉速超過120 r/min時振動加大，200 r/min以上振動劇烈，反轉試車振動情況類似，右車正常。初步判斷為左推進器螺旋槳擊打水下冰山到產生變形，發現推進器水下各密封空間有少量進水，放殘后正常。靠港后由專業船舶檢驗機構通過水下檢查發現左推進器螺旋槳一個槳葉的梢部有面積約30 cm ？60 cm向內折的變形，折角約60埃平髏芊獯ξ醇饗砸斐！W酆掀攔籃蠹毯醬穩撾竇按白純觶齠ǖコ翟誦型瓿珊笮瓶既撾瘛？

3 航行中遇到的問題

全回轉推進器由于采用吊艙設計而具備比常規推進器更高的敞水效率，加之其靈活的操縱性，對阻力較大的船型來說是一個很好的選擇。該船采用雙推進器設計，即使一推進器艙損壞，單獨使用另一推進器船舶也可達到12 kn的經濟航速。按照推進器設計制造廠家給出的事故處理方案，采取左推進器斷開總電源開關，讓其自由旋轉，以防止螺旋槳向電網饋電。在航行時發現，當航速超過10 kn或逆水水流速度太大時，左推進器振動增大。檢查后發現，螺旋槳軸密封處有滲水，左推進器電氣絕緣性能下降。

4 問題分析

（1）造成螺旋槳受損原因。由于當時采用DP原地定位功能，當船舶受到外力發生移動時，DP系統就會根據船舶所受外力的矢量大小對4個推進器（2個船尾吊艙和2個船首側推）下達指令，輸出一個合力來抵消外力。事發時正值午夜，又是交接班時間，值班人員疏于瞭望，從船舶左后方漂來的巨大浮冰直接撞碰上船體尾部。因海冰密度較大，水面以上的浮冰只是1/10左右的體積，而本推進器螺旋槳為拉力槳（螺旋槳朝向船首方向時，產生向前的推進力），當左舷受力時，螺旋槳會轉向左舷方向，此時螺旋槳與左舷舷側板的距離變得很小，水下部分的浮冰就會直接與螺旋槳接觸。由于南極水域的浮冰大多是多年老冰，其硬度堪比鋼鐵，高速旋轉的螺旋槳打到浮冰后致使螺旋槳葉受損變形。

（2）螺旋槳振動原因。推進器槳葉受損后，螺旋槳的質量分布失去平衡，導致重心不在其回轉中心線上，當轉速達到120 r/min時，不平衡力達到一定程度，推進器振動增大，無法正常運行。

（3）航速超過10 kn或逆流水速過大時振動加劇原因。在航速超過10 kn或逆流水速過大兩種情況下，故障螺旋槳處于自由狀態，由于水渦輪的作用，螺旋槳被周邊高速流動的水帶動而產生旋轉，當水流速度達到一定值時，受損螺旋槳轉速接近200 r/min導致不平衡力過大，推進器產生劇烈振動。

5 事故預防及處理

（1）極地天氣變化極快，有時在數小時內即可生成極地氣旋，風速常常達到50 m/s以上的超級強度;極地海域的濃霧生成快、濃度大，能見度極低，對極地航行船舶的駕駛臺值班人員的要求非常高，稍有疏忽就可能發生重大事故。加強值班必須采取有強有力的監督手段，在避風前也應要求值班駕駛員加強瞭望，建議采取不定期巡查、視頻監控等手段確保當班人員有效瞭望。

（2）在使用DP時，如遇到疑似撞上浮冰的情況，要立即取消DP功能，改為手動操作，避免DP系統自動輸出動力來抵抗浮冰而損傷船舶。本案例中，從撞上浮冰到取消DP功能時隔近20 min，在此期間主推進系統一直在輸出多出正常功率 kW左右的功在克服浮冰的外力。這是造成螺旋槳受損的直接原因。

（3）接通受損推進器電源，恢復推進器正常功能，但要將操縱手柄放到“零”位。當周邊水流速度由于水渦輪作用欲帶動螺旋槳旋轉時，利用推進器的“懸停”功能，保持螺旋槳零轉速不變。此時應注意逆流水流流速及對船速的控制，輸出功率不可超過推進器“懸停”時所能克服的最大功率。

6 結 語

隨著科研精度要求的提升，擁有全回轉推進器及DP功能的船舶已成為極地科考船的必備條件。然而這種船舶因起步較晚，管理不夠成熟，船舶管理人員應充分考慮到極區航行的特殊性，做好各種預防方案和應急預案，確保科考船的安全航行及各項科考工作的順利完成。