惡劣海況下船舶主機的工況影響與分析

左紅穩 劉昕 趙天翔

摘 要：艦艇在海上長時間航行，有時經常會遇到惡劣海況的影響，由于航速和主機負荷易發生變化，船舶主機工作變得很不穩定，往往要經受較為嚴峻的考驗。如何對主機進行正確的操縱管理，確保動力安全可靠是機電部門的一項重要任務。該文著重分析了惡劣海況下風浪對船、機、槳的負面影響，就主機在惡劣海況航行中如何進行管理使用提出了自己的幾點個人看法。

關鍵詞：惡劣海況 主機 操縱管理

中圖分類號：U66 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）01（c）-0093-03

艦艇長期在海上航行，由于海上各處海域情況復雜，氣象條件多變，船的運動阻力隨之不斷變化，這會給艦艇航速和主機負荷帶來影響，使船舶主機工況發生相應改變，引起艦艇航速和主機負荷發生變化，比如在淺水區航行、窄水道航行以及惡劣海況航行時（船舶船體外表面變化形成污底也會增加運動阻力）都將引起主機工況的變化。以蒸汽作為動力的艦艇，還會影響到主鍋爐工況的變化。

1 惡劣海況船舶航行的特點

艦艇在惡劣海況航行中的基本特點是：由于風浪的不斷沖擊，使得船體激烈震蕩，搖擺起伏不定，航行的阻力較一般海況中的航行阻力大為增加，船舶機槳工作不穩定，效率大大下降。這可以通過船槳機的配合特性——螺旋槳的推進特性曲線來分析。

如圖1所示，船槳機的配合特性在正常情況下是圖中的曲線I所示，但是船舶的航行條件常常是變動的，在超載、污底、頂流、惡劣海況等情況下會出現“槳重”；而在輕載、順風、順流等情況下會出現“槳輕”。螺旋槳的進程比隨之發生變化，特性曲線會偏離標準情況.惡劣海況海況中，螺旋槳的推進特性隨時都在變化，輕槳和重槳的情況都會發生，只不過重槳的特征更加明顯。

（1）重槳工況。當船在惡劣海況中航行時，由于航行阻力增加，船速降低，螺旋槳的進程比值減小，螺旋槳推進特性曲線由I轉為II。此時特性曲線離開了設計條件，推進效率下降。主機由于受額定扭矩的限制，其工作點只能沿著額定外特性曲線由a移至b點，轉速被迫下降，發不出額定功率，而且工作條件惡化，主機效率下降，這時船速明顯下降。

（2）輕槳工況。在惡劣海況航行中也會遇到出現槳輕的時候，象螺旋槳露出水面的主機工況，這時候的螺旋槳處于輕載狀態，這時就是“輕槳”工況。處于“輕槳”工況狀態中的螺旋槳，其推進特性曲線由I轉為Ⅲ。如果主機額定供油量保持不變，則工作點a將沿額定外特性線1移至c點，此時主機的功率和轉速都大于額定值，使主機的機械負荷和熱負荷增加，而處于超負荷狀態。由于主機受到額定轉速的限制，被迫減少供油量，使主機在部分特性下運轉，如圖中的e點所示。這時，主機轉速減至額定值，但主機功率卻大大低于額定值。因此，船舶機槳性能下降，主機額定功率不能充分利用。螺旋槳露出水面過多，要防止主機飛車事故發生。

2 惡劣海況帶來的不良影響

惡劣海況對艦艇航行以及對機、槳的影響大致可以從以下來分析。

當天氣惡劣，風浪增大時，船舶由于受風和浪的不良影響，船體縱向起伏和橫向搖擺都會十分的劇烈，這會給船機槳帶來一系列的不良影響。

（1）由于船舶的上下顛簸起伏使螺旋槳時而入水很深，時而接近水面，有時還露出水面，使螺旋槳的推進效率大下降，螺旋槳的吸收功率也很不穩定。

（2）主機由于受螺旋槳的影響，其負荷發生急劇變化，使其轉速產生很大的波動，主機的穩定性大大降低。

（3）軸系由于受船體搖擺以及螺旋槳推力與阻力矩周期性變化的影響，其回轉可能產生不均勻而振動加大，影響到軸承、支點軸承發熱和船艉抖動和震動。

（4）油水管系受搖擺和振動的影響，很容易出現故障。如海底門露出水面，油柜沉淀物浮起來堵塞過濾器，閥門被振松，管道被振裂等。這些都將影響主機及所屬設備的正常工作，甚至于發生自動停車，釀成事故。

由上可見，船在惡劣海況中航行時，風浪越大，則艦艇航行阻力越大，推進特性曲線就越陡，這在螺旋槳的推進特性曲線上可以明顯看出來；風浪越大，則艦艇的阻力的變化也就越大，推進特性曲線隨時都在發生變動，甚至于還會出現一會兒重槳，一會兒輕槳的情況；風浪越大，則機槳發生故障的可能性也大大增加。所以，在惡劣海況航行，工況復雜多變，必須切實加強主機的管理，以確保惡劣海況航行中的船舶安全。

3 惡劣海況航行中對主機管理的幾點參考意見

3.1 加強航行前的準備工作

艦艇在海上航行，對前面海面上的天氣情況做到提前預知尤其顯得重要。管理人員應著重抓好對動力裝置技術狀態的檢查。如檢查調整各部間隙、各個閥件的靈活度、各種定位和各系統的完整性；檢查各輔助泵體的工作狀態是否良好；檢查緊固各種固定螺栓；檢查各管路接頭及軟管連接是否牢固可靠；檢查調速器動作是否靈活等。

3.2 航行中對主機的管理

（1）限制主機的最大供油量。在惡劣海況航行中，船主機的供油量應控制在額定值以下，使主機按適當的部分外特性運行，以防在螺旋槳負荷多變的情況下，配合工作點越出允許使用范圍。對此，一般規定有最高轉速限制N≤0.8～0.85 nh，可作為控制主機供油量的基本依據。該船帶可調推進裝置，通常情況下主機使用聯控方式操縱，可在PCU工作站內對負荷進行限制在85%以內即可，此時供油齒條為46 mm。以此防止主機超負荷運行和“飛車”事故的發生。

（2）加強巡視檢查。要經常注意檢查各輔助泵的工作情況和防松防漏，應盡量將狀態好的泵體和系統投入使用，防止因泵體損壞或者管路泄漏而影響主機的正常工作而導致停機停航，輔助設施設定在互備狀態，對各種檢查遇到的可疑情況均應及時處理；惡劣海況航行中由于艦艇阻力變化大，螺旋槳的工作情況惡劣，對主機的推力軸承和齒輪箱軸向位移都會有較大影響，要定期檢查與之相關的工作參數是否正常。

（3）保持油位，合理使用裝備和系統。要定時檢查重力油柜及滑油、燃油柜的油位及使用情況，經常保持在規定的刻度范圍內，防止因搖晃而漏泄或形成假油位；應合理使用油水系統，油水、過濾器及管系要盡量一個一個地投入工作，以便在故障情況下可以轉換使用；各海底門轉換為低位使用，以防進入空氣影響冷卻水循環。

（4）消除共振現象。共振現象是機器在運轉中經常容易遇到的情況，這種現象在故障不明顯及環境噪聲較大的情況下往往不易引起注意，而共振對設備的危害是十分大的，惡劣海況中由于波浪的干擾極易引起船舶共振和設備共振，對主機而言，應注意監聽主機設備特別是大軸的運行情況，一旦出現共振現象，及時更改螺距，轉移共振頻率，消除共振。

（5）及時抽除艙底污水。防止因艦艇搖擺激蕩艙底水影響底層泵電機運行及電路正常工作。所有備用設備應處于備便狀態，一旦有損壞設備出現，備用設備可以立刻投入使用等。

4 結語

船舶航行在大海上猶如一葉扁舟，惡劣海況將會給船舶的安全性和可靠性帶來了極大的威脅，遭遇惡劣海況時，船舶航行會受到干擾，引起設備運行異常。這種情況下，如果采取的應對措施不及時、不準確，將會引起人身和財產的巨大損失，造成重大影響。所以作為航海人，必須明確掌握惡劣海況下船舶航行的特點難點，清楚認識惡劣海況會給船舶帶來的巨大威脅，并且努力提高自身應對惡劣海況時船舶運行異常的應急處置能力。

參考文獻

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