減搖鰭、減搖水艙在惡劣海況救助中的應(yīng)用

北海救助局 周元波

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減搖鰭、減搖水艙在惡劣海況救助中的應(yīng)用

北海救助局 周元波

摘要：針對(duì)惡劣海況對(duì)專業(yè)救助船舶迅速出動(dòng)及現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的不利影響，結(jié)合實(shí)際救助作業(yè)體會(huì)，探討新型救助船舶減搖鰭和減搖水艙的組合使用方法，創(chuàng)造相對(duì)平穩(wěn)的救助作業(yè)環(huán)境，保證救助船舶快速抵達(dá)、安全作業(yè)，提高救助效率。以“北海救117”輪的減搖裝置為例，分析裝置的組成、工作原理和錨泊、航行、現(xiàn)場(chǎng)救助作業(yè)等幾種狀態(tài)下的船舶減搖方法和效果，以實(shí)現(xiàn)合理應(yīng)用減搖鰭和減搖水艙，改善航行與救助作業(yè)環(huán)境，達(dá)到科學(xué)救助、安全救助的目的。

關(guān)鍵詞：專業(yè)救助；減搖鰭；減搖水艙；科學(xué)救助

進(jìn)入新世紀(jì)以來，我國(guó)海洋事業(yè)取得長(zhǎng)足進(jìn)步，生產(chǎn)方式日益豐富，船舶制造技術(shù)發(fā)展突飛猛進(jìn)。海洋運(yùn)輸、油氣勘探開發(fā)、海洋漁業(yè)、沿海養(yǎng)殖、私人游艇等涉海產(chǎn)業(yè)均呈現(xiàn)出井噴發(fā)展態(tài)勢(shì)。與此同時(shí)海洋環(huán)境、海上生命財(cái)產(chǎn)所面臨的風(fēng)險(xiǎn)也日益嚴(yán)峻。自2003年救撈體制改革以來，海上救助力量實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展，專業(yè)救助船舶基本實(shí)現(xiàn)了更新?lián)Q代，在提高功率的同時(shí)也完善了裝備，凸顯了國(guó)家對(duì)保護(hù)海洋環(huán)境、保護(hù)海上生命財(cái)產(chǎn)安全的重視。新型專業(yè)救助船舶服役以來，經(jīng)歷了大風(fēng)浪的考驗(yàn)，取得了卓有成效的成績(jī)。

一、中國(guó)主力救助船舶減搖方式簡(jiǎn)介

（一）中國(guó)救撈系統(tǒng)主力救助船舶介紹

目前，9 000 kW專業(yè)救助船是我國(guó)救助系統(tǒng)中的主力船型，近10年來在海難救助當(dāng)中發(fā)揮了重要作用，其性能得到充分的考驗(yàn)。該型救助船舶均裝配有兩臺(tái)瓦錫蘭9L32型主機(jī)、兩臺(tái)軸帶發(fā)電機(jī)、三臺(tái)艏艉側(cè)推、雙可變距螺旋槳、雙舵機(jī)，配備了減搖鰭和減搖水艙，具有良好的耐波性和抗風(fēng)浪能力。9 000 kW救助船舶自首制船到目前最新船舶，減搖鰭由前收式到后收式，減搖水艙由壓縮空氣控制到液壓控制，型號(hào)有一定的變化，但原理基本 相同。

（二）“北海救117”輪減搖裝置介紹

1.“北海救117”輪減搖鰭介紹

“北海救117”輪是新一代9 000 kW專用救助船舶的代表，該輪減搖鰭是中船704研究所生產(chǎn)的JQA-7型，屬后收式減搖鰭裝置。減搖鰭主要由機(jī)械設(shè)備、液壓機(jī)組及控制系統(tǒng)等組成，如圖1所示。

（1）減搖鰭結(jié)構(gòu)組成。

①機(jī)械設(shè)備（含鰭箱、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、鰭等）：機(jī)械設(shè)備主要由鰭箱、十字頭、收放油缸、轉(zhuǎn)鰭油缸、鰭軸和鰭組成，是具有相當(dāng)精度的機(jī)械液壓組合體；其功能是收放鰭、轉(zhuǎn)鰭和反饋鰭角信號(hào)，將鰭上產(chǎn)生的升力傳給船體。

②液壓機(jī)組：由電機(jī)、液壓泵、油箱、電液伺服閥和一些液壓元器件等組成的高度集成化的液壓動(dòng)力源。主要功能是按控制信號(hào)的要求，快速響應(yīng)，為轉(zhuǎn)鰭油缸提供壓力泊。主泵發(fā)生故障時(shí)，可用應(yīng)急電動(dòng)泵將鰭收進(jìn)船內(nèi)，全船失電時(shí)，還可用手搖泵收鰭。各一個(gè)）、控制箱、操作面板等組成。a.操作面板能操縱減搖鰭系統(tǒng)工作，具有鰭角、裝置工況顯示及綜合報(bào)警功能；b.啟動(dòng)箱上有遙控選擇開關(guān)、啟停本機(jī)組的按鈕，鰭角、裝置工況顯示，分項(xiàng)報(bào)警指示燈及蜂鳴器等，各分項(xiàng)報(bào)警信號(hào)及鰭角信號(hào)以通信方式（經(jīng)隔離處理）送集控室；c.控制箱內(nèi)有陀螺儀、可編程控制器（PLC）、電源模塊、伺服放大模塊、綜合模塊等元器件，它能檢測(cè)船的橫搖角速度信號(hào)，并處理、放大此信號(hào)，與反饋信號(hào)構(gòu)成閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)，并能使減搖鰭系統(tǒng)按設(shè)定的程序工作。

（2）減搖鰭的工作原理。

本裝置含一對(duì)收放式鰭，分別安裝在船舯附近同一橫剖面兩舷的鰭箱內(nèi)。船在航行時(shí)啟動(dòng)裝置后，鰭從鰭箱內(nèi)放出，當(dāng)波浪力矩作用在船上時(shí)，船將產(chǎn)生橫搖角，減搖鰭裝置中的角速度陀螺儀測(cè)得橫搖角速度，經(jīng)處理形成轉(zhuǎn)鰭指令信號(hào)，同時(shí)船的航速信號(hào)也被引入減搖鰭裝置控制系統(tǒng)中，經(jīng)處理輸出鰭角指令，經(jīng)由伺服放大器、電液伺服閥、柱塞變量泵、轉(zhuǎn)鰭油缸和油泵反饋裝置、鰭角發(fā)送器一起構(gòu)成的轉(zhuǎn)鰭伺服系統(tǒng)，控制鰭角隨指令轉(zhuǎn)動(dòng)。在水流的作用下，左右鰭上產(chǎn)生大小基本相等、方向相反的升力，對(duì)船形成一個(gè)穩(wěn)定力矩以抗衡波浪力矩，從而減小船的橫搖角。不需減搖鰭工作時(shí)，鰭能收入兩舷的鰭箱內(nèi)（如圖2、圖3所示）。

圖1 減搖鰭系統(tǒng)框圖

圖2 減搖鰭原理方框圖

圖3 減搖鰭功能流程圖

（3）減搖鰭的功能和適用環(huán)境。

減搖效果和適用海況：該裝置在6級(jí)海況、15 kn航速、橫浪下工作時(shí)，船的平均剩余橫搖角單幅值不大于5°；在9級(jí)海況下能安全使用。

自動(dòng)保護(hù)功能：①該裝置在不工作或發(fā)生故障時(shí)（非液壓系統(tǒng)失壓），鰭可自動(dòng)歸在±3°之內(nèi)，并收鰭、鎖緊、停機(jī)；②該裝置在鰭角超限、油溫過高時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，自動(dòng)歸在±3°之內(nèi)，并收鰭、鎖緊、停機(jī)；③該裝置在油箱油位過低、補(bǔ)油壓力過低時(shí)立即自動(dòng)停機(jī)，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)；④船速降低到6 ±1 kn時(shí)，裝置自動(dòng)報(bào)警、收鰭、鎖緊、停機(jī)；⑤電動(dòng)機(jī)過載故障報(bào)警顯示。

2.“北海救117”輪減搖水艙簡(jiǎn)介

“北海救117”輪的減搖水艙是由日本STABILO公司生產(chǎn)的可控被動(dòng)式減搖裝置。該型減搖水艙是有效利用水艙里的液體從高位流到低位的自然原理，以減少船舶橫搖運(yùn)動(dòng)為目的而設(shè)置的裝置。

（1）減搖水艙的組成。

減搖水艙（A.R.T.）主要由以下幾部分組成，如圖4所示。

（2）該型減搖水艙工作原理。

當(dāng)船的橫搖運(yùn)動(dòng)固有周期與重復(fù)碰上的波浪周期接近或相同時(shí)，船舶的搖擺角度將達(dá)到最大。這個(gè)原理和以下例子相同，在抗眩暈浪木上訓(xùn)練時(shí)，人員的前后擺動(dòng)可以使靜止的浪木擺動(dòng)起來，相同頻率節(jié)奏下，隨著人員的持續(xù)動(dòng)作，浪木的擺動(dòng)幅度越來越大。相反，如果浪木上的人員動(dòng)作時(shí)機(jī)比浪木的擺動(dòng)周期岔開半個(gè)周期，浪木的擺動(dòng)將會(huì)變小，甚至使浪木完全靜止，這與蕩秋千的原理也完全相同。可控被動(dòng)式減搖水艙工作原理就是把上述的船上人員換作液體，巧妙地利用這種液體流動(dòng)的時(shí)間和力矩，來減輕船的搖動(dòng)。船的一次橫搖周期用360°角度來表示時(shí)，船的搖動(dòng)起始點(diǎn)總是比波浪遭遇點(diǎn)滯后90°的角度，這種現(xiàn)象的反復(fù)出現(xiàn)會(huì)加劇船的橫搖。如果減搖水艙中液體的固有周期和船的橫搖周期相同的話，減搖水艙中液體的移動(dòng)起始點(diǎn)將一直比船的搖動(dòng)起始點(diǎn)滯后90°的角度。這就意味著減搖水艙中的液體移動(dòng)起始點(diǎn)總是比引起船舶橫搖的波浪起始點(diǎn)滯后180°角度。因此，減搖水艙中的液體移動(dòng)力矩和波浪力矩總是相反，互相抵銷，所以船舶橫搖得以減小，如圖5、圖6 所示。

可控被動(dòng)式減搖水艙的最關(guān)鍵技術(shù)在于周期的調(diào)節(jié)，如何將減搖水艙的周期調(diào)至與船舶橫搖周期一致是減搖水艙設(shè)計(jì)成敗的決定因素，如果這兩個(gè)周期不一致，減搖水艙的減搖效果很差，甚至還會(huì)產(chǎn)生增搖。目前，可控被動(dòng)式減搖水艙的周期調(diào)節(jié)方式主要有兩種：一種是氣道控制式，道控制式。氣道控制式，它是通過水艙頂部空氣道控制水艙內(nèi)可壓縮性氣體的流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)間接對(duì)艙內(nèi)液體流動(dòng)的控制；水道控制式是通過改變?cè)O(shè)置在底部液體通道中擋板的位置來改變液體通道的面積，從而改變減搖水艙的固有周期。由于空氣的可壓縮性，采用氣道控制難以做到精細(xì)化調(diào)節(jié)，而水道控制式由于液體沒有壓縮性，可以做到精準(zhǔn)控制。“北海救117”輪的減搖水艙兼具氣道和水道控制，具有精準(zhǔn)控制的能力。

（3）減搖水艙的功能及適用條件。

①本船減搖水艙適用航速0～7 kn，在7 kn以下航速時(shí)能達(dá)到40%～60%的減搖效果。

圖4 減搖水艙布局及實(shí)物圖

圖5 減搖水艙作用原理曲線圖

圖6 減搖動(dòng)作示意圖

②當(dāng)船舶的橫搖周期和裝置固有周期一致時(shí)，能發(fā)揮最佳減搖效果。對(duì)船舶的橫搖周期，該裝置會(huì)自動(dòng)選擇最適合裝置的固有周期，在7.6～13.5 s的范圍內(nèi)發(fā)揮有效作用，裝置保有5種水艙固有周期，如圖7所示。

圖7 固有周期表

③結(jié)合本船的平均橫搖周期，能夠隨時(shí)得到最佳減搖效果。減搖裝置能自動(dòng)地從已設(shè)定的5種水艙固有周期內(nèi)選擇最合適的一個(gè)固有周期控制液體流動(dòng)。

二、減搖鰭與減搖水艙在救助中的應(yīng)用

1. 科學(xué)應(yīng)用減搖鰭與減搖水艙

（1）惡劣天氣錨泊待命時(shí)使用減搖水艙，能夠有效減小船舶橫搖，創(chuàng)造一個(gè)較為平穩(wěn)的訓(xùn)練值班環(huán)境，為應(yīng)對(duì)突發(fā)事件做好準(zhǔn)備。

（2）海上救助往往要求船舶快速到達(dá)事故現(xiàn)場(chǎng)，并盡快展開救助作業(yè)，這就要求在航行途中做好救助準(zhǔn)備工作。而海上事故險(xiǎn)情往往是由惡劣海況導(dǎo)致，因此前往施救的船舶也經(jīng)常處于惡劣的環(huán)境之中：橫搖、縱搖、顛簸上浪……。綜合各方面考慮，船舶可以在正常航行后開啟減搖鰭，將橫搖角度大幅度降低，在保證快速性的同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)救助準(zhǔn)備工作的安全展開。

（3）現(xiàn)場(chǎng)救助作業(yè)期間啟用減搖水艙可最大程度創(chuàng)造安全工作環(huán)境。海上救助作業(yè)，往往需要使用克令吊配合救生吊籃對(duì)難船人員進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)、救助艇收放作業(yè)。如果船舶大幅度橫搖，將給克令吊操作和吊籃定位造成困難，危及到被救人員，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致克令吊損壞。同樣，船舶的橫搖也對(duì)救助艇的安全收、放帶來很大風(fēng)險(xiǎn)和困難。這種情況下開啟減搖水艙能夠有效降低橫搖幅度，再結(jié)合船舶合理操縱，最大限度減小狂風(fēng)巨浪的影響，對(duì)成功救助有至關(guān)重要的作用。

（4）減搖水艙與減搖鰭聯(lián)合應(yīng)用。根據(jù)特殊的作業(yè)環(huán)境，可以將減搖鰭與減搖水艙轉(zhuǎn)到聯(lián)合應(yīng)用模式，在此模式下船舶根據(jù)航速等信號(hào)自動(dòng)開啟減搖水艙和減搖鰭，即在航速低于7 kn時(shí)開啟減搖水艙，同時(shí)關(guān)閉減搖鰭，航速高于7 kn時(shí)則相反，在全航程交替使用減搖鰭與減搖水艙，使船舶得到良好的航行條件。

2. 減搖水艙在救助作業(yè)中的應(yīng)用實(shí)例

（1）案例1：緊急救助受傷漁民。

海況：東北風(fēng)7～8級(jí)，浪高4 m。

險(xiǎn)情：漁民作業(yè)時(shí)腿被絞車卷入，導(dǎo)致骨折，急需救治。

我輪全速駛往現(xiàn)場(chǎng)。抵達(dá)后若我輪保持船首迎風(fēng)浪以保持穩(wěn)定，則漁船也必須迎風(fēng)浪傍靠我輪。惡劣的氣象條件和海況導(dǎo)致漁船上下顛簸，無法安全順利轉(zhuǎn)移傷員。我輪只有橫風(fēng)浪以提供一下風(fēng)舷供其安全靠泊。但是受救助船舶結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（首部建筑多）和船舶尺度（船長(zhǎng)不及百米）所限，我輪橫風(fēng)浪時(shí)本身橫搖劇烈，也給被救船舶傍靠帶來危險(xiǎn)。這種情況下我輪充分利用減搖水艙的作用使船舶保持一個(gè)較小的橫搖，保證了傷員的安全順利 轉(zhuǎn)移。

（2）案例2：翻扣漁船作業(yè)。

海況：受涌浪影響，船舶在低速航行狀態(tài)時(shí)搖擺劇烈。

險(xiǎn)情：漁船翻扣，內(nèi)有幸存者。

某輪接救助指令，一漁船翻沉于連云港以東的南北航線附近。抵達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后放艇登上翻扣漁船，探測(cè)到有幸存者。我船采取措施將其固定舷側(cè)進(jìn)行破拆船殼救人動(dòng)作。當(dāng)時(shí)東北風(fēng)5～6級(jí)，風(fēng)浪雖不大，但是受東南涌浪影響，我船橫搖幅度較大，為救助作業(yè)帶來危險(xiǎn)。因此開啟減搖水艙以減小橫搖，保證作業(yè)安全。經(jīng)全力搶救，成功救出困在艙內(nèi)30多個(gè)小時(shí)的幸存者。

3. 減搖鰭與減搖水艙應(yīng)用注意事項(xiàng)

（1）減搖水艙水量應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)備規(guī)范要求添加，過多或過少都會(huì)影響減搖效果。

（2）在拖航作業(yè)時(shí)禁止使用減搖水艙。因?yàn)樵谠摲N作業(yè)情況下，船舶由于受到額外拉力作用的影響，搖晃會(huì)偏離設(shè)定的控制范圍，有可能造成搖晃疊加，起到負(fù)面作用。

（3）在復(fù)雜海區(qū)，如養(yǎng)殖區(qū)、漁網(wǎng)較多的區(qū)域航行，盡量不啟用減搖鰭，防止發(fā)生纏繞等意外事故。

三、結(jié)束語(yǔ)

設(shè)備精良、技術(shù)精湛是時(shí)代的要求。海上救助險(xiǎn)情復(fù)雜多樣，在救助工作當(dāng)中必須不斷汲取教訓(xùn)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，摸索現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)規(guī)律，讓先進(jìn)的設(shè)備發(fā)揮最大作用。堅(jiān)持科學(xué)救助的理念，降低安全風(fēng)險(xiǎn)，提高救助成功率。

DOI：10.16176/j.cnki.21-1284.2016.02.008