特殊工况下海洋石油船舶主动力推进装置状态分析

侯 强，张 辉

（中国石油集团海洋工程有限公司船舶事业部，天津 300451）

特殊工况下海洋石油船舶主动力推进装置状态分析

侯 强，张 辉

（中国石油集团海洋工程有限公司船舶事业部，天津 300451）

海洋石油行业船舶使用中常遇到一些特殊工况，如频繁的起抛锚作业、浅水中航行、大风浪中航行、急转弯航行以及主机超负荷运行。针对这些工况，文章分析了主动力推进装置相应的工作状态，提出了解决问题的措施，以提高主动力推进装置的使用效率和延长其使用寿命。

海洋石油；船舶；推进装置；故障；特殊工况

0 引言

船舶主机是船舶的推进动力源，其可靠性、使用寿命和经济性是首要关注的。海洋石油行业船舶的工作状况和一般的远洋船舶有着很大的不同，本文对特殊工作状况下石油行业船舶主机核心部位的工作状态进行分析，以便加强使用和管理，保障主机稳定可靠的运行，延长主机的使用寿命。

1 海洋石油行业船舶使用中的问题

目前海洋石油行业船舶大多具有双车双舵的功能，操纵性能好，灵活机动性强。由于行业作业的要求，例如靠离平台、起抛锚等，船舶正车倒车使用频繁，在此工作状况下主机往往不能稳定速度运转，负荷变化幅度大，起停频繁。而且船舶经常在浅水区域作业，冷却用海水质量较差，容易造成冷却器的结垢和脏堵，影响冷却效果，设备的故障率增高。

2 各种特殊工况下主动力推进装置的受力状态及使用管理

2.1 船舶进行起抛锚作业

2.1.1 工况简介

起抛锚作业时主机运转的主要特点是正车、倒车频繁，负荷变化幅度大，而且作业持续时间相对较长。主机在此工况下处于不停加速降速、进车倒车状态，曲轴连杆等主要力传动装置受力不稳定，瞬时受力有时会很大，这对设备的可靠性是一个严峻的考验。

2.1.2 简单的受力分析

主机运转时，曲柄连杆机构上作用着周期性的气体力Fg和惯性力，它与汽缸气压Pg和活塞的顶部面积Sg有着下面的关系：

Fg的一个变化周期为柴油机的一个工作循环，方向延汽缸中心线向下。

惯性力有：活塞往复运动所产生的往复惯性力，曲柄不平衡回转质量回转运动所产生的惯性力。惯性力主要与运动部件及运动时的加速度有关。

气体力和往复惯性力的合力F作用在汽缸中心线连杆小端处，它在活塞销处分解成一个垂直于汽缸壁的力 （侧推力）和一个沿连杆中心线的力 （连杆推力）。

2.1.3 实际运行中可能出现的故障

抛锚作业、正倒车使用很频繁，此时如果用车粗暴，过快的加减油门，会造成瞬时力较大，合力F变大，产生的侧推力和连杆推力也变大。长期如此操作会加剧汽缸壁的磨损，加大了对连杆的推拉力和对曲轴的扭矩，容易使汽缸壁、连杆、曲轴出现疲劳，而且突然的负荷变化会造成燃烧不良等连锁反应，从而缩短设备的使用寿命。

这种工况下，驾驶台对主机的操纵起着至关重要的作用，用车时不要粗暴；机舱管理人员要加强对主机的监控，在满足设备的维护要求的情况下，尽量多地对主机进行保养，包括加强油底壳滑油杂质的分离和补充以及油质化验等。

2.2 主机超负荷运行

2.2.1 工况简介

主机在超速超负荷工作时，由于转速过高，进气效率降低，新鲜空气相对减少，汽缸内的温度升高，加之负荷大，喷入汽缸内的油量增多，燃烧后放出的热量更大，使汽缸工作在较高的温度条件下。

2.2.2 工况分析及管理

主机在超速超负荷工作时，汽缸盖、汽缸、活塞、活塞环等机件温度升高，会降低机件的机械强度，导致传热不好。局部高温，容易造成活塞在汽缸中咬死。由于转矩增大，机件受力增大，机械应力增加，机器振动加剧，因而增加了机械摩擦，润滑油温度升高，黏度降低，润滑性能变坏，加快了机件的磨损。此时要加强润滑，适当提高润滑压力，增加循环油量；同时严格控制润滑油的冷却，使润滑油的温度不超过规定温度，以免丧失润滑性能和氧化变质。

在此种情况下，冷却是很重要的一项管理，应加强冷却，尽量使这些主要运动部件的温度不致过高，在管理中要严格控制主机的排气温度和相对提高冷却水温度。冷却水温度的提高，可以减少被冷却机件的内外温差，应力不致过大而造成机件裂纹。但在提高冷却水温度的同时，需要加强冷却水的循环，使汽缸中的热量尽快散发出来，以免机件过热。

在非特殊情况下，尽可能避免主机的超负荷使用。

2.3 船舶航行的情况

2.3.1 船舶在浅水域航行时主机的管理

船舶在水中航行时必然产生摩擦阻力、形状阻力和兴波阻力等。船舶由深水进入浅水时，其阻力相对增大，这是因为浅水深度的限制，流经船两侧的水流阻力增大，沿着船身的压力变化也增加了，导致了摩擦阻力和兴波阻力的增加。

船舶在深水航行时，兴波的水运动不受限制，但在浅水中航行时水运动受到限制，从而改变了兴波的结构，兴波阻力随之增大。因此，若船舶航行速度相同，则在浅水航行时，主机负荷将较大。因此船舶在进入浅水航行前应降低速度，以防止超负荷。甲板部的驾驶员应适当降低航速。

2.3.2 船舶在大风浪中航行时主机的管理

船舶在大风浪中航行时会出现前后左右摇摆和起伏现象，使船舶阻力增加、速度减慢，严重时还会使螺旋桨出水飞车或吃水过深，这时的螺旋桨处于不稳定状态，使主机的负荷急剧变化，螺旋桨的推力和转矩也随之发生周期性变化，容易引起轴系的振动。为了避免在大风浪中航行时主机超负荷，最好让主机在不超过额定负荷下工作；同时注意日用油柜的放残，由于船舶的摇摆，起浮的沉淀物有可能堵塞系统，如有发生要及时排除。

2.3.3 船舶在转弯航行时主机的管理

船舶在航行时经常有急转弯的情况，此时船体所受阻力较直线航行时大大增加。三用工作船多为双机双桨船，情况尤为特殊。当两个螺旋桨工作在斜流时，处在不同的水流速度之下，虽说两个桨都在推动着船体前进，但他们各自的负荷是不同的。例如，船体左转时，左边桨的负荷就大，右边桨的负荷相对就小；船体右转弯时，右边桨的负荷就大，左边桨负荷相对就小。这是因为螺旋桨处于不同水流速度的结果，水流速度大，螺旋桨受到的负荷就小；水流速度小，螺旋桨受到的负荷就大。当然也取决于舵角的大小，舵角大，螺旋桨受到负荷就大；反之就小。

上述可见，船舶在转弯航行时，主机容易超负荷运转，因此船舶在转弯航行时驾驶人员应适当降低速度，以保证主机不出现超负荷运转。

3 结束语

三用工作船与普通的远洋轮船的工作状况有很大的不同，加强科学的轮机维护与管理，这是降低设备故障率最有效的途径。船长和驾驶员应当对主动力推进装置尤其是主机的合理使用要有一定的了解。

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Master Power Propulsion Unit of Petroleum Ships in Special Working Conditions

HOU Qiang（Ship Division of China National Petroleum Offshore Engineering Co.,Ltd.,Tianjin 300451,China）,ZHA

Petroleum ships often meet some special working conditions such as frequently weighing and dropping anchor,sailing at shallow waters or on heavy sea,taking a sudden turn and overloading operation of master propulsion unit.According to these working conditions,this paper analyzes the corresponding working states of the master power propulsion unit and offers related measures in order to raise its application efficiency and prolong its service life.

offshore petroleum;ships;propulsion unit;fault;special working condition

TE951

B

1001－2206（2011）增刊－0083－02

侯 强 （1983-），男，山东青岛人，助理工程师，2008年毕业于天津理工大学轮机工程专业。

2011-08-10