恶劣海况下船舶主机的工况影响与分析

左红稳 刘昕 赵天翔

摘 要：舰艇在海上长时间航行，有时经常会遇到恶劣海况的影响，由于航速和主机负荷易发生变化，船舶主机工作变得很不稳定，往往要经受较为严峻的考验。如何对主机进行正确的操纵管理，确保动力安全可靠是机电部门的一项重要任务。该文着重分析了恶劣海况下风浪对船、机、桨的负面影响，就主机在恶劣海况航行中如何进行管理使用提出了自己的几点个人看法。

关键词：恶劣海况 主机 操纵管理

中图分类号：U66 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）01（c）-0093-03

舰艇长期在海上航行，由于海上各处海域情况复杂，气象条件多变，船的运动阻力随之不断变化，这会给舰艇航速和主机负荷带来影响，使船舶主机工况发生相应改变，引起舰艇航速和主机负荷发生变化，比如在浅水区航行、窄水道航行以及恶劣海况航行时（船舶船体外表面变化形成污底也会增加运动阻力）都将引起主机工况的变化。以蒸汽作为动力的舰艇，还会影响到主锅炉工况的变化。

1 恶劣海况船舶航行的特点

舰艇在恶劣海况航行中的基本特点是：由于风浪的不断冲击，使得船体激烈震荡，摇摆起伏不定，航行的阻力较一般海况中的航行阻力大为增加，船舶机桨工作不稳定，效率大大下降。这可以通过船桨机的配合特性——螺旋桨的推进特性曲线来分析。

如图1所示，船桨机的配合特性在正常情况下是图中的曲线I所示，但是船舶的航行条件常常是变动的，在超载、污底、顶流、恶劣海况等情况下会出现“桨重”；而在轻载、顺风、顺流等情况下会出现“桨轻”。螺旋桨的进程比随之发生变化，特性曲线会偏离标准情况.恶劣海况海况中，螺旋桨的推进特性随时都在变化，轻桨和重桨的情况都会发生，只不过重桨的特征更加明显。

（1）重桨工况。当船在恶劣海况中航行时，由于航行阻力增加，船速降低，螺旋桨的进程比值减小，螺旋桨推进特性曲线由I转为II。此时特性曲线离开了设计条件，推进效率下降。主机由于受额定扭矩的限制，其工作点只能沿着额定外特性曲线由a移至b点，转速被迫下降，发不出额定功率，而且工作条件恶化，主机效率下降，这时船速明显下降。

（2）轻桨工况。在恶劣海况航行中也会遇到出现桨轻的时候，象螺旋桨露出水面的主机工况，这时候的螺旋桨处于轻载状态，这时就是“轻桨”工况。处于“轻桨”工况状态中的螺旋桨，其推进特性曲线由I转为Ⅲ。如果主机额定供油量保持不变，则工作点a将沿额定外特性线1移至c点，此时主机的功率和转速都大于额定值，使主机的机械负荷和热负荷增加，而处于超负荷状态。由于主机受到额定转速的限制，被迫减少供油量，使主机在部分特性下运转，如图中的e点所示。这时，主机转速减至额定值，但主机功率却大大低于额定值。因此，船舶机桨性能下降，主机额定功率不能充分利用。螺旋桨露出水面过多，要防止主机飞车事故发生。

2 恶劣海况带来的不良影响

恶劣海况对舰艇航行以及对机、桨的影响大致可以从以下来分析。

当天气恶劣，风浪增大时，船舶由于受风和浪的不良影响，船体纵向起伏和横向摇摆都会十分的剧烈，这会给船机桨带来一系列的不良影响。

（1）由于船舶的上下颠簸起伏使螺旋桨时而入水很深，时而接近水面，有时还露出水面，使螺旋桨的推进效率大下降，螺旋桨的吸收功率也很不稳定。

（2）主机由于受螺旋桨的影响，其负荷发生急剧变化，使其转速产生很大的波动，主机的稳定性大大降低。

（3）轴系由于受船体摇摆以及螺旋桨推力与阻力矩周期性变化的影响，其回转可能产生不均匀而振动加大，影响到轴承、支点轴承发热和船艉抖动和震动。

（4）油水管系受摇摆和振动的影响，很容易出现故障。如海底门露出水面，油柜沉淀物浮起来堵塞过滤器，阀门被振松，管道被振裂等。这些都将影响主机及所属设备的正常工作，甚至于发生自动停车，酿成事故。

由上可见，船在恶劣海况中航行时，风浪越大，则舰艇航行阻力越大，推进特性曲线就越陡，这在螺旋桨的推进特性曲线上可以明显看出来；风浪越大，则舰艇的阻力的变化也就越大，推进特性曲线随时都在发生变动，甚至于还会出现一会儿重桨，一会儿轻桨的情况；风浪越大，则机桨发生故障的可能性也大大增加。所以，在恶劣海况航行，工况复杂多变，必须切实加强主机的管理，以确保恶劣海况航行中的船舶安全。

3 恶劣海况航行中对主机管理的几点参考意见

3.1 加强航行前的准备工作

舰艇在海上航行，对前面海面上的天气情况做到提前预知尤其显得重要。管理人员应着重抓好对动力装置技术状态的检查。如检查调整各部间隙、各个阀件的灵活度、各种定位和各系统的完整性；检查各辅助泵体的工作状态是否良好；检查紧固各种固定螺栓；检查各管路接头及软管连接是否牢固可靠；检查调速器动作是否灵活等。

3.2 航行中对主机的管理

（1）限制主机的最大供油量。在恶劣海况航行中，船主机的供油量应控制在额定值以下，使主机按适当的部分外特性运行，以防在螺旋桨负荷多变的情况下，配合工作点越出允许使用范围。对此，一般规定有最高转速限制N≤0.8～0.85 nh，可作为控制主机供油量的基本依据。该船带可调推进装置，通常情况下主机使用联控方式操纵，可在PCU工作站内对负荷进行限制在85%以内即可，此时供油齿条为46 mm。以此防止主机超负荷运行和“飞车”事故的发生。

（2）加强巡视检查。要经常注意检查各辅助泵的工作情况和防松防漏，应尽量将状态好的泵体和系统投入使用，防止因泵体损坏或者管路泄漏而影响主机的正常工作而导致停机停航，辅助设施设定在互备状态，对各种检查遇到的可疑情况均应及时处理；恶劣海况航行中由于舰艇阻力变化大，螺旋桨的工作情况恶劣，对主机的推力轴承和齿轮箱轴向位移都会有较大影响，要定期检查与之相关的工作参数是否正常。

（3）保持油位，合理使用装备和系统。要定时检查重力油柜及滑油、燃油柜的油位及使用情况，经常保持在规定的刻度范围内，防止因摇晃而漏泄或形成假油位；应合理使用油水系统，油水、过滤器及管系要尽量一个一个地投入工作，以便在故障情况下可以转换使用；各海底门转换为低位使用，以防进入空气影响冷却水循环。

（4）消除共振现象。共振现象是机器在运转中经常容易遇到的情况，这种现象在故障不明显及环境噪声较大的情况下往往不易引起注意，而共振对设备的危害是十分大的，恶劣海况中由于波浪的干扰极易引起船舶共振和设备共振，对主机而言，应注意监听主机设备特别是大轴的运行情况，一旦出现共振现象，及时更改螺距，转移共振频率，消除共振。

（5）及时抽除舱底污水。防止因舰艇摇摆激荡舱底水影响底层泵电机运行及电路正常工作。所有备用设备应处于备便状态，一旦有损坏设备出现，备用设备可以立刻投入使用等。

4 结语

船舶航行在大海上犹如一叶扁舟，恶劣海况将会给船舶的安全性和可靠性带来了极大的威胁，遭遇恶劣海况时，船舶航行会受到干扰，引起设备运行异常。这种情况下，如果采取的应对措施不及时、不准确，将会引起人身和财产的巨大损失，造成重大影响。所以作为航海人，必须明确掌握恶劣海况下船舶航行的特点难点，清楚认识恶劣海况会给船舶带来的巨大威胁，并且努力提高自身应对恶劣海况时船舶运行异常的应急处置能力。

参考文献

[1] 许乐平.船舶管理[M].大连：大连海事大学出版社，2000.

[2] 孙培廷.船舶主机[M].大连：大连大连海事犬学出版社，2005.

[3] 钱耀南.船舶柴油机[M].大连：大连海运学院出版社，2012.