冰区航行船舶轮机设计的要求浅谈
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摘 要：针对冰区船舶轮机进行设计的主要目的是提高船舶主推进系统与消防系统等一系列保障船舶能够安全稳定运行的系统的可靠性。对冰区船舶轮机进行科学设计提高船舶在低温条件航行的稳定性，让船舶在极端天气下受到较小的影响。笔者在本文中，参考51800 DWT成品油/化学品船轮入级I CE-1A具体案例，并综合考量I ACS冰极规范、DNV规范、瑞典芬兰冰区规则等，提出自己的了解，并阐述冰区航行船舶轮机设计的要点。
关键词：冰区航行;船舶轮机;螺旋浆
随着世界经济全球化联系越来越密切，以及一带一路战略的快速推进和石油开采的主要区域像北极的冰区发展，海上运输已经成为当前世界运输的中坚力量，为了提高运输效率，节约运输时间，冰区航行的船舶数量快速增加，因此针对冰区船舶轮机设计越来越有必要，这对提高冰区航行船舶的安全性和稳定性非常重要。在这一背景下I ACS也针对性的发布了极地航行规范（POLAR CLASS）。由此，我们可以了解到船舶轮机的设计越来越受到重视。为了保证船舶在冰区的正常航行，相关研究者制订了很多标准，这给船舶在冰区航行进行了硬性要求，很好的约束了船舶。笔者在本文结合51800DWT船舶的特点，根据自己的经验对冰区船舶轮机设计进行分析，下面为主要内容。
一、船舶航行技术的發展规划
（一）航船技术的发展概述
高纬度地区，受到阳光的照射时长较短的限制，导致这些地区的气温常年低下，部分地区甚至常年结冰。气象研究人员对不同区域进行综合分析后，根据结冰厚度，将冰区进行划分。其中，厚度相对薄的冰区叫做首年冰，这一定义表示该冰区结冰的时长比较短暂，冰层的厚度也比较薄;除此之外，还有一种与薄冰相对厚的冰层被称之为多年冰区，该冰区冰层不容易融化，冰层厚度超过三米。这些冰区资料的出现都给冰区船舶航行轮机的设计提供了良好的设计依据。
对于冰区船舶轮机设计，有些处于极地附近的国家很早就已经接触，比如俄罗斯。俄罗斯大部分国土常年被冰区覆盖，想要发展全球贸易就要求船舶能克服冰区的极端条件航行。俄罗斯海事局是世界最早分析，研究冰区船舶轮机设计的机构。随着冰区航线重要性的凸显，国际相关组织为了保障冰区航行船舶的安全出台了针对冰区航行船舶的航行标准——《极地船级要求》。由于这一标准填补了冰区船舶航行的空白，非常受到造船界的欢迎。对于冰区船舶轮机的设计而言，冰区冰层的厚度是影响设计参数的重要因素，不同冰区航行的船只其参数很多都不一样。结合实例来看，在芬兰与瑞典的冰级规则中，对1A冰级的标准下的船只适合在冰层厚度为0.78m的首年冰区域航行，超过这个数值则有隐患。
（二）冰区航行船舶主推进系统要求
在对冰区船舶进行轮机设计时，就船舶推进系统而言，我们要充分考虑船舶的适用性，并且要把船舶制造成本控制到最高效的层面，同时要保证性能。结合冰区船舶航行的特点，我们在进行船舶主推进系统的设计时最好采用可调螺旋桨轴系统。这是因为，可调螺旋桨轴操作简单，适用于经常进行倒退或者停止等操作的船舶，尤其适合船舶在1A冰区低速航行。如果要想进行设计优化，让船舶在超过上限的冰区也能正常航行的话，在设计时应该在船舶尾部安装一套稳定的螺旋桨。这样，不仅提高航行适应性，抗干扰能力，还能提高操作性。
二、对于极地（POLAR）航行船的设计要求
（1）极地冰级的介绍。从网上查阅I ACS近期发布的资料可以知，极地航船的标准如表1所示：
（2）系统的设计要求。对于冰区船舶轮机系统的设计有如下几个要求：首先是针对系统与船舶机械设备的设计，这两方面的设计工作一定要满足船舶在冰区航行中的安全保护要求。因此，我们可以在船舶前端安装破冰装置，针对PCI～I J PC5的单螺旋桨船舶，还要有针对性地安装补救设备，以防船舶在冰区航行过程中发生系统故障，使船上的工作人员能够进行安全防护和补救。
（3）对冰区船舶的螺旋浆、轴系和传动装置计算。由于螺旋桨、轴系及传动装置是船舶航行的重要设备，因此，针对这些设备的设计时我们要充分考虑到螺旋桨与冰块的碰撞，根据不同冰区的冰层厚度来计算螺旋桨与冰块的冲击力，在不同等级冰区航行的船舶，其螺旋桨的强度不一样，因此计算一定要具有针对性，这一设计对冰区船舶航行的安全性有密切联系。
（4）对于原动机的起动的设计规则。当船舶螺旋桨转动到最大的螺旋距离时，船舶的主机就会启动。结合这一情况我们在进行冰区船舶设计时要给船舶加装加热设备。这样设计的目的是方便船舶在冰区的极端环境中顺利的启动应急电源设备。为了保证船舶的安全稳定，我们必须保障船舶的加热设备能够启动三次以上。
（5）冰区船舶辅助系统设计要求。除了保证设备的安全可靠以外，我们还要给船舶的机械设备设计一系列的防护装置，这样做的主要目的是避免设备在前进过程中被损坏。同时还要给船舶安装除冰装置，因为船舶长时间的冰区航行会产生冰积累，要及时去除。除此之外，我们还要给船舶加装透气管及其他管路做好防护工作，避免冰块或者积雪进入造成管路堵塞。
三、满足芬兰瑞典冰级规范的设计要求
（1）芬兰瑞典冰级规则要求简介。具体请描述见表2。
（2）对冰区航行船舶主机功率设计要求。结合实例我们可以了解到，对于IA、IB、IC冰级航行船舶的主机输出功率应该在1000kW以上，而对于I A Super冰级航行的船舶其主输出功率应该保持在2800kW以上。
（3）对冰区船舶轮机各个装置的具体设计要求。结合冰区船舶的主要结构和船舶的功能，我们在设计过程中也要按照一定的标准进行。在对螺旋桨进行设计时，要充分考虑船舶与冰层的冲撞时，螺旋桨所承受的冲击力，并根据冰块厚度进行精确计算。
（4）冰区航行船舶原动机的起动设计要求。船舶在冰区航行时，经常会因为遇到障碍物导致船舶的航行被迫终止或者被迫绕行的特殊情况。当出现这一问题时，船舶启动系统中一定要有足够的空气容量，这样才能保证船舶在急停后能正常启动，从而保证船舶在冰区的正常航行。
（5）冰区船舶冷却水系统的装置要求。冰区船舶轮机中的冷却水系统的主要功能是给船舶的冷水供给提供便利。针对这一情况，我们在进行设计时要注意以下几点：①把海水的进口布置在船舯，并且尽可能使其靠后。②船舶的水箱一定要够大，保障船舶长期航行的要求。③水箱一定要有一定高度，最好是处于海水浮冰的上面。④要保证海底门口的横截面积够大，便于海水进入等。
四、总结
本文主要阐述的是冰区船舶航行轮机设计的一些规则和船舶在冰区航行时提出的部分规则。结合当下世界造船业的发展可知，目前很多船级社出台的规则大部分都是针对船舶在冰区航行所提出的，虽然规则是由各个不同的机构制定，但是大部分内容是一致的。因此，针对不同等级冰区船舶的设计我们一定要密切联系实际情况和各个规则，从中找到最合适的解决方法。本文大部分内容都涉及到冰区船舶轮机的设计要求和具体内容，希望对各位同仁有帮助。
参考文献：
[1]邓树奇.我国的海冰灾害及其防御对策[C].全国沿海地区减灾与发展研讨会论文集，1991（12）.
[2]杨玉祥.介绍悬链计算新方法及港口单锚泊稳定分析[J].水运工程，2005（1）.
[3]丁德文.工程海冰学概论[M].海洋出版社，1999.
[4]柳春图，段梦兰.海冰工程中的结构力学问题[J].机械强度，1995（9）.
[5]李志军，等.渤海海冰工程设计特征参数[J].海洋工程，2002（2）.
[6]陈世才，等.一种抛锚出链长度的计算方法[J].大连海事大学学报，1998（8）.
[7]乐章燕，等.2005年渤海海冰冰厚热力增长特征实验的个例研究[J].气象科学，2008（S1）.
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