冰区航行船舶轮机设计的要求探析

杨文猛

（扬州亚华船舶技术开发有限公司，扬州225000）



冰区航行船舶轮机设计的要求探析

杨文猛

（扬州亚华船舶技术开发有限公司，扬州225000）

摘要：冰区船舶的轮机设计主要是保障主推进系统、消防系统等一些保障船舶安全运行的系统。它能够使船舶在极度冰冷的环境下不受任何因素的影响正常工作。本篇文章主要以51 800 DWT成品油/化学品船轮入级I CE-1A为实例，将其与I ACS冰极规范DNV规范和瑞典芬兰冰区规则范相结合，简单阐述一些关于冰区航行轮机设计的要求。

关键词：冰区航行船舶轮机螺旋桨

引言

随着世界经济全球化的发展，海上工作越来越多，冰区航行的船舶数量也越来越多，尤其是油船数量最多。因此，石油的开采区域不断向冰区发展。I ACS甚至在近期也发布了极低规范（POLAR CLASS）。可见，船舶冰极的设计越来越受欢迎。为了使船舶能够在冰区正常行驶，工作人员制订了一些适用范围，起到了很好的制约效果。本文的主要目的就是要根据51 800 DWT成品油轮和化学品船为主要的叙述案例，在此基础上进行研究探析，并将研究结果进行进一步阐述。

1 船舶航行技术的发展规划

（1）航船技术的发展进步。在冰级地区，因常年严寒，导致海水结冰不化。气象组织人员对此进行了具体探测，根据海水的结冰程度不一，将冰分成了不同阶段。厚度相对少一点的称之为首年冰，表示其结冰的时间还很短，厚度仅仅在1.2m以下；还有一种相当厚的冰被称为多年冰，说明结冰时间已经很长，极不易融化，冰的厚度最少在3m以上。这些资料的阐述为船舶设计规范的提出奠定了良好的基础。但是，并不是没有可以适用于多年冰的船舶。俄罗斯海事局就是世界上唯一一家可以在多年冰区行使的船舶。为了达到这一要求，国际船级社组织颁布了一个适用于极低冰区的准则——《极地船级要求》。由于这一准则非常符合标准，受到了极大欢迎。在个人设计技术方面，海冰的厚度是影响船体结构的一大重要因素，对船体装置的各个方面都有严格要求。举例来说，根据芬兰一瑞典冰级规则中对1A冰级的设计来说，这种设计在首年冰区域很实用，如果首年冰的厚度在0.78m左右最适合。

（2）冰区航行船舶主推进系统要求。为了符合冰区船舶主推进系统的具体要求，首要需考虑到船舶的适用性能，还要考虑怎样才能使成本降到最低、经济适用性较好。在对冰区的船舶设计过程中，最好选择调桨轴系使用。因为此种调桨轴益于操作，尤其适用于经常进行船舶倒退或者船舶停止等操作，特别是船舶在1A冰区低速航行时特别适用。如果想进一步优化设计，想要达到船舶即使在严重冰情下正常运行，那么就可以在船尾安置一组能够使船体稳定的螺旋桨。这样，操作起来也会非常方便。

2 对于极地（POLAR）航行船的设计要求

（1）对极地冰级的介绍。具体资料显示，I ACS在近期发布一则消息，主要是针对航船制定的具体要求：

表1 极地冰级表及地冰级冰级描述（以世界气象组织海冰命名）

（2）系统的设计要求。对于系统的设计要求，主要有以下几个方面：对系统的设计和机械设备的设计一定要满足安全防护的具体要求；船舶的内部系统应该安装除冰装置；针对人冰级PCI～I J PC5的单螺旋桨船舶，应安装能够在机械系统破损时即时补救的措施的装置。

（3）螺旋、轴系和传动装置计算。针对螺旋桨、轴系和传动装置的具体强度，应该考虑到螺旋桨叶片打击到冰块时受到的冲击力，这时负荷能力应该根据冲击力的大小来决定，具体需按照相关公式进行计算。

（4）对于原动机的起动要求。在螺旋桨达到最大螺距的情况下，主机就会启动起来。这时，应该在船舶上安装一些加热装置，以方便船舶在低温环境下使应急电源装置起动。这种加热装置应该保证在突发情况下至少自动启动三次才可以。

（5）辅助系统设计要求。船舶的机械设备应该具有安全防护措施，主要是为了避免冰块或者积雪的损坏。当船舶航行时间较长时，一定要安装一些除冰的设备。此外，还要切记，一定要将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。

3 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。

表2 芬兰瑞典冰级规则

（2）主机功率要求。在一般情况下，主机的输出功率对IA、IB和IC冰级应大于或等于1000kW，对IASuper冰级的具体要求范围应该不小于2800kW。

（3）对各个装置的具体要求。针对船舶本身的结构，对其设计也有一定的规范。对于螺旋桨等装置，工作人员应该具体考虑到船舶的螺旋桨撞击到冰块时要承受的巨大冲击力，这种承受负荷的能力应该根据冰块力矩M来确定，同样需要根据相关公式进行精确计算。

（4）船舶原动机的起动要求。通常情况下，船舶在行驶时，如果遇到障碍物会出现船舶暂停或者绕行等情况。在这一运行过程中，空气启动系统一定要有足够的空气容量，使船舶能够正常启动，这样才能使船舶正常行驶。

（5）冷却水系统的装置要求。船舶安装冷却水系统，为船舶冷水的供给提供方便。它的主要功能是提供冷水的供给。因此，要求船舶海水箱最少有一个能够满足以下几个要求：①一定要将海水的进口安置在船舯的地方，并且尽可能使其靠后。②海水箱一定要够大，能装下足够的海水。③该海水箱应该有足够的高度，将海水浮冰处在海水进口的上面最佳。④将冷却水全部排除，以免发生存水的情况。⑤要保证海底门口的横截面积够大，便于海水进入等。

4 DNV冰级设计要求

（1）DNV冰规范与芬兰瑞典冰级的比较。根据详细资料，将DNV冰规范与芬兰瑞典冰级进行比较，具体内容如表3所示。

表3 DNV与芬兰瑞典冰级比较表

（2）对DNV冰级的具体要求规划。通过不同的比较与检测表明，DNV冰级与芬兰瑞典的冰级要求非常相近，这样的结果为我们以后的工作提供了便利，使得DNV规范的要求更加明确：①海水箱的高度要达到标准，方便使海水流到管路的上方。②在船舶内部的边压载舱应该按照具体规则采取防护措施，船舶的温度设计条件应该根据海水℃，空气-10℃时最佳。③在冰带的最下层，船舶的压载舱内不安装一个具有加热功能的设备，这样就可以有效防止冷气的侵袭。

5 案例说明

举例来说，51 800 DWT成品油轮/化学品船入级DNV ICE-1A和ICE*（DNV冰级符号），它能够有效达到航船提出的要求。以下内容就是通过以往的经验，对51 800 DWT成品油轮在运行时和在对其设计时的情况进行阐述。

（1）船舶相关装置设计。船舶的主机设计也有一定的范围。一般要求，0%～100%SMCR之内不允许有转速禁区出现。举例来说，要想从船舶的主机和船舶的轴系配置上满足这样的要求有很大的困难，为了降低成本，就应选用一些低速机械配置。

（2）冷却水系统的安装。根据船舶系统本身的需要，工作人员安装了冷却水系统，主要任务就是船舶航行到冰区时起到冷却的作用。

6 总结

主要阐述船舶设计的一些规则以及针对船舶航行时提出的具体规则。在当今世界上，大部分船级社制定的相关规则多是针对冰区的具体要求决定的，所以说他们之间的差别并不大。因此，对于船舶的设计具体要求，针对不同理解不同做法，应找到合适的解决办法。上文中提到的一些具体内容与具体设计要求，希望对以后的船舶轮机设计有所帮助。

参考文献

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Ice Navigation Requirement of Ship Design

YANG Wenmeng
（Yangzhou Yahua Ship Technology Development Co. Ltd., Yangzhou 225000）

Abstract:The ice ship turbine design mainly to protect the main propulsion systems, fire systems, security ship safety operation system. Can the ship under the extreme cold environment is not affected by any factors of normal work. This article mainly to 51 800 DWT product oil / chemical tanker round in class I CE 1A as an example and the and I ACS ice regular DNV rules and Swedish and Finnish ice rule fan combination, simply elaborated on Shao ice navigation turbine design requirements.

Key words:ice navigation, ship turbine, propeller