浅析冰区航行船舶轮机设计要求

王瑞华

（扬州中远海运重工有限公司，江苏 扬州 225000）

1 冰区船舶航行技术发展探究

伴随经济全球化趋势的不断推进，我国对于北极冰区的发展在原有的基础上得到了进一步推进，为了达到更高的运输效率，节约运输时间，我国对于冰区的资源开采大多使用船舶航行的方式，这使得对于船舶航行的技术要求越来越高。要对冰区航行船舶轮机设计要求进行研究，就需要对船舶航行的基本技术设计发展情况进行具体探究，下面为船舶航行技术发展的详细内容。

通常，极地地区由于常年处于高纬度环境，导致受到阳光照射的时间受到很大限制，使得该地区的气温较低且很容易出现结冰的现象。依据气象研究结果表明，这些极地地区可根据结冰的厚度进行合理划分，对于结冰厚度较小的地区称为首年冰，该区域的结冰时间相对较短，冰层的厚度也较薄；对于结冰厚度较大的地区称为多年冰区，该区域的结冰时间相对较长，所结冰区的冰层不容易融化，冰层厚度会大于3 m，基于这些冰区气象数据，研究人员可对冰区船舶轮机进行科学合理设计。对于冰区船舶轮机的设计最早出现于基地附近国家，如俄罗斯国家由于长期存有冰区，故要想实现对外的经济贸易，就需要设计出克服冰区的船舶结构。之后随着冰区航线的不断发展，国际上也制定出了冰区船舶航行的基本船级要求与标准，该标准对不同冰区的厚度做了具体设计要求，也对冰区航行船舶的性能参数做出了具体规定，如在芬兰冰级要求中，1A 冰级船舶航行冰区厚度数值不满1 m，若冰区厚度超过1 m 则该冰级船舶的航行会存在很大隐患[1]。

此外，对于冰区航行的船舶推进系统设计也有具体要求。为了对冰区船舶轮机进行科学设计，船舶相关推进系统设计不仅要满足基本使用性质，还需要对船舶的建造成本进行控制。考虑到冰区的全面性质，船舶推进系统的设计可采用可调节的螺旋桨轴系统，选用该系统的主要原因包括：可调节螺旋桨在实际进行操作时较为简单，对于常出现后退及停止操作的船舶适用性能相对较高，采用该系统的船舶可在1A级冰区进行低速正常航行。针对超过上限要求的冰区，可调节螺旋桨系统可在原有基础上进行优化设计，如可在船舶的船尾部分加装稳定性能较好的螺旋桨，以此来提升船舶的航行适应能力，降低船舶外界干扰，提升船舶的可操作性。

2 冰区航行船舶轮机设计基本标准探究

对于冰区航行船舶轮机的基本设计标准主要表现在以下方面。

1）依据实际气象组织对于海冰的基本命名标准，可得到极地航船的相关设计标准为：针对PC1 级极地航行船舶标准，可在一整年内于极地水域进行航行；对于PC2 标准极地航行船舶可在中度结冰的结冰区域进行整年航行；对于PC3 标准极地航行船舶可在多年结冰的结冰区域进行整年航行；对于PC4 标准极地航行船舶可在第一年厚结冰区域进行整年航行；PC5 标准极地航行船舶可在第一年结冰区厚度处于中等区域进行整年航行；对于PC6 标准极地航行船舶可在第一年结冰区厚度处于中等区域进行夏和秋两季航行；PC7 标准极地航行船舶可在第一年冰区厚度较薄区域进行夏和秋两季航行[2]。

2）在对冰区船舶轮机系统进行设计时需要做到以下内容：要先对冰区船舶系统和机械设备进行设计，具体设计还要复合实际航行的基本安全规定；船舶前端位置还需要安装相应的破冰设备，对于不同型号的单螺旋桨船舶，还需要针对性安装补救装置，以此来提升船舶航行出现故障的安全防护工作，降低基本损失。

3）在对冰区航行船舶轮机进行设计时，还需要对船舶的螺旋桨及传动装置等进行科学计算。由于螺旋桨和传动装置等对于船舶的航行具有较为重要的作用，故进行相关科学计算时要将相关影响因素考虑全面，依据不同冰区的冰层厚度等自然环境因素对冲击力进行计算，保证相关船舶的设计强度满足基本要求，达到通过计算提升航行船舶安全性的目的。

4）由于冰区航行船舶在转动到最大距离时主机会处于启动状态，故对于船舶的设计还需要满足原动机启动的基本要求。考虑到冰区的特殊情况，需要对航行船舶的设计增加加热设备，便于船舶可在温度较低的区域可及时启动应急装置，确保船舶能够长期处于安全稳定状态航行。此外，为了保证所添加加热设备能够正常启动，需要在设计时确保该设备可正常启动多次。

5）由于冰区船舶的稳定性和安全性会受到相关辅助系统的影响，故在进行船舶设计时还要对船舶的辅助系统和相关防护装置进行合理化设计，在保证船舶正常运行的同时也可防止设备受到损坏。船舶的辅助系统包含破冰装置，可便于除去船舶运行所产生的冰块，还需要对船舶的管道进行防护，防止冰区的积雪等进入管道造成堵塞现象[3]。

3 冰区航行船舶轮机设计的具体要求探究

在冰区航行船舶轮机设计要求中，芬兰冰级规范设计要求主要表现为以下内容：1）对于芬兰冰级的IA Super 级别船舶航行不需要借助于破冰船，船体的基本结构、发动机输出功率及船舶的基本设备和系统等都能保证其可正常航行，且可满足冰区情况严重航行要求；2）对于芬兰冰级的IA 级别船舶与IA Super 级别船舶航行基本相似，只是性能相对较低一点；3）对于芬兰冰级的IB 级别船舶也不需要破冰船的帮助，只是船体的基本结构等只能满足中等冰区航行；4）对于芬兰冰级的IC 级别船舶在不需要破冰船帮助的情况下基本性能只能满足薄冰冰区的基本航行要求；5）对于芬兰冰级的II 级别船舶的航行通常使用于敞开水区域航行，其推进设备科保证船舶可在薄冰冰区进行航行；6）对于芬兰冰级的IIII 级别船舶的航行达不到冰区航行的基本要求[4]。

针对芬兰冰级规范设计要求，冰区航行船舶的主机功率设计主要表现为：中间部分如IA、IB、IC 冰级区域航行时船舶的主机输出功率要设计超过1000 kW，对于情况最好的冰级船舶设计主机功率则需要超过2800 kW。其次，对于冰区航行船舶的不同装置设计，需要结合船舶航行的基本情况对其主要结构和功能进行设计，要做到严格按照相关规定标准进行合理化设计，如对于螺旋桨的设计要考虑到船舶和冰层相撞情况需要承受的冲击力，故不同装置的设计还要结合适应航行的冰区实际情况进行计算。再者，对于冰区航行船舶的原动机启动进行设计时，要考虑到船舶遇见障碍物的特殊情况，为了保证处于特殊情况时船舶不出现停止航行，则需要对船舶的启动系统设计具备充足的空气容量，以此提升船舶的稳定航行。最后，对于船舶的冷却水系统设计还要注意到以下特殊情况：海水的进口要放在船舯靠后位置；船舶的水箱设计要足够大，要满足基本长期航行；水箱高度设计还要满足基本要求，最好能够浮于海上；海地进水口的设计要保证横截面积够大。通过以上设计内容确保船舶的冷水提供满足航行要求。

4 结语

冰区航行船舶轮机设计要求研究具有较为重要的意义和作用，不仅可提升船舶在冰区航行的速率，还可确保冰区船舶的航行更加安全和稳定。考虑到不同区域冰区的自然情况不相同的情况，在对航行船舶进行具体设计时要先对冰区的基本情况进行科学了解，在依据所得到的冰区信息对船舶的各个系统和装置进行合理化设计。在已有的冰区船舶设计标准中，对冰区航行船舶的轮机系统、螺旋桨及传动装置、相关辅助系统等的设计和计算进行明确规定，故在进行不同航行区域冰区船舶的设计时，要做到考虑特殊情况，严格依据相关规范要求进行科学设计，保证船舶在相应冰区的航行更加稳定化[5]。