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船舶主機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中往往受船舶航行工況影響而容易發(fā)生超負(fù)荷現(xiàn)象，災(zāi)害性天氣、惡劣海況、航道地貌是造成船舶主機(jī)超負(fù)荷的主因。 1 船用主機(jī)超負(fù)荷的一般釋義 船用柴油機(jī)組在運(yùn)行中只要不超越其“功率速度特性曲線”限制和主要技術(shù)參數(shù)（主要是各項(xiàng)溫度參數(shù)、壓力參數(shù)和轉(zhuǎn)速參數(shù)）要求，一般都不會(huì)出現(xiàn)超負(fù)荷。若運(yùn)行參數(shù)超過(guò)這些規(guī)定，柴油機(jī)則被認(rèn)定為超負(fù)荷，但是，船用主機(jī)運(yùn)行過(guò)程中還受其推進(jìn)特性的制約。尤其是在惡劣海況、災(zāi)害性天氣等因素影響下，主機(jī)往往會(huì)超負(fù)荷。 船用柴油機(jī)在運(yùn)行中受到來(lái)自外界自然的、非人為的環(huán)境干擾和制約，這種態(tài)勢(shì)，在船用柴油機(jī)運(yùn)行過(guò)程中屬于常態(tài)，從而導(dǎo)致產(chǎn)生各種不可預(yù)知的（惡劣天氣、復(fù)雜海況和水底障礙物等）超負(fù)荷工況出現(xiàn)。這些外界因素導(dǎo)致的種種負(fù)荷的多變性通常處于“條例”或“規(guī)程”的管理之外，是一種隨機(jī)性事件，存在極大的偶然性和不確定性。它是一種危害性更大、更危險(xiǎn)的工況。下面就船用柴油機(jī)經(jīng)常遭遇的因外界因素引發(fā)的多種突發(fā)工況，分析其成因、環(huán)境條件、危害及預(yù)防。 2 船用柴油主機(jī)運(yùn)行環(huán)境的特殊性、復(fù)雜性與超負(fù)荷的關(guān)系 由于船用柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)受環(huán)境、空間、條件等諸多影響，它在運(yùn)行過(guò)程中必然受到這些因素制約，主機(jī)負(fù)荷亦必然隨其變化而變化。以下重點(diǎn)列舉幾點(diǎn)闡述，以說(shuō)明其對(duì)柴油機(jī)運(yùn)行的影響程度。 2.1 惡劣海況 它是指因暴風(fēng)雨、雪、海嘯、臺(tái)風(fēng)帶等原因引發(fā)的海域?yàn)?zāi)害性水文、氣象現(xiàn)象。海況變化隨時(shí)受空間、時(shí)間、氣象、航線、地理地貌條件等因素而變化，情況極其復(fù)雜。常言說(shuō)：“海上無(wú)風(fēng)三尺浪”，就是對(duì)海洋險(xiǎn)惡氣象的形象描述。而波浪就是柴油機(jī)產(chǎn)生隱性超負(fù)荷主因之一。 從圖1分析可知，如柴油機(jī)以標(biāo)定負(fù)荷速度特性，與具有推進(jìn)特性曲線Ⅰ的螺旋槳配合工作，工作點(diǎn)為a，此時(shí)柴油機(jī)發(fā)出標(biāo)定功率Pe，帶動(dòng)螺旋槳以標(biāo)定轉(zhuǎn)速ne轉(zhuǎn)動(dòng)。如果船舶阻力增加，螺旋槳的推進(jìn)特性曲線將會(huì)變陡，例如變?yōu)樘匦郧€Ⅱ，這樣工作點(diǎn)從a點(diǎn)變?yōu)閎點(diǎn)，此時(shí)，盡管柴油機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速均低于標(biāo)定值，但已經(jīng)在超扭矩范圍工作，這對(duì)柴油機(jī)的工作是十分不利的。反之，當(dāng)船舶阻力減小時(shí)，螺旋槳的推進(jìn)特性曲線將會(huì)變平坦，例如變?yōu)樘匦郧€Ⅲ，這樣工作點(diǎn)從a點(diǎn)變?yōu)閐點(diǎn)，此時(shí)，盡管柴油機(jī)未超扭矩工作，但柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率均超過(guò)標(biāo)定值ne和Pe，柴油機(jī)也處于超負(fù)荷狀態(tài)，這對(duì)柴油機(jī)的工作也是十分不利的。 而船舶航行阻力會(huì)受以下不可控因素的影響：暴風(fēng)雨雪海況因素，海水流向因素，航道地貌因素，船體水下部分污底因素，擱淺、觸礁因素，螺旋槳鉤掛異物，螺旋槳撞擊漂浮物等。而可控因素有：航行中急轉(zhuǎn)彎，啟航，狹水道，系泊，加速，倒航，換向，裝載等。這些因素單獨(dú)或綜合作用都會(huì)造成柴油機(jī)實(shí)際推進(jìn)曲線（或轉(zhuǎn)矩特性曲線）偏離原設(shè)計(jì)推進(jìn)特性曲線（或轉(zhuǎn)矩限制特性曲線），實(shí)際推進(jìn)向左邊或右邊的移動(dòng)都會(huì)導(dǎo)致柴油機(jī)的功率、轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速超負(fù)荷，這種工況在惡劣天氣海況中航行會(huì)反復(fù)交替出現(xiàn)。當(dāng)船舶處于波峰時(shí)，螺旋槳暴露于水面，產(chǎn)生零負(fù)荷空轉(zhuǎn),機(jī)組轉(zhuǎn)速驟增,主機(jī)發(fā)生超速(飛車(chē))。船舶處于波谷時(shí),船體浸水體積驟增,摩擦阻力突然加大,主機(jī)曲軸(含軸系)超負(fù)荷,螺旋槳推力和轉(zhuǎn)矩同時(shí)增加。這種惡劣海況引發(fā)船體的縱向和橫向搖擺都會(huì)產(chǎn)生以上兩種超負(fù)荷(實(shí)際伴隨超熱負(fù)荷)，而這兩種超負(fù)荷對(duì)船用柴油機(jī)來(lái)說(shuō)是最危險(xiǎn)的。其他各種因素也以類(lèi)似危害對(duì)主機(jī)產(chǎn)生作用,只不過(guò)嚴(yán)重程度不同而已。 2.2 船舶擱淺或坐觸礁 船舶眾多海損事故中,擱淺或坐礁(含觸礁)都是嚴(yán)重海損事故。在這種事故發(fā)生時(shí),船的進(jìn)程在瞬時(shí)從正常進(jìn)程突然下降到零進(jìn)程或接近零進(jìn)程,但主機(jī)還繼續(xù)以原工況帶動(dòng)螺旋槳工作。從“螺旋槳作用特性曲線”可知,這時(shí)螺旋槳的推力和轉(zhuǎn)矩將從最小值升至最大值。螺旋槳工作原理:“當(dāng)進(jìn)程逐漸加大時(shí),螺旋槳推力不斷減少,當(dāng)進(jìn)程增至某一數(shù)值時(shí)（一般稍大于H值）,螺旋槳推力為零，通常稱為零推力”。相反，當(dāng)進(jìn)程從最大值變?yōu)榱銜r(shí),螺旋槳攻角達(dá)最大值,這時(shí)螺旋槳、軸系、主機(jī)都會(huì)因螺旋槳發(fā)出超過(guò)設(shè)計(jì)推進(jìn)功率和轉(zhuǎn)矩而造成軸系、曲軸、連桿等的嚴(yán)重超負(fù)荷。船舶發(fā)生以上事故后為了自救脫險(xiǎn),往往也以這種在船舶零進(jìn)程工況下大負(fù)荷倒航，人為造成主機(jī)超負(fù)荷。 2.3 螺旋槳或艉軸纏繞異物 出現(xiàn)這種故障時(shí),螺旋槳負(fù)荷突增,主機(jī)排煙冒黑煙,轉(zhuǎn)速下降,主機(jī)長(zhǎng)時(shí)間這樣運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致冷卻水、潤(rùn)滑油溫度升高,燃燒惡化,軸系和曲軸超負(fù)荷。 2.4 螺旋槳撞擊漂浮物 在發(fā)生這種情況時(shí),螺旋槳葉可能出現(xiàn)變形,螺旋槳推進(jìn)特性變壞,尤其是螺距變大,動(dòng)平衡失衡,振動(dòng)加大,使各種軸承負(fù)荷大增而受損。 2.5 船體污底摩擦阻力增大 船舶隨營(yíng)運(yùn)時(shí)間的推移,船體外表海洋生物(藻類(lèi)、貝類(lèi)等)附著增多,銹蝕加重。船體摩擦阻力逐日增大,據(jù)相關(guān)資料稱船體摩擦力以每年2%的速度增加,這必然增加主機(jī)額外負(fù)荷,“螺旋槳推進(jìn)特性曲線”隨之左移,主機(jī)轉(zhuǎn)速下降。這時(shí)若保持原來(lái)設(shè)定轉(zhuǎn)速不變,主機(jī)實(shí)際上處于超功率運(yùn)轉(zhuǎn)。這種情況易造成錯(cuò)覺(jué)導(dǎo)致主機(jī)長(zhǎng)時(shí)間超功率運(yùn)轉(zhuǎn),危害很大。 2.6 船舶轉(zhuǎn)彎 眾所周知,每艘船都有自己特有的回轉(zhuǎn)半徑。這個(gè)特性的存在,對(duì)單機(jī)裝置的船影響不大,但對(duì)雙機(jī)或多機(jī)的船來(lái)說(shuō)其影響不可小視。船舶越大、越長(zhǎng),回轉(zhuǎn)半徑越大(一般為船長(zhǎng)的3倍左右),回轉(zhuǎn)時(shí)間越長(zhǎng),對(duì)主機(jī)的影響越明顯。由于內(nèi)外機(jī)組在船回轉(zhuǎn)時(shí)所處半徑不同,其所經(jīng)歷的距離、航跡不同,回轉(zhuǎn)圈內(nèi)側(cè)和外側(cè)機(jī)組螺旋槳所經(jīng)歷進(jìn)程不一樣,相應(yīng)的其內(nèi)外機(jī)組負(fù)荷(轉(zhuǎn)速)也不一樣。可從主機(jī)的排煙變化，直觀地識(shí)別出來(lái)。這時(shí)若不事先對(duì)機(jī)組進(jìn)行負(fù)荷(轉(zhuǎn)速)調(diào)整,內(nèi)側(cè)機(jī)組就會(huì)進(jìn)入嚴(yán)重的超負(fù)荷狀態(tài)。 2.7 狹水道(淺水)航行 對(duì)于船舶從海洋進(jìn)入河流(或運(yùn)河),或從深水區(qū)域進(jìn)入淺水區(qū)域,都會(huì)發(fā)生所謂的“船吸”(岸吸或底吸)現(xiàn)象,這種現(xiàn)象的最直接后果是航行阻力的增加,航速下降。若盲目地保持航速不變,則機(jī)組會(huì)處于超功率負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行。 3 超負(fù)荷危害及預(yù)防 超負(fù)荷是在主機(jī)運(yùn)行中發(fā)生的,原因只能從運(yùn)行中查找、分析。但綜觀其原因不外乎主觀因素和外界客觀因素。外界不利因素作用可以通過(guò)主觀行為動(dòng)作來(lái)化解,應(yīng)特別強(qiáng)調(diào)加深對(duì)客觀世界認(rèn)識(shí),如每次航線的預(yù)案制訂,氣象預(yù)報(bào)分析,對(duì)主機(jī)的技術(shù)狀態(tài)好壞的了解、應(yīng)對(duì)措施等,采取相應(yīng)運(yùn)行技巧以應(yīng)對(duì)客觀運(yùn)行條件。 超負(fù)荷是在船—機(jī)—槳三者失衡狀態(tài)下出現(xiàn)的。三者的相對(duì)均衡則是確保超負(fù)荷不出現(xiàn)的保證。而三者均衡的建立又是隨機(jī)的(特別是與海況)相關(guān)的,互為依存為前提的。預(yù)防主機(jī)超負(fù)荷的發(fā)生,人員的綜合知識(shí)的具備就顯得很重要。特別是機(jī)—駕合一模式化的現(xiàn)代船舶中,無(wú)論是輪機(jī)還是駕駛專(zhuān)業(yè)人員都應(yīng)具備相關(guān)交叉的基本知識(shí)。 在現(xiàn)代船舶運(yùn)行中,不諳“推進(jìn)特性曲線”的駕駛?cè)藛T如何科學(xué)操縱船舶運(yùn)行是不可想象的。而不知船舶性能的輪機(jī)管理人員如何調(diào)整主機(jī)以適應(yīng)不同航行條件亦是不可能的。故如何提高船員綜合素質(zhì)應(yīng)是預(yù)防工作的前提,各種條例、規(guī)程、制度是第二位的，沒(méi)有高素質(zhì)的管理人員,再好的機(jī)電設(shè)備也維護(hù)不好。 對(duì)于船用柴油機(jī)超負(fù)荷的預(yù)防,有的時(shí)候比較難控制，主要的影響因素如下： ?。?） 因?yàn)楹r變化在微觀范疇是不可預(yù)測(cè)的,最樂(lè)觀也只是對(duì)其宏觀變化作出預(yù)測(cè),對(duì)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)操作意義不大。因此,對(duì)主機(jī)的超負(fù)荷變化也就不可預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)不能先行,預(yù)防就談不上了。 ?。?） 駕駛臺(tái)和機(jī)艙兩個(gè)部門(mén)的協(xié)調(diào)與合作。在船舶實(shí)際營(yíng)運(yùn)中，因?yàn)楦髯詫?duì)相同的一件事物考慮方面各有不同，駕駛部門(mén)考慮的是全船的航行安全,輪機(jī)部門(mén)考量的是機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行安全,但在惡劣海況中可能引發(fā)各種超負(fù)荷情況下,輪機(jī)部門(mén)服從駕駛部門(mén)是必要的,不可推辭。故超負(fù)荷有時(shí)在所難免,輪機(jī)部門(mén)只能要求盡量減少主機(jī)受損害的程度，此時(shí),過(guò)分強(qiáng)調(diào)“條例”或“規(guī)程”是不恰當(dāng)?shù)摹?br> ?。?） 在特殊或危險(xiǎn)情況下,如坐礁、擱淺,為了保證船舶、人員和貨物的安全,犧牲一些機(jī)電設(shè)備的安全，也是必然的,這也是一種預(yù)防。 （4） 突發(fā)情況下,如霧中航行、狹水道航行和復(fù)雜水道航行等可能發(fā)生的碰撞，當(dāng)主機(jī)需要全負(fù)荷倒車(chē)或舵角轉(zhuǎn)彎、避險(xiǎn)等都必然會(huì)引起主機(jī)超負(fù)荷。 ?。?） 船用主柴油機(jī)在以下幾種航行狀態(tài)下不應(yīng)作過(guò)度預(yù)防: ?、?航行途中遭遇不可規(guī)避的惡劣海況(暴風(fēng)雨雪天氣、海嘯等)時(shí)； ② 在繁忙航道中天氣突變時(shí)； ③ 在順風(fēng)、順?biāo)至魉俅蟮莫M窄水道航行時(shí)； ④ 存在碰撞危險(xiǎn)需采取緊急避碰措施時(shí)。 在以上這些情況下,雖然主機(jī)有超負(fù)荷危險(xiǎn),但為了保證船舶安全也在所不惜了。其最低限度允許工況是必須保持船舶航行有足夠操舵效能。一旦由于主機(jī)推進(jìn)功能失效而導(dǎo)致船舶喪失必要的操舵效能,船舶可能導(dǎo)致傾覆的危險(xiǎn)。尤其在災(zāi)害性海況時(shí)或碰撞危險(xiǎn)時(shí)會(huì)造成比主機(jī)超負(fù)荷更加嚴(yán)重的后果,甚至發(fā)生海難事故，這時(shí)作為輪機(jī)部門(mén)不能不事先做好各種應(yīng)急預(yù)案。 船用柴油機(jī)超負(fù)荷的危害是不言而喻的。輕者加快機(jī)件磨損(特別是運(yùn)動(dòng)部件),縮短機(jī)器使用壽命,造成經(jīng)濟(jì)效益下降,船舶運(yùn)行效率受損。重者則可能造成機(jī)毀人亡的慘劇,船舶失控,嚴(yán)重威脅船舶營(yíng)運(yùn)安全。故預(yù)防主機(jī)超負(fù)荷的運(yùn)行應(yīng)作為事故預(yù)防重點(diǎn)來(lái)抓。尤其是由于對(duì)主機(jī)操作失誤而造成超負(fù)荷更是應(yīng)警鐘長(zhǎng)鳴,加以杜絕。 |
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