  船機(jī)故障心莫慌，遇事不決船機(jī)幫  導(dǎo)讀 文章分析了船用主柴油機(jī)超負(fù)荷原因，并考察其在船上運(yùn)行環(huán)境的特殊性和復(fù)雜性。 其所承受負(fù)荷多變性和不可預(yù)測(cè)性工況是固定 (陸上)機(jī)組運(yùn)行中根本不會(huì)出現(xiàn)的超負(fù)荷工況，而在船上卻極易發(fā)生。 有一種異態(tài)、常態(tài)反轉(zhuǎn)現(xiàn)象，且更多以一種隱性出現(xiàn)，具有不可預(yù)測(cè)的特點(diǎn)。 災(zāi)害性天氣、惡劣海況、航道地貌是造成超負(fù)荷的主因。 一 柴油機(jī)超負(fù)荷的一般釋義 固定柴油機(jī)組在運(yùn)行中只要不超越當(dāng)值機(jī)組的 “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)；轉(zhuǎn)速參數(shù))要求，都不會(huì)出現(xiàn)超負(fù)荷。 超過這些規(guī)定，機(jī)組被認(rèn)定超負(fù)荷，這是固定 (陸上)機(jī)組的情況，但是，船用柴油機(jī)運(yùn)行過程中超負(fù)荷認(rèn)定就遠(yuǎn)不這么簡(jiǎn)單。 這是因?yàn)榇貌裼蜋C(jī)受其推進(jìn)特性所決定。 另外， 還受海況影響。 船用柴油機(jī)在運(yùn)行中受到來自外界自然的、非人為的環(huán)境干擾和制約。 這種態(tài)勢(shì)，對(duì)固定機(jī)組是異態(tài)，在船用柴油機(jī)運(yùn)行過程中則屬于常態(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；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)性極強(qiáng)事件，存在極大的偶然性和不確定性。 這種超負(fù)荷我們姑且稱為 “隱性超負(fù)荷”，以區(qū)別固定機(jī)組超負(fù)荷。 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。 二 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)行環(huán)境、空間、條件和固定機(jī)組 (陸上)差異巨大，它在運(yùn)行過程中必然受到這些因素制約，機(jī)組負(fù)荷亦必然隨其變化而變化。 以下重點(diǎn)列舉幾點(diǎn)略作闡述，以說明其對(duì)機(jī)組運(yùn)行的影響程度。 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：“海上無風(fēng)三尺浪”，就是對(duì)海洋險(xiǎn)惡氣象的形象描述。 而波浪就是機(jī)組產(chǎn)生隱性超負(fù)荷主因之一。  圖1 柴油主機(jī)工作點(diǎn)在各種航行條件下的變化 從圖1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；海流流向因素；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；拖曳 (拖帶 )增 量加、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)造成機(jī)組實(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)致機(jī)組的功率、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)超速 (飛車)。 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)來說是最危險(xiǎn)的。 其他各種因素也以類似危害對(duì)機(jī)組產(chǎn)生作用，只不過嚴(yán)重程度不同而已。 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”得知，這時(shí)螺旋槳的推力和轉(zhuǎn)矩將從最小值升至最大值。 螺旋槳工作原理告訴我們：“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、機(jī)組都會(huì)因螺旋槳發(fā)出超過設(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，人為造成機(jī)組超負(fù)荷。 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，轉(zhuǎn)速下降，長(zhǎng)時(shí)間會(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。 4.拖曳  這種超負(fù)荷工況大多發(fā)生于拖網(wǎng)漁船。 主要原因是網(wǎng)具進(jìn)入大宗魚群或網(wǎng)具鉤掛異物 (沉船碎片、小礁石等)，會(huì)使原設(shè)定工況改變，進(jìn)程減少，螺旋槳攻角改變導(dǎo)致推力和轉(zhuǎn)矩增大。這種情況會(huì)引發(fā)長(zhǎng)時(shí)間超負(fù)荷工作。 5.螺旋槳撞擊漂浮物  在發(fā)生這種情況時(shí)，螺旋槳葉會(huì)發(fā)生變形，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。 6.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、貝類等)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，這必然增加機(jī)組額外負(fù)荷，“螺旋槳推進(jìn)特性曲線”隨之左移，機(jī)組轉(zhuǎn)速下降。 這時(shí)若保持原來設(shè)定轉(zhuǎn)速不變，機(jī)組實(shí)則處于超功率運(yùn)轉(zhuǎn)。 這種情況易造成錯(cuò)覺導(dǎo)致機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間超功率運(yùn)轉(zhuǎn)，危害很大。 7.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)的船來說其影響不可小視。 船越大、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)機(jī)組的影響越明顯。 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。 這從機(jī)組的排煙變化即可直觀地識(shí)別出來。 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)。 8.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。 三 超負(fù)荷危害及預(yù)防 超負(fù)荷是在機(jī)組運(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主觀行為動(dòng)作來化解，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)機(jī)組技術(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)荷是在船一機(jī)一槳三者失衡狀態(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)防機(jī)組超負(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)一駕合一模式化的現(xiàn)代船舶中，不論是輪管學(xué)科或駕駛專業(yè)都應(yīng)具備相關(guān)交叉的基本知識(shí)，任何單科知識(shí)在今天都是不夠的。 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管人員如何調(diào)整機(jī)組以適應(yīng)不同航行條件亦是不可能的。 故如何提高船員素質(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。 沒有高素質(zhì)人才，再好的東西亦執(zhí)行不好。 對(duì)于船用柴油機(jī)超負(fù)荷的預(yù)防，很多時(shí)候很難做到。 1)因?yàn)楹r變化在微觀范疇是不可預(yù)測(cè)的，最樂觀也只是對(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)機(jī)組的超負(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。 2)機(jī) (輪機(jī))駕 (駕駛)兩個(gè)部門的協(xié)調(diào)與合作。 在實(shí)際運(yùn)行中因?yàn)楦髯詫?duì)同樣一件事物考量各有所重，駕駛部門考量的是全船的安全，機(jī)務(wù)部門考量的是機(jī)器的安全，但在危急海況中可能引發(fā)各種超負(fù)荷情況下，機(jī)務(wù)部門服從駕駛部門是必要的，不可推辭。 故超負(fù)荷在所難免，機(jī)務(wù)部門只能要求盡量減少受傷害程度。 此時(shí)，過分強(qiáng)調(diào) “條例”或 “規(guī)程”是不恰當(dāng)?shù)摹?nbsp; 3)在特殊危險(xiǎn)船況時(shí)，如坐礁、擱淺，為了保證船舶、人員、貨物安全，犧牲一些主機(jī)的安全也是必然的，這也是一種預(yù)防。 4)突發(fā)事故時(shí)，如霧中航行、狹水道航行、復(fù)雜航道航行等可能發(fā)生的碰撞的全功率倒航或急轉(zhuǎn)彎、避險(xiǎn)等都必須超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。 5)在萬不得已時(shí)，駕駛部門應(yīng)考慮拋“海錨”來保護(hù)主機(jī)，但這時(shí)應(yīng)慎重衡量船舶的可操控性，無動(dòng)力船舶處境是相當(dāng)困難的。 6)船用主柴油機(jī)在以下幾種航行狀態(tài)下不應(yīng)作過度預(yù)防： ①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)。 在這若干種情況下，雖然主機(jī)有超負(fù)荷危險(xiǎn)，但為了全船安全也在所不惜了。 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 (俗稱舵力)。 一旦由于主機(jī)推進(jìn)功能導(dǎo)致喪失必要的操舵效能，船舶就有傾覆的危險(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，甚至船毀人亡。 這是作為輪管部門不能不事先做的預(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)副)，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)重威脅營(yíng)運(yùn)安全。 故預(yù)防超負(fù)荷的運(yùn)行應(yīng)作為事故預(yù)防重點(diǎn)來抓。 特別是對(duì)操作失效而造成超負(fù)荷更是應(yīng)警 鐘長(zhǎng)鳴，加以杜絕。 本文原創(chuàng)作者系： 湛江海洋大學(xué) 李 湛 梁榕輝 湛江造船廠 王希龍 END 感謝閱讀和關(guān)注 Thanks for reading and attention |
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