船级社对寒冷地区航行船舶的轮机设计要求

李晚侠，陶盛山，许小红

(中外运长航集团金陵船厂，江苏 南京 210015)

船级社对寒冷地区航行船舶的轮机设计要求

李晚侠，陶盛山，许小红

(中外运长航集团金陵船厂，江苏 南京 210015)

摘要：考虑到寒冷地区航行的船舶越来越多，各船级社针对不同的环境条件，编制了各自的设计要求。以挪威(DNV)和劳氏(LR)船级社为例，分析船级社对寒冷地区航行要求等级的划分方法，理清船级社对寒冷地区航行船舶轮机设计要求的思路，以期对航行于寒冷地区船舶的设计有所帮助。

关键词：冰区航行;船级社;设计规范；轮机设计

0引言

随着极地航线的开辟，越来越多的船开始考虑航行于寒冷地带。船舶在寒冷地带航行时既要考虑海水低温甚至海水结冰的影响，又要考虑大气低温造成设施冻裂的影响，因而设计时应从各个方面全方位考虑才能保证船舶顺利航行于寒冷地带[1]。

各船级社针对船舶航行于寒冷地带的情况，制定了各自的入级符号，从安全航行角度给出了具体要求。通过对多个船级社规范的研究，发现船级社对相关寒冷地带航行的规定涉及设计方面内容一般分为3类：与芬兰-瑞典等同的冰区加强符号要求、极地航行要求和防冻(winterization)要求，至于更多考虑冰载荷撞击的破冰船着重要求的船体强度设计，本文不涉及该内容。各船级社对轮机设计的该类要求大抵相同。本文主要以常用的挪威(DNV)和劳氏(LR)船级社为例，分别从这3个方面具体分析船级社的要求。

1冰区加强要求

冰区加强等级通常依据冰层厚度划分。因地理位置关系，芬兰和瑞典较早制定出了冰级规则，对不同冰级提出了不同的技术要求[2]，成为了冰区航行的标准，得以被各大船级社借鉴。劳氏及挪威船级社与芬兰-瑞典冰级规则冰区加强符号[3]对应关系见表1。

1.1芬兰-瑞典冰级规则对轮机设计的要求

在轮机设计方面，冰级规则分别从主机、推进轴系、起动系统和冷却水系统等方面提出了要求，简单概括如下。

表1　劳氏及挪威船级社与芬兰-瑞典冰级的对应符号

1.1.1主机功率输出要求

主机输出功率不能小于计算值，不同冰级相关系数不同，计算结果也会有所差异；且至少对IA/IB/IC冰级不低于1 000 kW，对IA super冰级不低于2 800 kW。

1.1.2螺旋桨及推进轴系要求

螺旋桨、轴及齿轮箱等都有相应的强度要求，对不同冰级有各自详细的计算公式。

(1)对于IA super冰级，如果主机为可逆转，空压机应能在30 min内充满空气瓶。

(2)冷却水系统的要求：

①海水进口应尽可能位于船中线附近，并尽量靠近船艉；

②每750 kW的主辅机功率应尽配约1 m3的海水箱容积。海水箱应有足够的高度，以使冰块积聚在吸入管口以上。冷却水排放管以同样的管径接至海水箱顶部。海水进口格栅的通流面积应不小于进水管截面积的4倍。根据需要，海水箱上部可设加热盘管，并按实际情况，可利用压载水舱内的压载水作为备用冷却水[4]。

1.2船级社冰区加强符号对轮机的设计要求

船级社的要求相对于芬兰-瑞典冰级规则更为详细和具体，并有各自特殊的要求。

1.2.1劳氏冰区加强符号的主要特殊要求

(1)主推进系统部件材料为钢质或其他认可的可延展材料。

(2)位于最大载重线及以下的海水进口和出舷阀要提供低压的蒸汽或压缩空气接头用于清洗[5]。

(3)至少有1台消防泵连接至有除冰设施的海水箱。

(4)在特定温度下进行材料的夏比( Charpy) 冲击试验。

1.2.2挪威船级社冰区加强符号的主要特殊要求

对冰级1C及以上等级，水线以上的压载舱要提供有效的防冻措施,吹泡和加热布置均可接受[6],并特别提出按-10 ℃的环境温度设计。其他要求与劳氏船级社基本相同。

2极地航行要求

2014年国际海事组通过了《国际极地水域船舶作业规则》将于2017年1月1日生效。极地规则适用于在北极和南极作业的船舶。根据极地所在水域分为3类：中等一年冰、薄一年冰、开敞水域/严重程度不如前2类的冰况，从船舶安全作业和极地环境保护方面做出规定。

各船级社也分别制定了自己相应的极地航行规定，以后会随着生效的国际极地规则作适当修订。

2.1国际极地规则对轮机设计的主要要求

在防冻方面对轮机设计的主要要求如下：

(1)供给柴油机的空气要满足厂家对温度的最低要求。

(2)供给重要设备及安全设备和系统的液体及滑油要满足低温使用。

(3)海水箱和压载舱要避免冰块聚集，配备合适的压缩空气、蒸汽或热水冲洗设施。

(4)透气管、注入和排放管应设计防结冰和积雪。

(5)液体舱包括压载舱应考虑低温结冰引起的损害。

(6)需要连续运转的系统，要提供结冰和积雪的吹除措施。

(7)冰区海水箱要提供有效的除冰和透气。

(8)水线以上的海水箱、舷边阀和附件等应有防冻措施。

(9)所有油舱和燃油管系要保温至燃油所需温度范围。

2.2劳氏和挪威船级社极地航行要求

2.2.1劳氏船级社极地航行要求

劳氏船级社极地航行符号为PC1-PC7，对轮机设计的主要要求如下：

(1)由于结冰而损坏的系统都要可泄放。

(2)对PC1-PC5，单推进的船舶要能在桨损坏后能有合适的措施保证船舶的操纵。

(3)暴露于海水和低温的材料要进行合适的夏比(Charpy) 冲击试验。

(4)水线以上的压载舱要提供有效的防冻措施。

(5)推进系统尺寸及强度等需重新核算。

(6)对设备进行保护，防止结冰及被雪覆盖。需连续运转的设备要提供吹除冰雪的设施。

(7)对装有液体的舱柜防止结冰造成破损。

(8)透气管、进或排出管和相关系统要有措施防止结冰和积雪造成堵塞。

(9)对PC1-PC5，至少应设2个冰区海水箱，每750 kW的主辅机功率应配约1 m3的海水箱容积。

(10)水线以上的海水箱、舷边阀和附件等应有防冻措施。

(11)水线以上的首尾舱和两翼舱及其他有必要的舱均要设计防冻措施。

(12)机舱和居住区通风进口应在船的两舷均有设置。

(13)居住区和机舱通风进口提供加热设施。提供给设备的进风温度应适于设备运行。

2.2.2挪威船级社极地航行符号

挪威船级社极地航行符号为PC1-PC7，破冰船的附加标志为ICE05/10/15和POLAR10/20/30；对轮机设计主要要求类似劳氏船级社。

另外，挪威船级社特别给出了设计温度的范围，对PC-1到PC-5，设计温度取-20 ℃；对PC-6和PC-7设计温度取-10 ℃。对POLAR符号设计温度低于-30 ℃，对冰区加强符号如无特殊要求则无需考虑较低的温度。

3防冻临时导则要求

防冻(winterization)等级符号大多依据大气温度来划分，大多船级社作为临时性导则要求。各船级社对不同防冻等级下的设计有非常详细的要求，具体内容参见规范原文，本文仅给出防冻等级符号的划分方法和温度低于-30 ℃的典型要求。

3.1劳氏船级社防冻符号设计要求

劳氏船级社防冻等级符号的划分见表2。

表2　劳氏船级社防冻等级符号的划分

下面以防冻等级winterization C(最低设计温度低至-30 ℃)为例，列举一些主要的特殊要求：

(1)所有的管件及附件尽量位于室内，尽量少暴露于低温和结冰区。

(2)露天甲板的设备要能在最低的外部设计温度下运行，并提供必要的加热设备。

(3)供给主辅机的空气、滑油等要满足厂家对温度的最低要求。

(4)海水箱防冻布置参照芬兰-瑞典冰区加强要求。

(5)方位推、舵机等的电气和液压系统提供防冻设施，提供加热布置和合适的低温油脂和滑油等。

(6)系统设计充分考虑泄放，防止管系结冰，也要考虑泄放阀和支管关闭阀的合适设置。

(7)保证蒸汽系统的循环和凝水管防冻，采取绝热包扎或干空气吹洗等措施。

(8)重要用途的阀、仪表和监控设备要有防结冰保护、除冰措施或保护罩，露天的不易接近的阀和仪表等要有保护罩或放置在加热箱内。重要的阀的驱动头、电磁和传感器等要有加热布置。

(9)用于遥控的液压管路的控制阀要有加热布置，防止机械部件被冻。

(10)露天的淡水和海水管路提供防冻保护。提供放在能加热区域的隔离阀便于露天管段可以泄放，或者也可以提供泄放阀和空气吹洗接头等，或者提供加热布置或者保持水不断的循环等。

(11)甲板上的起动装置要提供防止凝水保护，露点接近外部设计温度或者带空气干燥器或者有加热布置等，管路最低点提供泄放阀。

(12)排油监控的露天管路提供加热布置，出舷部分提供蒸汽吹洗。

(13)机器处所和居住区域进出风口的百叶窗要提供防冻保护包括除冰和加热布置等。

(14)临近舷侧，位于压载水线以上的淡水舱和压载水舱要有防冻保护。对于完全位于水线以上的舱，加热盘管是有效的防冻保护。对于部分位于水线以下的舱，加热盘管、气泡和循环都能被认为是有效的防冻保护。水线以上的压载出舷管布置适当的加热设施。

(15)临近舷侧的生活污水舱及其相关管路要位于可加热处所或者提供加热保护。

(16)露天的透气管头要易于接近，尽可能位于有保护的处所，提供盖子防止积冰。布置了加热盘管的压载舱，可在透气管下方增设加热盘管防止透气管道结冰。

3.2挪威船级社防冻符号设计要求

挪威船级社防冻等级符号的划分及对应的设计条件分别见表3和表4。

表3　挪威船级社防冻等级符号的划分

表4　挪威船级社防冻等级对应的设计条件

挪威船级社以表格的形式列出了上述3种等级符号的具体要求。相比劳氏船级社，挪威船级社的防冻符号要求更细致具体，通过比较发现，Basic(平均设计温度低至-10 ℃，最低设计温度低至-30 ℃)符号的要求与winterization C类似。

4结语

通过以上的分析可以看出，冰区符号从冰级出发，主要考虑船体强度方面的影响，轮机细节方面注重海水温度对轮机设计的影响，并应特别考虑低温下液压系统的功能，水管、水箱和水舱的防冻措施，其对环境温度无相关定义和要求；极地符号会多少考虑低温环境的影响，对大气温度亦无明确的对应关系；而防冻符号则是从大气温度方面考虑防冻措施，船舶的防冻设计主要是从规定的设计温度考虑，

可参照对应的防冻(winterization)临时导则。

综上所述，船舶航行于寒冷地区的设计要求主要从船舶环境温度条件、冰区符号、极地符号以及防冻符号方面等对照船级社规范规定，这些条件要由船东依据航线合理提出，设计中综合考虑才能满足船舶航行安全等方面的要求。

参考文献：

[1]陆昌荣.航行于寒冷地区的船舶设计中应注意的问题[J].船舶设计通讯，2001(3)：26-29.

[2]许运秀.冰区航行船舶规范标准的发展[J].中国船检，2010(9):38-40.

[3]关东浩. 冰区航行船舶的设计[J].广船科技，2003(3)：32-36.

收稿日期：2015-10-12

作者简介：李晚侠(1980—)，女，工程师，工程硕士，从事船舶轮机专业设计工作。

中图分类号：U662.1

文献标志码：A