摘要：对冰区航行船舶的轮机设计的主要目的，就是为了保证船舶的正常航行以及船舶上人们的正常生活，主要涉及推进系统、消防系统以及生活系统。冰区航行是当今社会船舶发展的趋势，本文主要论述了冰区航行规则的发展和技术的规划，对极地航行的船舶的设计要求进行了探究，同时分析了冰区船舶的螺旋桨的载荷信息，以此来对冰区航行船舶轮船主机设计进行简单的探析。
关键词：冰区航行；船舶轮机；设计要求
当前极地航线逐渐开辟，开始有越来越多的船舶进入极地地区或寒冷地区。在寒冷地带船舶航行既要考虑海水结冰或低温给船舶航行带来的影响，又要考虑在低温情况下船舶相关设施是否能够承受温度带来的影响，如设备设施冻裂。因此在对冰区航行船舶轮机的设计师要从多方面考虑，保证船舶在寒冷、极地等地区的顺利航行。
一、船舶航行技术规划
有关冰区航行的船舶的主推进系统的发展现状。针对在冰区航行的船舶的主推进系统，我们要对其适应性进行考虑，既要兼顾成本，又要兼顾使用，确保两方面的平衡。我们建议在冰区行驶的船舶在有条件的情况下最好能够采用可调桨轴系，主要原因是可调桨轴系具备良好的可操纵性能，对于船舶在冰区前进、后退以及停船进行操作都十分便利，这很适合于在1A冰区进行低速航行；我们也应该对使用工况进行优化，为了使船舶能够在冰清较为严重的情况下进行进行独立的操作，这就需要我们在传播上安装一个Azipod推进器，并使得这个推进器能够进行360度独立旋转，并配备一个螺旋桨，该螺旋桨具备定距的功能，并以“牵引”的模将该螺旋桨作为船舶的首部螺旋桨的功能来进行使用。这样的方式可以保持在各种工况下的稳定性同时能够提升船舶的操纵性，同时这种方式也有一个很重要的缺点，就是成本较高。
二、螺旋桨在冰区船舶上的载荷信息
极地等地区海水水域的海冰和所在的寒冷环境会对船舶的推进系统带来一定的影响和阻碍。而在这种环境下，海冰与螺旋桨或者吊舱等部件通过相互作用会对整个推进系统的正常工作产生重要的影响。出于方便计算的因素，我们可以将在海冰作用下螺旋桨的载荷简单分为三个类型，第一种是海冰的接触载荷，这种载荷产生的原因是冰桨触碰产生了海冰的破碎。第二种是不可分的水动力载荷，这种载荷的产生是由于海冰的拥堵效应、接近效应，还有因为海冰的存在产生的空泡效应所导致。第三种是可分的水动力载荷，这种载荷就是指在水中情况螺旋桨的载荷。除了对海冰干扰因素的考虑，我们还需要对冰区推进系统的低温环境进行细致的考虑，包括在低温环境下能够产生的影响。螺旋桨具有低温脆性的特性，这就需要我们考虑低温条件下螺旋桨的材质。
三、对极地航行船的设计要求
（1）对极地冰级的介绍。2014年国际海事组织通过了一个规则，名为《国际极地水域船舶作业规则》，这一规则在2017年开始生效实施。这一规则适用于在南北极作业的船舶，同时这一规则将极地水域分3类：中等一年冰、薄一年冰、开敞水域/严重程度不如前两类的冰况。I CAS发布了极地航行船舶规范，对极地冰级进行了具体划分，主要针对船舶制定了具体要求，可参考极地冰级表及极地冰级描述。极地冰级及极地冰级描述（以世界气象组织海冰命名）为PC1：全年在极地水域工作；PC2：在中度多年结冰的情况下进行全年工作；PC3：全年工作在第二年结冰含有多年结冰的条件下工作；PC4：全年工作在第一年厚的结冰含有前期结冰的条件下工作；PC5：全年工作中第一年中等厚度的结冰含有前期结冰的条件下工作；PC6：夏季/秋季工作在第一年中等厚度的結冰含有前期结冰的条件下工作；PC7：夏季/秋季工作在第一年薄冰含有前期结冰的条件下工作。
（2）在防冻方面对轮机的设计要求，极地行驶的船舶我们需要满足轮机的防冻要求，为满足该要求，供给柴油机的空气需要符合厂家对温度设定的最低要求，同时船舶的其他设备，如重要的供给设备、安全设备以及安全系统的滑油等液体也需要满足在低温的环境下对其的要求。关于辅助系统的设计要求，为了避免冰雪对船舶的机械设备的损坏，我们应当按照标准要求安装相应的防护设备；对于在冰区航行时间比较长的船舶设备，我们需要做好透气管等船舶其他管路的防护工作，防止在低温条件下冰块、雪块进入透气管等管路，造成管路堵塞情况的产生；对于海水箱和压载舱，我们一定要避免冰块的聚集，对此可以配备合适的压缩空气、蒸汽或热水对设施设备进行冲洗。
（3）动力方面对航行船的设计要求。关于动力方面的设计要求，一是关于系统的设计要求，我们要求系统设计和机械设备的设计能够满足安全防护的具体要求，我们可以在船舶的内部系统中安装相应的除冰设置。针对冰级在PC1到PCS的单螺旋桨船舶，我们应当关注在机械破损时该如何进行工作，对此我们应当安装能够及时补救的装置。二是关于螺旋、轴系以及传动装置的计算，我们需要对这些部件、装置的强度进行精确的计算，并且应该对螺旋桨叶片如果受到冰块打击时产生的冲击力进行着重的计算和考虑，以此来保证相关系统能够正常并安全的运转，其中关于负荷能力的计算应该根据冲击力和相应的公式来一起计算。三是关于原动机起动。当螺旋桨达到最大螺距时，主机起动，为了方便船舶在低温情况下正常起动应急电源装置，需要在船舶上相应位置安装加热装置，并且这些加热装置应该可以达到在突发情况下至可以启动三次的标准。四是设计冰级桨。
我们对冰级桨相关的设计经验主要是对螺旋桨的一些列系统进行测试，并根据测试结果进行判断、推测而获得的，我们对螺旋桨设计点的选择，主要应对航行环境进行判断，对不同的航行条件进行评估和权衡。
四、总结
对船舶的设计要求需要根据实际情况进行研究，设计出合理的解决办法，冰区航行船舶的论及设计应满足相关规则的要求，并最好设计研发工作，并参考以往相对较为成熟的设计方案进行参考。
参考文献：
[1]李晚侠，陶盛山，许小红.船级社对寒冷地区航行船舶的轮机设计要求[J].江苏船舶，2016（4）.
作者简介：费飞（1988），女，汉族，吉林舒兰人，本科，助理工程师，研究方向：船舶轮机设计。
