續:從羅賓遜圖看主機“反轉向” – 高碰輝輪機長 (廈門興諾信船務有限公司) Part2:From the Robinson diagram to learn the ”reverse direction” of main engine

三、倒車起動的最佳時機

從羅賓遜圖可以清楚地看到,在水渦輪的後半程,主機0轉速前有最大負扭矩(圖中C點), 0轉速後有最小負扭矩, 倒車起動的最佳時機就是要最大限度地利用負扭矩下降的慣性,遠離最大負扭矩點無論是前或後,倒車的成功率都較低,也都容易引起主機反轉。理論上倒車起動的最佳時機就是負扭矩下降靠近最大負扭矩的某一點,考慮到操作的滯後及起動系統的遲滯,結合製動的需要,實際操作要提前,既最大負扭矩點前就要實施制動。以我輪為例,依教科書的解釋,轉速下降到接近10%時,負扭矩達到最大,也就是11轉為最大負扭矩點,但實際制動轉速設定在27轉。從倒車起動最佳時機的選擇來看,引水的車令(AHD→STOP→S.AST)可能已錯過這一時機,倒車失敗也就在情理之中。因此對於可運轉換向的柴油機,船舶有險情或需制動時,沒必要拉STOP車令,應直接由AHD→AST,可運轉換向的柴油機即便沒有轉向連鎖,都會有換向連鎖,柴油機會自動停油,當然輪機員在回車令時,也應同時將油門拉停,以策安全,並在轉速降至制動轉速時起動主機,實施制動以把握倒車起動的最佳時機。車鐘的功能,不同機型作用不同,即使同一條船,操縱部位不同,其作用也是不同的,應鑑別使用。

從上述的試驗結果也可以明顯看出, 75%標定航速以前, 航速的下降很快,由於船速的慣性作用,75%標定航速以後航速下降較慢,如9.9節→7.9節約需6分鐘,即便倒車運轉十幾秒後,航速也僅降低0.2節(7.9節→7.7節)。對於駕控的MAN B&W經常會出現駕控倒車試驗正常,而轉為集控時倒車試驗卻失敗,就是因為駕控雖然航速高但通過CPU 的有效控制,準確、及時地利用了倒車起動的最佳時機;而集控時由於駕控倒車運行時間短,航速下降慢,在高航速、低起動空氣壓力(相對駕控而言)、非倒車起動的最佳時機(0轉速起動)的情況下主機倒車,失敗也就司空見慣。從這一點來說,單憑駕控倒車試驗正常,而轉為集控時倒車試驗失敗,就認為主機的控制系統有故障,顯然是一種草率的推斷。

四、轉向連鎖與“WRONGWAY”指示燈 

無論是B&W、 MAN B&W或是UEC柴油機控制室控制台上都設有“WRONG WAY” 指示燈,這僅是一個誤操作預警指示,不是真正的故障警報,也不代表柴油機具有轉向連鎖。柴油機是否具有轉向連鎖要看操縱系統的邏輯方框圖或測速系統的比較環節。在筆者上過的B&W和UEC船舶中,柴油機都沒有轉向連鎖,控制系統鑑別的只是換向機構或凸輪是否與車令一致,如一致,則係統認為“轉向”與車令相符,系統輸出給油信號,而柴油機的實際轉向是否與車令一致控制系統不予鑑別。對於MAN B&W,機型不同,控制系統不同,差別較大,SMC-C由於駕控和集控都採用CPU控制,測速系統能鑑別正反轉,因此無論是駕控或是集控都具有轉向連鎖,由於CPU的其它完美設計,不會出現反轉向穩定運轉。而SMC-E部分船駕控和集控的邏輯迴路是不同的,駕控採用CPU控制,具有轉向連鎖;集控採用EP控制(電-氣控制),其邏輯迴路與B&W大致相同,控制系統鑑別的只是換向機構是否與車令一致,柴油機不具備轉向連鎖,也就會出現反轉向。

此外, MAN B&W柴油機“WRONG WAY”的適用控制方式都僅是機旁操車,因為機旁操車時車鐘僅用於應答,換向是由機旁操車台上的換向旋鈕完成的,也就容易反操作,所以才設置“WRONG WAY” 指示;而由於換向手柄與車鐘合為一體,集控時不可能反操作,所以“WRONGWAY”不會動作。有的SMC-E集控正常制動出現主機反轉向,沒有任何警報,“WRONG WAY” 指示也沒有動作,正是因為此時的控制方式是集控。部分B&W或UEC,由於換向手柄與車鐘分離,集控與機旁操車都會引起反操作,“WRONG WAY”都會動作;但如果車令沒有操反,且換向後換向機構或凸輪與車令一致(換向成功),則因外力與起動不當引起的主機反轉,“WRONG WAY”不會動作。正確認識、理解本船的“WRONG WAY” 指示,不要被教科書誤導,任何一種條文規定、研究報告、經驗總結等等都有其適用範圍,有其局限性或失誤之處,應仔細識別、正確對待。 

五、倒車的涵義 

根據多數公司體係要求及相關國家法規都要求抵港前要進行正、倒車試驗,正車試驗除操縱系統或主機故障,一般不會有什麼問題。但倒車試驗常令人不太滿意,主要是對倒車的理解不太統一。實際上從羅賓遜圖可以清楚地看出,從航速的大小來分,倒車主要有以下3種。因此倒車試驗時,應明白要達到何種目的?是要試驗“倒著走”( 一般倒航,判斷設備故障),或是試驗臨界航速的製動(駕機協調演練),或是試驗緊急制動(測試CRASH ASTERN功能)?事先駕機應達到必要的共識,否則無視航速及其它因素對倒車的影響,籠統地試驗,以一代全,結果也就常不盡人意,有時甚至會造成公說公有理,婆說婆有理的難堪局面。

1. 微速(5節以下)或零航速的倒車這是一般的倒航,即小制動,“倒著走”,無航速或航速5節以下時,對車令沒有要求,一般都能成功。無論對主機安全或船舶安全來講,港內機動航行船舶制動都應盡量在此範圍內,眾所周知,不再詳述。

2. 5節以上至50%標定航速的倒車——臨界航速附近的製動這是船舶面臨險情航速較高而不得不採取的製動,也就是河道航行等常要面臨的、具有真正意義的船舶強制制動,這種制動不會對主機造成太大傷害,應屬正常制動。臨界航速的製動比較困難,如果第一車令給得太小,從羅賓遜圖可以清楚地看到是不容易成功的。機動操車FULL AHD→F.AST由於其倒航工況點在柴油機工作範圍內,所以FULL AHD. →F.AST對主機不會有太大的影響。此外現代柴油機如前所述工作範圍更廣,FULL AHD.→F.AST.的操作更加柔和。因此機動操車需要製動船舶時,為了一次倒車成功(羅賓遜圖)、避免主機反轉,同時避免主機超負荷(S型圖),亦即將羅賓遜圖與螺旋槳推力圖(S型圖)結合起來,倒車車令與正車車令應是相反的,即倒車車令應先高後低AHD. →STOP →F.AST. (至少H.AST) →HALF AST. →S.AST或以下;不應該象正車車令由低到高,即AHD. →STOP→S.AST. →H.AST。

如前所述,如是可運轉換向的柴油機,STOP位可不用停留,直接拉至倒車位。對於車鐘與油門桿分離的氣動或電-氣控制,在航速較高而車令又不恰當時,輪機員應能隨機應變,起動後,待轉速超過發火轉速5~10轉時,油門要迅速推至FULL或HALF以上,運行15~30秒以上,待倒車運轉穩定後,再將油門放至車令所要求的位置,否則一開始就盲目地跟隨車令,倒車失敗也就在所難免。如起動時,轉速不能超過發火轉速5~10轉以上( 參考值,因船而異);或轉速達34~40轉後又迅速下降至最低穩定轉速以下,應即刻將油門拉停,再進行二次製動,否則就會引起主機反轉。


3. 50%標定航速以上的倒車這是常說的CRASHASTERN,也就是緊急制動,緊急制動需使用CRASH ASTERN功能,如果沒有使用CRASH ASTERN功能,按倒航或正常制動操作,倒車是不切實際的。由於CRASHASTERN不但會損傷主機軸承,而且最常見的是使透平劇烈喘振,導致透平地角螺栓鬆脫或斷裂,轉子異常磨損或嚴重損壞等等,因此不宜常試。除非“棄機保船”有必要,否則也盡量少用。有必要解釋的是,使用CRASH ASTERN功能不一定就會損壞主機,只有高航速高轉速才會造成前述損壞,機動操車的臨界航速制動與微速倒航使用CRASH ASTERN功能不會對主機造成致命損傷。當然機型不同,CRASHASTERN功能的設計與使用不同,機動操車使用,對主機造成的影響也不同,不再詳述。

全文總結:綜合前述各種分析,理論上臨界航速附近的製動依羅賓遜圖的解釋,應能正常制動成功,但由於人為因素(倒車起動最佳時機的喪失與小車令)與客觀因素的影響(流速大小與方向),實際試驗卻常常失敗,這是許多船所面臨的潛在危險。

1. 鑑於此,順流調頭、船舶面臨險情航速較高的倒車對車令的要求或者冒昧地說對駕駛台的要求主要包含三點:

2、對輪機員的要求有:

總之,對於當代柴油機出現“反轉向”,除個別柴油機的“AH”閥卡死外,另一不容忽視的原因是操作不當。只有駕機密切配合,對第一車令的要求形成共識,方能避免順流調頭、船舶面臨險情航速較高時出現的倒車失敗、主機反轉,方能確保進出港的確實安全乃至航行安全。



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作 者:高碰輝輪機長
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