二副专业解读船舶舵机系统
舵机是用以操纵船舶、控制或改变船舶航向的重要设备,对船舶航行至关重要。操舵装置是否处于可用的良好状态,直接关系到船舶的航行安全,以至成为船舶安全检查的一项重要内容。现就船舶操舵装置、操舵控制系统、应急操舵程序和演习及 SOLAS公约第五章第26.1款、第26.2款等容易产生误解的概念作些浅释。
一、操舵装置
1.定义
能够使舵转动的装置称为操舵装置,通常指安装在舵机室内的舵机和传动机构,分为主操舵装置和辅操舵装置。主操舵装置是指在正常航行的情况下为驾驶船舶而使舵产生动作所必需的机械、转舵机构、舵机装置动力设备(如设有)及其附属设备向舵杆传递转矩的部件(如舵柄及舵扇);辅橾舵装置是指在主操舵装置失效时为驾驶船舶所需的设备。
2.主操舵装置与辅操舵装置的区别
从定义上讲,辅操舵装置应独立于主操舵装置,除了舵柄和舵扇等可共用外,其他部分(包括动力部分)都不可以共用。就字面意义而言,主、辅操舵装置很容易混淆,导致很多航海者把驾驶台的NFU操舵柄(下文会提到)或驾驶台两边操纵台上、舵机间舵机旁边上的香蕉柄当作辅操舵装置。其实,这些设备都只是主操舵装置的一种控制器(操舵方式),而非所谓的应急舵或辅操舵装置。
3.主操舵装置替代辅操舵装置的条件
根据公约要求:如果主操舵装置具有两台或几台相同的动力设备,对于客船,当任一台动力设备不工作时,主操舵装置必须仍能具有足够的强度并在船舶处于最深航海吃水、以最大营运航速前进时将舵自一舷35°转至另一舷35°,以及相同条件下在不超过28秒内将舵自任一舷35°转至另一舷30°;对于货船,当所有动力设备都工作时,主操
舵装置必须能满足上述满舵操作的强度,而且主操舵装置应布置成:当其管系或一台动力设备发生单项故障时能被隔离,使操舵能力持续保证或迅速恢复。
在动力设备上,对于客船,任何一台动力设备都得满足公约要求的性能;对于货船,则只需所有动力设备一起工作时满足公约要求性能即可,但需在满足发生单项故障时能被隔离并迅速恢复的条件下才不必设有辅操舵装置。随着航运业船舶运力需求的扩大,船舶越造越大,很多大型船舶几乎都满足以上动力设备的数量条件,可以不设置辅操舵装置,但一些小船或者旧船上仍有辅操舵装置,如人力操舵、太平舵等。
二、操舵控制系统
1.定义
操舵控制系统,也称操舵遥控系统,是指用于操纵控制操舵装置及舵机等机构的舵机控制器,分有驾驶台操舵控制系统和舵机间舵机控制器。驾驶台操舵控制系统是指安装在驾驶台操舵台上的操舵控制系统(多为自动式),主要是将舵令由驾驶室传至舵机动力装置的一系列设备,如图1所示。舵机间控制器通常是指舵机旁的手柄(香蕉柄)或操舵按钮。
2.公约规定
按照公约要求,对于主操舵装置,应在驾驶室和舵机室两处都设有控制器;当主操舵装置设有两台或几台相同的动力设备时,应在机械及电气系统上设置两套完全独立的控制系统,但不要求设置双套操舵手轮或手柄两套独立的系统可以自动切换、互为备用,即当一套系统故障时可以在3秒内自动切换(也可以通过选择开关手动切换)到另一套系统进行工作,当断电恢复后又可以自动再启动,而且每套系统均应能在驾驶台控制。对于辅操舵装置(如设有),应在舵机舱进行控制;若用动力操纵,则应能在驾驶室实行控制,并独立于主操舵装置控制系统。
3.驾驶台操舵控制系统操舵模式
在驾驶台操舵控制系统中,一般设有非随动操舵模式(Non follow-up- mode-—N,亦称简单或单动操舵模式)、随动操舵模式(Follow--upmode,俗称手操舵模式,简称“HAND”)、自动操舵模式(Auto pilot mode-AUTO)、远程控制模式(Romote control-—RC)。
(1)非随动操舵模式(NFU),是一种开环控制模式、手柄控制、使舵机按照给定的转向转舵的操舵模式。这种模式,只能控制舵机的起停和转舵方向。当舵转至所需的舵角时,操舵者必须再次发出停止转舵的信号才能使舵停转。它既可设在驾驶台,也可设在舵机旁,以备应急操舵或检修、调试舵机时用。通常是通过操舵手柄(香蕉柄)来完成操舵的,工作原理如图2所示。
(2)随动操舵模式(HAND),是在非随动操舵模式的基础上形成的一种闭环控制模式,即操舵者发出舵角指令后,使舵按照指定的方向转动并在转到指令舵角后停止的操舵模式。在这种模式下,舵角是自动调节的,航向是人工调节的,其闭环调节系统的调节对象是舵叶,而被调节的量是舵角。当操舵人员将手轮转向某一舵角时,舵叶就按所要求的方向偏转,舵角反馈装置则不断发出反馈信号如果反馈信号与控制信号有偏差,舵叶就会继续转动,一直转到所需舵角时停止。因事先不能确定被调节的量一一舵角的给定值之变化情况,故称为随动模式。
随动操舵模式可以简化操舵工作:操舵人员不需要不断地转动舵轮并仔细观察舵角的指示器,只需将手轮转到要求的舵角并跟踪系统,就可以让机械复演控制机构所规定的运动,从而使舵叶与舵轮的位置相一致,将舵准确地停在给定的角度上。通常是通过操舵手轮来完成操舵的,工作原理如图3所示。
(3)自动舵模式(AUTO),是在随动操舵仪的基础上将舵的电机控制系统与电罗经联系起来的操舵模式。它增加了航向的偏航信号:当船舶航向偏离规定航向时,由于电罗经与船舶相对运动,控制系统就会在无人发令的情况下自动执行、电动机自动带动舵叶偏转,使船舶重新返回到原来的航向上。其工作原理如图4所示。
(4)远程控制模式(RC),是在自动操舵模式上加一模块,通过外部系统(连接部分硬件计程仪、陀螺罗经、定位仪)输入航路数据、位置偏移量,再通过微机软件对这些信号和数据进行计算、分析与处理,使船舶自动地沿着计划航线航行并能在预定的转向点自动转向,实现智能化、全自动化。
从以上操舵装置控制系统中四个操舵模式的定义看,是依次递升的:后者的操舵模式都比其前者多加了一些仪器设备,而且是以方便和适应为原则设计的,如图5所示。除了非随动模式(简单操舵模式)外,其他操舵模式都是可以选用的。
三、应急操舵程序和应急操舵演习
1.应急操舵程序
对于应急操舵这个概念,有些航海者习惯性地称其为“应急舵”,省去了“操”字。这种提法不科学,因为从字面上理解,容易被认为是主操舵装置的替代装置。实际上,与主操舵装置对应的是辅操舵装置
应急操舵强调的是一种行为,这个行为可以施加于主操舵装置,也可以施加于辅操舵装置。由于主操舵装置和辅操舵装置要求控制器的位置不同,所以应急操舵程序应根据船舶是否配备了辅操舵装来编制,可能是一个程序,也可能是二个程序。
应急操舵程序,其实就是一种逐步检查和排除故障的过程。对于主操舵装置控制系统,当船舶操舵发生故障时,可由航迹舵(如有)转换到自动舵模式(AUTO),再由自动舵转到随动舵(HAND),然后转到非随动舵(NFU),逐个排除掉相关联的设备及电路的影响;如果非随动舵还是失效,则可排除掉驾驶台控制系统,直接到舵机室使用舵机盘操舵柄,这样就形成了一种对操舵模式逐一试验的程序。另外,在紧急情况下可以一步到位,直接到舵机室操纵。当然,程序还应包括对其他设备的检查,如驾驶台与舵机间的通信设备、舵机间的照明设备和舵角指示器等,也包括其他外围环境下的应急处置方法,如进出港或狭水道航行时的应急行动。
2.应急操舵演习
按照 SOLAS公约第五章26.4款的有关规定,除常规校核和试验外,应至少每三个月进行一次应急操舵演习,以练习应急操舵程序。演习包括在舵机室内的直接控制与驾驶室的通信程序以及转换动力供应(如适用)的操作。根据规定,应急操舵演习包括四个要素:
(1)练习应急操舵程序;
(2)在舵机室内的直接控制;
(3)与驾驶室的通信程序
(4)转换动力供应。其中,在(1)和(4)上普遍存在理解和操作方面的问题:
①对于应急操舵程序的问题是不符合实际,主要表现在部分配有辅操舵装置的船舶应编制两个应急操舵程序,但实际上只制定了一个;演习内容应包括应急操舵程序的所有内容,以达到练习的目的,但实际中却跳过了这个程序,直接在舵机室内进行操控。
②很多船舶以为动力供应就是操舵装置的动力设备,以至演习中只是在几台动力设备上转换测试操舵,即用第一号舵机实验操舵后就切换到第二号舵机试验。其实,这里的动力供应转换指的是船舶主电源和应急电源之间的转换,即转换替代动力源试验。SOLAS公约与国内检验规则的相关条款规定,舵杆大于230毫米的舵机(不包括航行冰区时的加强)要配备应急电源或舵机舱内的一个独立动力源在45秒内自动供电的替代动力源;在10000总吨及以上的船舶,该替代动力源应具有至少连续运转30分钟的能力,在任何其他船舶上,该替代动力源则应具有至少连续运转10分钟的能力。有些人可能觉得,不启动应急发电机,仅仅用主电源通过应急配电板给相应的舵机供电来测试舵机是否正常就行了。岂不知,这是没有可靠性的。因为应急发电机检查是电源检查,只有在应急的情况下通过应急配电板操作测试、检查应急发电机能否供电,才是公约规定和检验规则要求的。
四、 SOLAS公约第五章第26.1款和第26.2款解读
根据 SOLAS公约第五章第26.1款的规定,船舶开航前12小时内应由船员对操舵装置进行校核和试验。试验操作程序(如适用)是:主操舵装置→辅操舵装置→操舵装置遥控系统→驾驶室内的操舵位置→应急动力供应→相对于舵实际位置的舵角指示器→操舵装置遥控系统动力故障报警器→操舵装置动力设备故障报警器→自动隔断装置及其他自动设备。据公约第五章第26.2款的规定校核和试验应包括:按所要求的操舵装置能力进行满舵运动;检查操舵装置及其联动部件的外观。
1.关于第26.2款满舵运动的问题 SOLAS公约第五章第26.2款中的“所要求的操舵装置能力”,可以指公约中第ⅡI-1章C部分29.3款第2项和29.4款第2项:主操舵装置能在
船舶处于最深航海吃水并以最大营运航速前进时将舵自一舷35°转至另一舷35°,以及相同条件下在不超过28秒内将舵自任一舷35°转至另一舷30°辅操舵装置能在船舶处于最深航海吃水并以最大营运航速的一半或7节(取大者)前进时,在不超过60秒内将舵自一舷15°转至另一舷15°,也可以指舵机设备有关证书指定的要求(试验证书上通常以舵角转向速度( Rudder turning speed)表示,如最小转速为为3528秒]——这个要求都是在船舶处于最深航海吃水并以最大营运航速或一半(辅操舵装置)条件下进行的。可见,这个项目的满舵试验应是在试航时试验[MSC.365(93)决议中也对此项试航条件作了补充],即当船舶在一次投入营运或经过了某些改造后应对舵机进行的一种满舵试验,以满足公约要求。
对于 SOLAS公约第五章第262款规定的校核和试验,有些航海者把其列入了26.1款的范畴内,即属于开航前12小时内的检查项目,导致以在码头或锚泊中对舵机进行的左右满舵试验时间(如不大于28秒等)作为判断舵机操舵能力是否满足要求的依据。这显然是对规则理解有误。按 SOLAS公约的款项排序,26.2款是与26.1款分开而单独列出来的一款,并非第26.1款中的内容。再看第26.4款的前面部分:除本26.1款和第26.2款所述的常规校核和试验外…。可见,第26.1款和第26.2款是属于舵设备的常规检查,只是在第26.1款中规定了在开航前12小时的时间内,而在第26.2款中则没有。这说明可在开航12小时前或者更早完成。
在其他的2.2、2.3项中,可以按照公司ISM体系文件或者舵机说明书上的要求,对舵机进行定期测试、检查、保养,但对于第26.5款又明确了定期从事短程航行的船舶应每周至少进行一次常规校核和试验、检查。
2.关于第26.1款开航前12小时校核试验的问题有些航海者会认为,根据这款要求,应该把其里面提到的设备及关联部件都测试一遍,甚至要按照应急操舵演习程序来完成。笔者认为,这不实际。这款试验、检查只是常规性的:从第一项至第五项是以对设备开机运行测试或目视检查为主的,第六项是对舵试验,第七项至第九项是故障报警测试,也是设备之间的转换以及报警器的测试,都不要花很长的时间。
其实,这款要求可以在船舶备车期间完成,也可以在备车前12小时内完成,但会涉及到在码头或锚泊中人员紧张或作为加班时间的问题。通常多在备车期间由至少四个人(值班驾驶员、舵工、值班轮机员、电机员等)配合完成,其中值班驾驶员和舵工在驾驶台,值班轮机员和电机员在舵机室(有时也会是驾驶员和轮机员、电机员一起去舵机室完成,但这会导致驾驶台处于无人值班状态。在靠泊或者锚地里备车时,驾驶员应在驾驶台保持高频值守并与梯口值班一水或看舱班、防海盗班船员持续联系,一旦驾驶员进入舵机室,就可能与外界中断联系),通过自动电话或声力电话保持联系;驾驶员在驾驶台开启操舵装置及其控制系统,检查各设备的运转工况是否正常,电机员和轮机员在舵机室检查舵机设备运转、各油路电路及其相关部位是否正常,并测试相关的报警器,由驾驶员配合电机员确认并消除报警,然后指令舵工进行左右对舵;驾
驶员校对驾驶室里各个舵角指示器是否正常,轮机员核对舵机室里各个舵角指示器是否一致。
以上是笔者对 SOLAS公约中操舵装置的一些概念和在日常演习、测试中发现的一些问题所做的浅释,旨在通过交流,增加对船舶舵机系统的理解,不足之处请同行指正。
作者:郑昌泰,中远海运集装箱运输有限公司二副;