基于SOLAS公约与实船配置的应急舵解读
作者刘晓丰，肖仲明等
摘要：舵设备是重要的船舶航行安全设备。根据SOLAS公约的规定，辅助操舵装置能在主操舵装置失效时迅速投入工作，故有人称其为应急舵；在操舵装置控制系统中有随动操舵、自动操舵和手柄操舵三种操舵模式，有人称手柄操舵为应急舵；还有人称应急操舵程序为应急舵。针对驾引人员对应急舵的不同理解，根据SOLAS公约的相关要求和实船的配置，详细解读辅助操舵装置、手柄操舵和应急操舵。驾引人员正确理解应急舵，避免混淆概念，可以更有效地保证船舶航行安全。
关键词：应急舵；手柄操舵 ；辅助操舵装置；应急操舵
一、引言
舵设备是船舶保持和改变航向及旋回运动的设备，是重要的船舶航行安全设备之一[1]。以育鹏轮为例，一旦舵设备出现故障，按照船舶安全管理体系文件的应急计划，应进行应急操舵，并使用应急舵。但该轮体系文件的应急计划中只有一句“使用应急舵”，没有说明如何启用，驾驶员只能凭借自己的专业知识来操作。SOLAS公约和国内《钢质海船入级规范》都未涉及应急舵这一概念，只提及辅助操舵装置和应急操舵。正是因为相关专业教材和文献均未对应急舵进行详细准确的阐述，故驾引人员对其有几种不同的理解：有人认为本船设有主操舵装置和辅助操舵装置，其中辅助操舵装置就是应急舵；有人认为自动操舵仪的手柄操舵是应急舵的一种；有人认为船舶的应急操舵就是应急舵。[2-6]本文结合SOLAS公约对舵设备的相关要求和实船的舵设备组成，较为详细地对船舶应急舵进行解读。
二、舵设备组成
舵设备由舵装置、操舵装置、操舵装置控制系统及其他附属装置组成。其中，操舵装置由使舵叶转动的动力设备和转舵机构组成，其作用是把舵机的动力传到舵柄，由舵柄驱动舵杆进而使舵装置（舵叶）转动，操舵装置位于船舶舵机室。严格意义上，舵机是指舵转动的动力设备，如电动液压舵机是指电动机及其驱动的液压泵和辅助设备，但在航海实践中操舵装置简称为舵机[3]。操舵装置控制系统是指将舵令由驾驶室传到操舵装置动力设备的设备。以当今海船广泛采用的设备类型为研究对象，其中操舵装置是电动液压的，操舵装置控制系统是电力控制的。
三、SOLAS公约相关要求
本文以干货船为研究对象，故对液货船的操舵装置和操舵装置控制系统方面的SOLAS公约相关内容未涉及。操舵装置和操舵装置控制系统的配置要求在SOLAS公约中的第2-1章《构造-结构、分舱与稳性、机电设备》有详细的规定。
( 一 ) 对操舵装置的相关要求
第3条2款 主操舵装置是指在正常情况下为操纵船舶而使舵产生动作所必需的机械、转舵机构、操舵装置动力设备和其附属设备以及向舵杆施加转矩的装置。
第3条4款 辅助操舵装置是指在主操舵装置失效时操纵船舶所必需的设备，其不属于主操舵装置的任何部分，但可共用其中的舵柄、舵扇和舵杆或作同样用途的部件。
第29条1款 每艘船舶应设有一套主操舵装置和一套辅助操舵装置。该主操舵装置和辅助操舵装置的布置应满足其中一套发生故障时不致引起另一套失效。
第29条3款 主操舵装置和舵杆应：
.2 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度转至另一舷35度以及于相同条件下在不超过28秒内将舵自任一舷35度转至另一舷30度；
.3 为满足上款的要求，当舵柄处的舵杆直径 ( 不包括冰区加强 ) 大于120毫米时，该操舵装置应为动力操作。
第29条4款 辅助操舵装置应：
.1 具有足够强度和足以在可航行的速度下操纵船舶，并能在紧急情况下迅速投入工作；
.2 能在船舶处于最深航海吃水并以最大营运前进航速的一半或7节 ( 取大者 ) 前进时，在不超过60秒内将舵自一舷15度转至另一舷15度；
.3 动力操纵，以必要时满足本条4.2的要求，以及满足任何情况下主管机关对舵柄处的舵杆直径大于230毫米 ( 不包括冰区加强 ) 的要求。
第29条6.1款 如主操舵装置具有2台或2台以上相同的动力设备，则在下列条件下可不设置辅助操舵装置：
.1 对于客船，当任一台动力设备不工作时，主操舵装置仍能按本条3.2进行操舵；
.2 对于货船，当所有动力设备都工作时，主操舵装置能按本条3.2进行操舵；
.3 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，此缺陷能被隔离，使操舵能力能够保持或迅速恢复。
( 二 ) 对操舵装置控制系统的相关要求
第29条7款 应按下列要求布置操舵装置的控制系统：
.1 对于主操舵装置，应在驾驶室和舵机室两处都设有控制器。
.2 当主操舵装置具有2台或2台以上相同的动力设备时，应设置两套独立的控制系统，且每套系统均应能在驾驶室控制。但这并不要求设双套操舵手轮或手柄。
.3 能从驾驶室操作的主、辅助操舵装置的控制系统应符合下列要求：在舵机室应设有能将驾驶室操纵的任何控制系统从正在运转的操舵装置上断开的设施；此控制系统应能在驾驶室某一位置被投入工作。
( 三 ) 对舵设备的动力供应的相关要求
第29条14款 如果要求舵柄处舵杆直径超过230毫米 ( 不包括冰区加强 )，应设有一个由应急电源或舵机室内的一个独立动力源在45秒内自动供电的替代动力源。
第30条2款 由一台或几台动力设备组成的每一电动或电动液压操舵装置至少应由两个自主配电板直接供电的专用电路供电；但是，其中之一可以由应急配电板供电。
四、应急舵的解读
从在线汉语辞海中查到“应急”的释义是“应付急需；应付紧急情况”，从字面上理解应急舵是指一个或一套应对紧急情况投入使用的硬件设备，但是指舵设备的舵装置、操舵装置、操舵装置控制系统中的哪一个呢？结合公约内容和实船舵设备配置发现，无论从字面上还是内涵上，应急舵都应是指应急操舵装置，其是船舶主操舵装置的替代装置，下面进行详细解读。
( 一 ) 若船舶设辅助操舵装置，则其就是应急舵
( 1 ) 若船舶设有一套主操舵装置和一套辅助操舵装置，结合公约第2-1章3条4款、29条1款和4款，则辅助操舵装置就是应急操舵装置[7]，简称为应急舵。操舵装置按常见的动力类型可分为电动操舵装置和电动液压操舵装置。其中电动操舵装置的工作原理是电动机驱动蜗杆带动舵扇，舵扇带动舵柄转动，最后由舵柄转动舵杆；而电动液压操舵装置的工作原理是电动机使液压泵工作产生动力，由液压油的动力驱动相应的转舵机构 ( 动叶或柱塞 ) 工作，由转舵机构带动舵柄转动，最后由舵柄转动舵杆。辅助操舵装置的定义中提到“可共用其中的舵柄、舵扇和舵杆或作同样用途的部件”，其中电动液压操舵装置中的动叶或柱塞和电动操舵装置中的舵扇是同样用途的部件，也就是说辅助操舵装置和主操舵装置可以共用转舵机构。由第2-1章29条3款和4款可知，主操舵装置和辅助操舵装置的区别主要是在动力设备的性能要求上。具体来说，船舶设一套主操舵装置和一套辅助操舵装置时，两套操舵装置共用一套转舵机构和各自一台动力设备，只是辅助操舵装置对应的动力设备的性能比主操舵装置的动力设备要求要低；如果舵柄处舵杆直径不大于230毫米，辅助操舵装置对应的动力设备还可以是人力的。
( 2 ) 一般海船上只设一套主操舵装置并配有两台或两台以上相同的动力设备，而不设辅助操舵装置，也就是第2-1章29条6.1款代替29条1款。这样的主操舵装置不仅有利于提高船舶操纵性能，而且便于设备的维护保养。图1为大连海事大学教学实习船育鹏轮的罗尔斯-罗伊斯转叶式液压舵机。结合该轮的中国船级社入级证书 ( 表1为育鹏轮中国船级社入级证书的操舵装置部分 ) 可知，育鹏轮设一套主操舵装置及两台相同的操舵装置动力设备 ( 图1中的动力单元就是液压泵 )，而未设辅助操舵装置。这两台操舵装置动力设备可以同时工作，也可单独工作，如其中一台动力设备失效，可以将有故障的设备隔离，让另一台操舵装置动力设备投入使用，从而保证操舵正常。
图1 育鹏轮转叶式液压舵机
表1 育鹏轮中国船级社入级证书的操舵装置部分
当船舶主操舵装置设两台相同的动力设备而未设辅助操舵装置，这种情况下两台动力设备即两个液压泵并无主次之分。这两台动力设备与主配电板相连，并且其中一台还与应急配电板相连。航海实践上，大洋航行时，船舶只启动电动液压舵机的一个液压泵，并定期交替使用两个液压泵；船舶进出港航行时，将电动液压舵机的两个液压泵同时开启，使两个液压泵互为备用。在平时，主操舵装置的两台动力设备是交替或同时使用，故即使其中一台动力设备连接应急配电板，称之为应急舵也是不妥的。总之，主操舵装置设有两台或两台以上相同动力设备时，动力设备互为备用，也就没有应急舵之称；发生紧急情况时，应采取应急操舵程序。至于应急操舵则是另一个概念，后面详细阐述。
( 二 ) 自动操舵仪中的手柄操舵不是应急舵,只是一种操舵方式
前面已经说明，目前海船主要设一套主操舵装置配两台或两台以上相同的动力设备。根据第2-1章29条7.2款，应设两套能从驾驶台控制的操舵装置控制系统。一般来说，每艘船舶会配备一台自动操舵仪。图2为YOKOGAWA PT900自动操舵仪的系统框图，从中可以看出一台自动操舵仪设两套从驾驶室到舵机室的操舵装置控制系统，每套控制系统都设有三种不同的操舵方式，即随动操舵、自动操舵和手柄操舵。下面分别介绍这三种操舵方式的工作原理：
图2 YOKOGAW A PT900自动操舵仪系统框图
( 1 ) 随动操舵 ( FU )，俗称人工操舵，由舵工根据舵令操舵，转动舵轮，舵叶随之转动，当舵叶转至所操舵角时停止。图3[4]为随动操舵原理示意图。
图3 随动操舵原理示意图
( 2 ) 自动操舵 ( AUTO )，根据陀螺罗经送来的船舶实际航向与设定航向信号的偏差，自动纠正偏航，可以使船较准确地长时间保持在设定的航向上。图4为自动操舵原理示意图。
图4 自动操舵原理示意图
( 3 ) 手柄操舵 ( NFU )，也称为直接操舵或非随动操舵。其缺点是无舵角反馈，需要人工在舵角到达所要舵令的舵角时，及时松开手柄。图5[4]为手柄操舵原理示意图。
图5 手柄操舵原理示意图
从图6可以看出，手柄操舵增加舵角反馈就是随动操舵，随动操舵再增加航向反馈就是自动操舵。一台自动操舵仪设两套操舵装置控制系统，并且每套系统都设随动操舵、自动操舵和手柄操舵三种操舵方式。航海实践上，驾驶员会交替使用两套控制系统。手柄操舵和随动操舵不是独立的两套系统，只是两种不同的操舵方式，故手柄操舵不是应急舵的一种。两套操舵装置控制系统（NO.1&NO.2）是相同的系统，二者互为备用。当随动操舵失灵时，可以转换手柄操舵，称之为应急操舵。
图6 操舵装置控制系统与操舵模式
若船舶设一套主操舵装置和一套辅助操舵装置，且舵柄处舵杆直径大于230毫米，根据第2-1章29条4.2款和7.2款，主、辅操舵装置都应可以从驾驶室控制。船舶平时使用主操舵装置及其控制系统，只有紧急情况时辅助操舵装置及其驾驶台控制系统才投入使用。因辅助操舵装置是应急舵，所以其在驾驶台的控制系统也可称为应急舵。
( 三 ) 应急操舵是一个操舵程序，不是应急舵
SOLAS公约第5章26条4款规定，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。应急操舵程序应包括在舵机室的直接控制、与驾驶室的通信程序以及 ( 如适用 ) 转换动力供应的操作。应急操舵和应急舵虽然只差了一个字，但在内涵上是有区别的。应急操舵多的一个字是强调一个动作或程序，而应急舵是指紧急情况发生时替代的装置。根据公约，应急操舵应至少包括三个方面，但为弄清应急操舵与应急舵的关系，本文只详细阐述应急操舵程序中关于在舵机室的直接控制这部分内容。
( 1 ) 如果船舶设一套主操舵装置配两台或两台以上相同的动力设备，并且一台自动操舵仪设两套操舵装置控制系统，此时应急操舵中在舵机室的直接控制是指操舵控制从驾驶室转到舵机室，将图7中的舵机控制箱的选择开关由1转到3，然后选择舵机控制箱上的按钮进行直接操舵；如果舵机控制箱按钮失灵，可以控制主操舵装置上的电磁阀 ( 图8为液压舵机的电磁阀 ) 来进行操舵，一台操舵装置动力设备对应一个电磁阀。无论是自动舵操舵仪的随动操舵、自动舵和手柄操舵，还是舵机室的直接操舵，其实都是控制操舵装置上的电磁阀。所以说，对于未设辅助操舵装置的船舶，应急操舵只是一个应急操舵程序，而不是应急舵。
图7 舵机控制箱的选择开关
图8 液压舵机的电磁阀
( 2 ) 若船舶设辅助操舵装置且舵柄处舵杆直径大于230毫米，则应急操舵程序中的舵机室直接控制应包括主操舵装置的舵机室直接控制和辅助操舵装置的舵机室直接控制；另外，其程序还应包括从驾驶台对辅助操舵装置的控制。若船舶设辅助操舵装置且舵柄处舵杆直径不大于230毫米，应急操舵程序应包括主操舵装置的舵机室直接控制和辅助操舵装置的舵机室直接控制。
五、总结
综上所述，结合SOLAS公约相关规定和实船舵设备分析得出以下结论：
( 1 ) 若船舶设置一套主操舵装置配两台或两台以上的动力设备时，船舶没有应急舵，发生紧急情况时按应急操舵程序执行；若船舶设置一套主操舵装置和一套辅助操舵装置，可将辅助操舵装置称为应急舵。
( 2 ) 自动操舵仪上的手柄操舵是一种操舵方式，不是应急舵，但可称其为应急操舵。
( 3 ) 应急操舵不是应急舵，是SOLAS公约关于正常操舵发生故障后而采取的一种应急程序。
基于以上结论，描述舵设备的应急设备或应急措施时，应使用“应急操舵”一词或“辅助操舵装置”一词，避免使用“应急舵”一词，以免造成混淆。根据育鹏轮的实船设备，其安全管理体系文件应急计划中的“使用应急舵”应改为“执行应急操舵”。正确理解辅助操舵装置、手柄操舵和应急操舵的含义，驾引人员才能避免机械盲目地采取应急行动，从而有的放矢地执行应急操舵程序，更为有效地保证船舶航行安全。