靈便型散貨船前期設計階段中的錨泊系統布置

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(南通中遠川崎船舶工程有限公司，江蘇 南通 226005)

錨泊系統各設備間的位置相互關聯(見圖1),布置無法單獨決定,其中錨鏈筒布置需著重考慮,以保證滿足錨拉起/釋放時的自由度、錨頭與外板的距離、錨在擱置時與錨唇的貼合度等指標。

1 布置前的準備工作

1.1 舾裝數

在布置展開前,首要任務是確定靈便型散貨船的舾裝數。根據CSR共同規范計算得EN值，可找到對應所需艏錨與錨鏈的規格尺寸。

錨的形式很多,本文以AC-14型大抓力無桿錨為例錨設備中需要關注的參數如下。

1)錨桿長Ls。決定錨鏈筒長度包含錨唇部分。

2)錨頭最大寬度Ba。 與放錨過程中錨與艏部外板最大突出部間距相關。

上述參數值如無前船實際數據參考,需預先與錨廠家進行交流,并及時獲得信息反饋。

1.2 錨纜機選型

由系泊力計算結果并經與設備廠家前期商討,初步確定錨纜機設備型號,獲取外形CAD數據,以便在總布置圖中進行布置作業。錨纜機設備有兩機共軸和兩體分離的形式，選用何種形式取決于帶纜路徑與甲板布置空間大小。在無實際船借鑒情況下,需對初擬的不同形式、不同廠商的設備作概要研討,以減小在詳細設計中可能因設備廠家變更而導致對錨泊布置的影響。

1.3 巴拿馬運河帶纜樁位置要求

設計的靈便型散貨船一般都需要通過巴拿馬運河,在艏部總布置圖中可預先標出帶纜樁布置范圍,一方面可預先增加對錨泊設備布置的方向性認識,另一方面可避免在系統設備定位后可能因帶纜樁布置不滿足運河要求而進行的布置修改。

2 錨泊系統布置

2.1 錨鏈艙

船艏錨鏈艙應設置在艏部防撞艙壁前方,同時應盡量布置在結構件上,這樣可有效減少補強等加強材的使用量。錨鏈艙形式很多,靈便型散貨船一般選用圓筒形錨鏈艙,其鏈艙直徑和艙容與錨鏈的長度、直徑成一定比例。錨鏈長度可根據舾裝數對應檔位得到。錨鏈艙直徑選取,根據以往經驗,一般在(30～35)d,最大不超過40d(d為錨鏈直徑)。初步設計時,錨鏈艙直徑可選取30d,但最終選取值往往大于30d,并需修正為整數,以方便現場建造施工。如船東無特殊要求,錨鏈艙容積一般默認保留10%的余量。圓形錨鏈艙的容積V為

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式中:dc——錨鏈公稱直徑，mm;

ln——錨鏈艙內收藏的錨鏈長度，m;

lk——堆錐部分錨鏈長度，m。

錨鏈艙容積確定后可求得錨鏈艙整體高度H與錨鏈堆放高度h。需要說明的是：錨鏈艙直徑D與堆放高度h成反比關系,如果D過大,儲存的錨鏈在船舶航行中會隨船殼一起發生移動,撞擊錨鏈艙結構,形成損傷; 同時，D過大會使錨鏈堆放的相對基線位置偏高(見圖2),一定程度上影響船舶重心高度。錨鏈艙設計完成后,需進行相關穩性計算,評估錨鏈存放高度是否帶來負面影響。

圖2 D不同取值的錨鏈堆放示意

2.2 錨鏈管

錨鏈管位置應確使錨鏈在鏈艙內收藏的尖頂位于錨鏈艙中央,大致位于錨鏈艙頂部水平斷面的中心處，即與錨鏈艙中心保持在同一垂線上。

1.3 錨機位置和高度

1)錨機安裝在錨鏈管的上方。在水平方向上,錨機軸心大致位于錨鏈管中心偏船艏方向(1.0～1.5)d范圍內;

2)錨鏈與錨機鏈輪包角θ1、θ2(見圖3),由錨機廠家提供角度參考值。θ2角度是保證錨鏈與錨機鏈輪嚙合程度的參數，如果θ2過小,且放錨時錨鏈出速過快,錨鏈會跳出錨機鏈輪,對附近的人員和設備造成損傷。因此,設計采用的θ2角度不能小于廠家給定的參考數值。

圖3 艏部A-A剖面示意

3)錨機鏈輪中心高度取決于θ2角度和錨鏈筒甲板開口位置,在初始時可預設一高度,并不斷調整。期間,錨機輔機臺高度設置應注意:如果過高,在拉、放錨過程中會產生很大轉矩;如果過小,錨機的安裝、拆卸會略顯不便。

4)錨機、止鏈器、錨鏈筒。如果三者中心所成線段同處在一個垂直平面內時,最終布置會相對緊湊,所需占用的甲板面積會相對減小;如不處在同一平面時,需增設導鏈器,并考慮與止鏈器的配合使用,由此會產生材料和設計成本的增加,這類布置但盡量避免。

2.4 止鏈器

根據以往設計經驗,止鏈器本身可以選取標準產品,不同的標準對應不同的產品。前期設計階段應關注:

1)位置。止鏈器軸心大約距錨鏈管中心、船艏方向(45～50)d范圍內。

2)在錨機鏈輪中心高度確定后再調整軸心高。

2.5 錨鏈筒和錨唇

1)錨鏈管中心線長度Lh(從甲板開口至錨唇外開口)在(1.3～1.4)LS范圍內。其中LS為錨桿長度。初期研討的Lh取1.4倍的LS長度。

2)靈便型散貨船艏部受型線外飄影響,錨鏈筒一般較短,其長度 (從甲板開口至船體外板)不足以容納錨桿時,需加設錨唇對長度進行補足,同時保證錨在釋放中,錨頭與外板最小安全間距得到滿足。但錨唇長度越長,鑄件用料就越多;錨唇雖為結構厚實的鑄件,但與船體外板焊接處的強度需相應增強,以承受自重與可能的上浪撞擊,因此其長度應被限制在一定范圍內。

前期設計過程中,需綜合考慮以上因素選擇合適長度的錨唇。

3)θ值(見圖3)分布在35°～45°區間內,具有球鼻艏的大型船舶,θ可達到50°～55°。在實際設計中,若θ角度過大(假設θ=90°),錨鏈會卡壓在止鏈器滾輪上,造成對止鏈器結構的損傷,但此時錨與錨唇接觸點的摩擦力很小(可忽略不計); 若θ過小(假設θ=0°),錨鏈與止鏈器滾輪摩擦較小,但錨與錨唇接觸點摩擦很大。鑒于θ值選取受互為制約的兩因素影響,平衡整體效果,借鑒日本大多數船廠采用的θ=45°設計。

4)錨鏈筒中心線與甲板開口處交點與錨鏈管中心距離L(見圖3)。如果L長度設計過長,放錨時錨鏈會發生劇烈晃動,不同資料給出的L取值的參考范圍見表1。

表1 L的取值參考范圍

5)錨鏈筒中心線與船中線夾角θ3(見4),主要結合型線具體考慮。對靈便型散貨船而言,因其艏部型線相對肥大,θ3一般在10°左右；對設置球鼻艏大型船,θ3最大不超過20°。實際設計中,在θ3選取前,還要對艏部甲板布置空間大小、帶纜走向與金物配合預估后再選擇。

圖4 艏部錨鏈筒位置示意

6)錨鏈筒的上下壁厚。錨鏈移動時,始終與錨鏈筒內壁下表面摩擦,考慮到長期摩擦影響并根據實績經驗,錨鏈筒上表面厚度選取0.3d,下表面為0.4d。

7)正浮條件下,在錨入水過程中錨外端與船體外板最小凈間距不能低于500 mm。同時在一般壓載并伴隨橫傾1°與最大艉傾2%Lpp時,錨與外板凈間距至少保持200 mm以上(Rough Lines精度與冗裕度也需同時考慮)。

8)靈便型散貨船因考慮艏部儲備浮力一般需要設置艏樓甲板,因而錨唇布置相對吃水較高,但仍需考慮船艏波浪的最大高度L2與錨唇外表面高度的間距L1(見圖5),以防止因舷側擱置的錨位置過低而引起的水波增加船舶阻力。另外,錨的擱置位置不能超過艏柱。

圖5 艏波與錨唇高度間距

3 布置初定后的檢查調整

錨泊布置前期定位后,系纜設備即可進行相應布置設計。必須檢查帶纜出繩角度、纜機工作有效區間、金物與之周圍障礙物的安全凈空間等是否滿足實際操作要求。

在缺乏可參照的母型船資料背景下,新船錨泊前期布置,需要不斷調整,找到各設備的合適位置。同一艘船型沒有唯一的布置,只有更加合理、優化的方案。

另外,新船前期設計中的艏部型線尚未確定,會因多種原因而調整,即便是微小的變化也需要對初定的錨泊布置進行檢查和更新,直至船舶最終定型。因此錨泊系統布置是一個持續、不斷修改、不斷更新的過程。