珠江口水域錨地防風(fēng)系船水鼓設(shè)計(jì)

摘要：我國是一個(gè)海洋大國，海洋的開發(fā)、利用及主權(quán)維護(hù)離不開船舶，作為防風(fēng)系船水鼓是保證錨地船舶在各種風(fēng)況下安全的重要設(shè)施之一。本文論述了水鼓設(shè)計(jì)計(jì)算、選型及校核等全過程，對(duì)相近(似)海域的錨地水鼓設(shè)計(jì)具有一定的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：錨地；系船水鼓；設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U667.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

The design of Anti-typhoon mooring buoy system in Pearl

River Estuary anchorage

FENG Linqing

( China Shipping Industry，Guangzhou，Co.，Ltd.Guangzhou 510290 )

Abstract: Our country is a strong maritime power， and the expl-oitation， usage and maintenance of ocean cannot be separated from vessels， The anti-typhoon mooring buoy system is one of the important facilities of guaranteeing the safety of vessels in anchorage under various conditions of wind. This article describes the design and calculation of the mooring buoy system， and the whole process of modl selection and verification. It offers a certain reference for the design of mooring buoy system in anchorage of similar waters.

Key words: Anchorage; mooring buoy system; design

1設(shè)計(jì)依據(jù)

（1）珠江口XXX水域錨地系船水鼓設(shè)計(jì)任務(wù)書；

（2）交通部第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院《海港工程設(shè)計(jì)手冊(cè)》（中），北京人民交通出版社1994.4；

（3）《防風(fēng)系船水鼓》GJB119A－2006，中華人民共和國國家軍用標(biāo)準(zhǔn)。

2設(shè)計(jì)參數(shù)

（1）船舶的主尺度

1 000 t級(jí)：船長74.0 m；船寬10.0 m；吃水4.0 m。

4 000 t級(jí)：船長120.0 m；船寬15.5 m；吃水5.5 m。

（2）風(fēng)況

本地區(qū)冬夏季節(jié)的風(fēng)向變化比較顯著，春季到初秋一般盛行偏南風(fēng)，秋季至冬末盛行偏北風(fēng)或偏東風(fēng)，3～4月份為冬夏風(fēng)向轉(zhuǎn)換期，9月份為夏冬風(fēng)向轉(zhuǎn)換期。

據(jù)1949～2008年統(tǒng)計(jì)資料，在珠江口及附近登陸的臺(tái)風(fēng)平均每年1.3次。每年6～9月份是臺(tái)風(fēng)盛行期，臺(tái)風(fēng)影響期間會(huì)帶來大風(fēng)和暴雨。冬季在冷空氣的影響下，季風(fēng)持續(xù)時(shí)間較長，風(fēng)力較強(qiáng)也較穩(wěn)定。

（3）潮汐情況

珠江河口的潮性系數(shù)在0.94～1.77之間，為不正規(guī)半日混合潮型，即每日出現(xiàn)兩次高潮和兩次低潮，但有日不等現(xiàn)象。珠江河口平均潮差均小于2 m，屬弱潮河口。

據(jù)1964～1992年資料統(tǒng)計(jì)，本工程點(diǎn)河段：歷年最高潮位4.23 m；歷年最低潮位-0.12 m ；平均海面1.86 m；平均高潮位2.65 m；平均低潮位1.04 m；最大潮差3.39 m；平均潮差1.61 m；平均漲潮歷時(shí)5時(shí)45分；平均落潮歷時(shí)6時(shí)45分。

據(jù)1964～1992年實(shí)測(cè)資料計(jì)算得出：極端高水位（50年一遇）4.32 m；極端低水位（50年一遇）：-0.18 m。

據(jù)1965～1980年資料統(tǒng)計(jì)，高潮時(shí)臺(tái)風(fēng)增水最大值為1.27 m。

從測(cè)量結(jié)果看，水流以潮流作用為主，潮流特性屬不正規(guī)半日潮型，且具有一般河口港的往復(fù)流性質(zhì)，一般落潮流速大于漲潮流速，表層流速大于底層流速。

（4）波浪情況

本水域主要受小風(fēng)區(qū)波浪影響，根據(jù)風(fēng)速及風(fēng)矩計(jì)算，工程位置的設(shè)計(jì)波高50年一遇為1.87 m（因波浪較小，設(shè)計(jì)高水位和極端高水位波浪基本一致）。

3系船水鼓設(shè)計(jì)

3.1參數(shù)的選定

風(fēng)速：取45 m/s

波浪：按50年一遇情況取1.87 m

潮流(流速、流向)：流速1.4 m/s；流向170o

潮位：歷史最高潮位4.23 m，最低潮位-0.12 m，極端高水位4.32 m，極端低水位-0.18 m，臺(tái)風(fēng)時(shí)增加水位1.27 m。

3.2系泊力計(jì)算

（1）按《海港工程設(shè)計(jì)手冊(cè)》計(jì)算

①風(fēng)壓力R風(fēng)

R風(fēng)＝9.8/2ρｃｖ2(A cos 2θ＋B sin 2θ)

式中：ρ——空氣密度(kgS2/ｍ4)；

Ｖ——風(fēng)速（m/s）；

Ｃ——風(fēng)壓系數(shù)，Ｃ＝1.35~0.05 cos2θ~0.35 cos 4θ~0.175 cos 6θ；

θ——風(fēng)與船舶中軸線夾角（°）；

A——水面以上船體正投影面積(ｍ2)；

B——水面以下船體側(cè)投影面積(ｍ2)。

R風(fēng)4000=264.3 kN

R風(fēng)1000=122.8 kN

② 流壓力R流

R流＝9.8/2ρ·ｃ·ｖ·Ｂ

式中：R流——流壓力(N)；

ρ——海水密度(kgs2/ｍ4)；

Ｃ——水流壓力系數(shù)，取2.0；

Ｖ——流速，取1.4 ｍ/ｓ。

R流4000＝980.4 kN

R流1000＝415.6 kN

③ 波浪力R波

波高＝1.87 m，對(duì)船舶作用力不大，忽略不計(jì)。

④ 合力R合

→ → → →

R合＝R風(fēng)＋R流＋R波

R合4000＝1 244.7 kN

R合1000＝538.4 kN

（2）按ＧＪＢ119Ａ—2006計(jì)算

① 船舶浸水面積Ｓ

Ｓ＝1.7ＬＤ＋ＣｂＬＢ

式中：Ｌ——水線間長（m）；

Ｄ——船舶吃水（m）；

Ｂ——船舶型寬（m）；

Cｂ——方形系數(shù)，取0.52。

S4 000 = 1 914.6 m2

S1 000 = 792.0 m2

② 水流摩擦力Ｆｓ

FS＝0.001 8ＶCＳ

FS 4 000＝6.75 kN

FS 1 000＝2.79 kN

式中：ＶC水流速度，取1.4 ｍ/ｓ。

③ 動(dòng)水壓力Ｆｄ

Ｆｄ＝0.3104ＶｃＡｄ

式中：Ａｄ——水線下部分縱向投影面積（㎡）。

Fｄ4 000＝368.07 kN

Fｄ1 000＝160.61 kN

④ 水流力引起船舶系泊力Ｆｃ

Ｆｃ＝ξ（Ｆｄ＋ＦS）

式中：ξ為水流組合系數(shù)，按標(biāo)準(zhǔn)圖查得為0.72。

Fc 4 000＝2 698.7 kN

Fc 1 000＝1 177.78 kN

⑤ 風(fēng)力引起船舶系泊力ＦW

Ｆｗ＝1/1 600Ｖ2ｗＫＷＡ

式中：ＶW——風(fēng)速(m）；

ＫＷ——偏蕩系數(shù)，取2.0；

Ａ——水線以上縱向受風(fēng)面積（㎡）。

Fw4000＝472.39 kN

Fw1000＝219.46 kN

⑥ 船舶系泊力F

F＝μＦW＋ＦC

式中：μ——風(fēng)動(dòng)力影響系數(shù)，查圖及μ4000＝1.75，μ1000＝1.5。

F4000＝3525.38 kN

F1000=1506.97 kN

（3）綜合上述二種計(jì)算方法選取：

F4000＝3 525.38 kN

F1000=1506.97 kN

3.3錨鏈選取

（1）錨鏈規(guī)格

依據(jù)上述計(jì)算的船舶系泊力，選取4 000 t級(jí)水鼓錨鏈為Φ92 ㎜Ⅲ級(jí)，其拉力為試驗(yàn)負(fù)荷4 260 kN＞3525.38 kN，拉斷負(fù)荷6 080 kN，滿足要求。

選取1 000 t級(jí)水鼓錨鏈為Φ58 ㎜Ⅲ級(jí)，其拉力為試驗(yàn)負(fù)荷1 810 kN＞1 506.97 kN，拉斷負(fù)荷2 600 kN，滿足要求。

（2）錨鏈長度

錨鏈長度：L=(H1+H2+H3+H4)ｆ

式中：H1——錨地水深，取24 m；

H2——最高潮位取4.23 m；

H3——沉錘埋深取5 m；

H4——系船水鼓干弦高，取0.63 m及0.77 m；

ｆ——長度系數(shù)，取1.15。

L4000=L1000=41（m）

3.4水鼓設(shè)計(jì)

（1）根據(jù)GJB1119A-2006

4 000 t級(jí)水鼓，選擇B級(jí)GⅡ型：Φ3 700x2 000 ( 高 )

1 000 t級(jí)水鼓，選擇C級(jí)GⅢ型：Φ3 300x1 800 ( 高 )

圖1 為4 000 t系船水鼓鼓體圖。

（2）水鼓干弦計(jì)算

F錨鏈+ F水鼓－F錨鏈浮－F水鼓浮=ρ(Ｖ圓臺(tái)+ ∫xoDπdx)

式中：ρ——水的密度（kg S2/m4）；

Ｖ圓臺(tái)——水鼓本體圓臺(tái)體積（m3）；

D——水鼓外圓直徑（m）。

X從圓臺(tái)上圓開始量度，則水鼓干弦為：

H4＝H－Ｘ－Ｈ圓臺(tái)

H4 4 000＝0.63 m

H4 1000＝0.77 m

圖14 000 t級(jí)系船水鼓鼓體圖

4實(shí)際效果

4 000 t級(jí)、1 000 t級(jí)錨地防風(fēng)水鼓各項(xiàng)參數(shù)均滿足規(guī)范和使用單位的要求。珠江口水域錨地防風(fēng)系船水鼓已于2013年上半年制造、安裝完工，經(jīng)過實(shí)際檢驗(yàn)，滿足各種風(fēng)況下安全要求。

作者簡介：馮林清(1959-)，男，高級(jí)工程師。主要從事企業(yè)的生產(chǎn)、安全和技術(shù)工作。

收稿日期：2013-08-28