7025型絞吸挖泥船防臺承載能力分析研究

李曉燕，韋明強(qiáng)，向 宏

（中交廣州航道局有限公司，廣州510221）

1 引言

根據(jù)國家氣象局統(tǒng)計(jì)，西北太平洋和南海海域2013年全年共生成31個(gè)熱帶氣旋，較常年偏多5.5個(gè)，是繼1994年之后熱帶氣旋數(shù)量最多的一年。按照設(shè)計(jì)要求，熱帶氣旋登陸時(shí)絞吸挖泥船應(yīng)拖往安全錨地避險(xiǎn)。一旦撤退來不及時(shí)，絞吸式挖泥船必須在臨時(shí)錨地防臺，由于熱帶氣旋登陸時(shí)沿海區(qū)域歷史平均風(fēng)速高達(dá)32.60 m/s，這容易對絞吸挖泥船作業(yè)和停泊安全造成威脅。為了嚴(yán)格防范絞吸挖泥船因錨泊設(shè)備防抗臺能力不足而導(dǎo)致重大安全事故的發(fā)生，本文基于中交廣州航道局有限公司的7025型絞吸挖泥船，對單點(diǎn)系泊的絞吸挖泥船進(jìn)行水動(dòng)力分析模擬，從而研究絞吸挖泥船在具有一定波浪遮蔽條件的臨時(shí)錨地抵抗臺風(fēng)的能力。m，型寬15.4m，型深4 m。在臨時(shí)錨地采用單錨系泊形式，系纜繩為直徑46 mm的AM3有擋錨鏈，長度275 m，錨為AC-14無桿大抓力錨，錨重3 t。7025型絞吸挖泥船無錨穴、無錨鏈筒，且使用錨鏈托架，錨鏈出口在船尾甲板面上，直接從甲板面伸出，船尾部設(shè)錨架，起錨后卡在錨架上。

在實(shí)際水動(dòng)力模擬中，與船體連接的系泊點(diǎn)取尾錨鏈轉(zhuǎn)向架在主甲板上的點(diǎn)，如圖1所示。

2 7025型絞吸挖泥船水動(dòng)力模型

（1）防臺停泊系泊方式

7025型絞吸挖泥船為箱形船體，其兩柱間長66.5

（2）水動(dòng)力計(jì)算模型

7025型絞吸挖泥船水動(dòng)力模型的面元模型，如圖2所示。其中，船體水動(dòng)力模型的單元節(jié)點(diǎn)數(shù)量總共為3937個(gè)，單元數(shù)量總共為3 945個(gè)。

3 水動(dòng)力計(jì)算結(jié)果分析

3.1 計(jì)算工況

采用單錨泊方式的7025型絞吸挖泥船在惡劣的外界環(huán)境干擾下容易因偏蕩運(yùn)動(dòng)而出現(xiàn)走錨現(xiàn)象，甚至斷纜現(xiàn)象從而出現(xiàn)險(xiǎn)情。為了準(zhǔn)確評估7025型絞吸挖泥船的防臺承載能力，本文根據(jù)該船工作時(shí)所在海域臺風(fēng)登陸時(shí)的環(huán)境載荷的歷史統(tǒng)計(jì)，設(shè)置該船系泊系統(tǒng)防臺時(shí)遭遇的主要的風(fēng)、浪、流工況的邊界條件，如表1所列。

3.2 水動(dòng)力計(jì)算結(jié)果分析

一般來說，當(dāng)風(fēng)、浪、流在同一直線上時(shí)將在系泊系統(tǒng)上產(chǎn)生最大的臨界力。因此，本文計(jì)算中假定風(fēng)、浪、流在同一方向上，同時(shí)風(fēng)向、浪向和流向設(shè)置為與水動(dòng)力模型統(tǒng)一坐標(biāo)系X正方向同向，即0°方向。在各種計(jì)算工況的水動(dòng)力模擬分析過程中，風(fēng)載荷計(jì)算考慮風(fēng)速不隨時(shí)間變化的定常風(fēng)模型，波浪載荷計(jì)算采用PM波浪譜。

（1）不同工況下錨泊系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)特性

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，隨著環(huán)境荷載增大，錨鏈張力也急劇變大。同時(shí)，由于偏蕩沖擊張力具有瞬時(shí)性特點(diǎn)，從而導(dǎo)致錨鏈產(chǎn)生很大的瞬態(tài)張力。由圖3、圖4可知，激烈的偏蕩所產(chǎn)生的沖擊張力很大，最高可達(dá)船舶正面受風(fēng)面積所受風(fēng)力的8倍左右。圖3、圖4為錨鏈張力的時(shí)間歷程圖。

圖2 7025型絞吸挖泥船水動(dòng)力模型

表1 系泊系統(tǒng)防臺時(shí)遭遇風(fēng)、浪、流工況邊界條件

圖3 工況1 錨鏈張力的時(shí)間歷程

圖4 工況2 錨鏈張力的時(shí)間歷程

表2 系泊系統(tǒng)的計(jì)算結(jié)果

（2）系泊系統(tǒng)計(jì)算及校核分析

根據(jù)《CCS海上移動(dòng)平臺入級規(guī)范》對錨鏈張力和錨抓力進(jìn)行計(jì)算和校核，計(jì)算結(jié)果如表2所列。

由表2可知，系泊系統(tǒng)能夠滿足工況1的防臺要求，但不能滿足工況2的防臺要求。在工況2下，錨承受的最大載荷超過船舶的錨抓力，容易造成陣發(fā)性乃至連續(xù)性拖錨甚至走錨，故在工況2下，應(yīng)到安全錨地避險(xiǎn)。若要保證在工況2下錨泊安全，建議加強(qiáng)系泊系統(tǒng)中的錨，即選用更大錨抓力的錨。

上述計(jì)算結(jié)果表明，7025型絞吸挖泥船系泊系統(tǒng)具有一定的防臺承載能力，在一定浪、流條件下，能夠抵抗10級臺風(fēng)，這與實(shí)際情況較為符合。但由前文可知臺風(fēng)登陸時(shí)歷史平均風(fēng)速為11級，因此臺風(fēng)來臨時(shí)如何防臺要根據(jù)實(shí)際環(huán)境條件確定。實(shí)際操作中，船長和職責(zé)部門應(yīng)根據(jù)實(shí)際風(fēng)、浪、流以及錨地情況和經(jīng)驗(yàn)，參考本文計(jì)算結(jié)論和相關(guān)建議，綜合判斷，做出滿足當(dāng)時(shí)安全條件的操作決策。

4 結(jié)束語

在臺風(fēng)極端環(huán)境中，船舶在風(fēng)、流和浪的外界干涉力作用下，錨泊常常會(huì)產(chǎn)生劇烈的偏蕩運(yùn)動(dòng)，這種偏蕩運(yùn)動(dòng)是引發(fā)錨泊船舶走錨、碰撞、觸礁、擱淺等事故的重要因素。對于錨鏈孔不在船舶首尾線上，而是偏于一側(cè)的單錨泊的7025型絞吸挖泥船，偏蕩與波浪對系泊系統(tǒng)承載能力有著顯著的影響。

從本文計(jì)算結(jié)果可以看出：

(1) 7025型絞吸挖泥船在大風(fēng)浪中單錨泊時(shí)，作用于船體的風(fēng)壓增大而使船舶失去左右平衡狀態(tài)，在風(fēng)壓轉(zhuǎn)頭力矩和漂移力、船體移動(dòng)的水阻力和錨鏈拉力的作用下，將產(chǎn)生以錨為中心的周期性的振幅大、周期長的橫蕩和首尾搖的偏蕩運(yùn)動(dòng)，從而對錨鏈產(chǎn)生很大的偏蕩沖擊張力。偏蕩沖擊張力具有瞬時(shí)性特點(diǎn)，從而導(dǎo)致錨鏈產(chǎn)生很大的瞬態(tài)張力。

(2) 7025型絞吸挖泥船單點(diǎn)系泊系統(tǒng)在風(fēng)、流和浪聯(lián)合作用的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)是非常復(fù)雜的，然而橫蕩、首尾搖、縱搖和升沉最為明顯，其中前兩者主要是由風(fēng)和流造成的，縱搖和升沉主要是由波浪造成的。風(fēng)、流共同作用時(shí)，風(fēng)的作用比較明顯，流的影響相對較小；但隨著流速的增大， 船舶偏蕩運(yùn)動(dòng)加劇。總之，防臺系泊力并不是相應(yīng)風(fēng)、浪、流分別作用產(chǎn)生系泊力的簡單疊加，風(fēng)、浪和流相互之間存在明顯的耦合效應(yīng)[3]，因此有必要對7025型絞吸挖泥船防臺承載能力進(jìn)行深入研究。

[1]張玉喜等.錨泊船在風(fēng)流中的偏蕩運(yùn)動(dòng)研究[J].大連海事大學(xué)學(xué)報(bào),2009（4）.

[2]云會(huì)杰,楊天華.論錨泊船舶的偏蕩與防止[J].天津航海,2011（3）.

[3]李玉龍,于定勇,李翠琳,常梅.防風(fēng)單點(diǎn)系泊系統(tǒng)系泊力試驗(yàn)研究[J].海岸工程,2008（2）.