大型船舶深水拋錨控制關鍵因素

張 猛，孫玉環，郭 勝，程 劍

（1.海裝沈陽局駐大連地區第一軍事代表室，遼寧大連 116000；2.中國艦船研究設計中心，武漢 430064）

0 引言

拋錨是船舶在錨地停泊的常見操作。錨泊操縱并不復雜，但操船人員對錨地的環境條件掌握不準，拋錨時可能會發生各種事故，例如由于疏忽大意、使用的拋錨方法不當等原因，會使拋錨時出鏈速度過快，導致錨機剎不住錨鏈而丟錨，或者深水起錨時，由于出鏈太長，錨機力量不足以絞起錨鏈而棄鏈等。所以，深水拋錨安全問題一直是航海界不斷研究和探索的課題。筆者經過研究后認為，深水拋錨之前，需充分了解船舶自身的特性，如船舶可拋錨的極限水深和出鏈長度等，再根據確定的拋錨水深選擇合適的拋錨方法，并在實際操作中不斷總結經驗，方可在一定程度上避免拋錨事故的發生。

1 大型船舶深水拋錨的特點

深水拋錨，具體多深的水才算“深水”？在現階段的各種航海資料中，并沒有對“深水”給出嚴格的定義[1]。一般文獻資料中，深水拋錨泛指拋錨水域的水深超過25 m時實施的拋錨作業。由于大型船舶吃水較深，不得不在水深大于25 m的錨地拋錨，因此，大型船舶拋錨一般可認為是深水拋錨。

深水拋錨與普通拋錨的區別在于，普通拋錨法（即重力拋錨法）往往是一錨到底，中間不用錨機剎車。而根據式（1），即深水中自由落體拋錨時錨的下落速度公式[2-3]，船舶越大，所配的錨越重，采用重力拋錨時錨的下落速度越快。

式中：Wa為錨重，t。

大型船舶所配的錨一般大于10 t，有的甚至達到幾十噸，其最快下落速度可達7 m/s～8 m/s，遠高于安全出鏈速度 3 m/s～4 m/s。在這種情況下，錨與海底做完全非彈性碰撞，錨所受的損傷是非常大的。在深水中進行重力拋錨時，錨鏈與錨以同樣的速度下落；錨機剎車時，過快的出鏈速度會使錨鏈與錨機剎車帶產生高速摩擦，極易損壞剎車帶，從而引發丟鏈、丟錨等事故。因此，大型船舶在深水中禁止使用重力拋錨法。

大型船舶在深水中一般采用錨機送鏈放錨至海底的拋錨方法，此種方法可以避免對錨的沖擊和損傷。選擇拋錨方法時，需要了解船舶自身的特性，并根據船舶的一些參數進行計算后確定。

2 深水拋錨時的注意事項

深水拋錨時需拋出一定長度的錨鏈以產生足夠的錨泊力，并需確保所拋錨鏈及錨能夠被錨機安全回收，這就涉及到極限水深和出鏈長度2個因素。

2.1 深水拋錨的水深

2.1.1 重力拋錨的極限水深

根據重力拋錨的極限水深計算公式，可以精確地計算出采用此種方式拋錨時的極限水深。筆者總結現有文獻的相關內容并認為，一般大型船舶禁止在水深大于25 m時使用重力拋錨法，此為保證拋錨安全的定性要求。對于大型船舶而言，建議在水深小于25 m時，直接采用重力拋錨法，而在水深大于25 m時，直接使用錨機拋錨。

2.1.2 錨機拋錨的極限水深

深水拋錨時出鏈很長，起錨時錨機負荷很大。采用錨機方式拋錨的極限水深取決于錨機能否安全地絞收起抓牢海底的錨，即錨機的額定起錨能力要足以拉起長度等于水深的錨鏈，并能將抓牢海底的錨拔離海底。一般船舶在設計時對拋錨水深都有要求，會根據船舶的最大拋錨水深設計錨機的起錨能力，拋錨時要了解船舶的最大拋錨深度。實際拋錨時，拋錨的水深要小于設計值，否則即便錨觸底，起錨也會遇到困難。

采用錨機方式拋錨的極限水深可根據式（2）計算。

式中：pw為錨機的額定起錨能力，N；Wa為錨重，kg；λa為錨離底時的抓力系數，其值為1.5～2.0；d為錨鏈孔至水面的高度，m；Wc為每米錨鏈的重量，kg；δ為余量系數，根據錨機在實際應用中的狀況留出一定的余量，一般新船取δ=5%，對于老舊船而言，隨著船齡的增大，設備逐漸老化，錨機起錨力也會逐漸降低，需據實調整δ的數值。

2.1.3 根據配置錨鏈長度計算拋錨的極限水深

因錨泊地有潮汐和波浪，需將錨泊期間可能產生的潮汐的最高潮和最大波浪高度考慮進去，即水深在上述計算的基礎上還應滿足Ymax≤1/4La，Ymax代表最大水深，La為一舷錨鏈總長。

2.2 出鏈長度

下面根據相關文獻給出2種計算出鏈長度的方法。

1）根據公式計算出鏈長度

從靜力平衡的原理來看，保證單錨泊船安全錨泊的前提條件是使錨泊力大于或等于船體所受的外力。因此，不同的外界環境條件下，安全錨泊的出鏈長度是不相同的。

安全錨泊的出鏈長度一般按式（3）計算[4]。

式中：S為懸垂鏈長度，m；l為臥底鏈長，m；T為作用于船體的水平外力，t（1 t=9 800 N）；Y為出鏈孔至海底的垂距，m；λa為錨的抓力系數，大抓力錨取7～10；λc為錨鏈的抓力系數，泥沙底取0.7；Wa為錨在空氣中的質量，t；Wc為每米錨鏈在空氣中的質量，t；為水中每米錨鏈的質量，t，′=0.87Wc。

由式（3）可知，在已知定常外力T的條件下，可求出最短出鏈長度；在一定出鏈長度時，可求出錨泊船所能抵御的外力極限。

實際上，水平外力是與風浪流有關的一個根據環境條件不斷變化的力，在實際中很難對水平外力進行精確計算。因此，通常用船舶所受的風力代替水平外力，而忽略流和浪的作用力。風力可用式（4）估算。

式中：F為風壓力，kg（1 kg=9.8 N）；ρa為空氣密度，取1.226 kg/m3；va為相對風速，m/s；A為水線上船體的正面投影面積，m2；B為水線上船體的側面投影面積，m2；ca為風力系數。

在船首尾受風時，風力系數ca最小；在風舷角為 30°～40°及 140°附近時，ca較大。對于錨泊船來說，即使考慮偏蕩的影響，風舷角也不會超過40°。因此，根據文獻[5]，認為風力系數ca取30°風舷角時的值較安全。

2）根據經驗公式估算出鏈長度

由于船舶所受外力的影響因素多且計算復雜，為方便計算，通常使用經驗公式來確定萬噸級深吃水船舶的出鏈長度S，如式（5）～式（6）所示。

通常錨泊時（風速為20 m/s，即蒲福風力8級）：

大風浪中（風速為30 m/s，即蒲福風力11級）：

式中：H為水深，m。

根據相關文獻，上述經驗公式較適用于估算錨泊水深小于60 m時的出鏈長度。同時要注意，使用上述公式確定出鏈長度時，如遇風力增強、偏蕩或浪擊，則應加長出鏈長度。

3 深水拋錨方法

拋錨按松鏈方式不同，可分為剎車拋錨法和錨機拋錨法；按拋錨水深的不同，又可分為普通拋錨法和深水拋錨法。采用何種方法拋錨應視船舶大小和拋錨水深而定[6]。

通常，當拋錨水深小于25 m時，可采用普通剎車拋錨法，即用錨機將錨送至水面以上，旋緊剎車帶，脫開離合器將錨備好，然后利用剎車帶拋錨[6]。使用普通剎車拋錨法時，應避免一次松鏈過多。第一次可以松出2倍水深的錨鏈，剎一下車使錨鏈受力，并橫臥海底；接下來每松一節錨鏈剎一下車，直到松出預定出鏈長度的錨鏈；當松出最后一節錨鏈時，如發現船舶的退速還比較快，應短時間進一下車，使船舶停住，以減少對錨鏈的沖擊力，保證錨泊安全[7]。

當拋錨水深為25 m～50 m時，不可直接由錨鏈孔或水面吊錨狀態拋錨，可采用深水剎車拋錨法，即用錨機將錨送至接近海底5 m～10 m處，再將受力轉換到剎車裝置上[8]，而后使船在極小退勢下，按普通拋錨法拋錨至合適的鏈長。深水拋錨如只用剎車控制，一旦剎車帶磨損老化、剎車力降低，而錨又加速下拋，會造成剎不住車，錨鏈將全部拋出或整根丟失[9]。

當水深大于50 m時，應采用深水錨機拋錨法，即用錨機先將錨送達海底后以極微的退速（小于1 kN）拋錨，或者利用錨機將預定要拋出的錨鏈送出，并使錨鏈橫臥海底。在海底突然變深的海域拋錨時，先用錨機將錨送達海底，隨后用極小速度向岸邊接近，觸到海底時，繼續用錨機鏈松至預定的長度。

4 算例

以某萬噸級海事船為例進行計算，其側投影面積為1960.2 m2，正投影面積為350 m2，錨機的額定起錨能力pw=149 kN，錨重Wa=5 250 kg，錨鏈孔到水面的高度d=6 m，錨鏈長302.5 m（11節），每米錨鏈重Wc=62.68 kg。

4.1 最大拋錨水深

1）采用錨機方式拋錨的極限水深

根據式（2），當錨的抓力系數λa取1.8、δ=5%時，可得hmax=73.67 m。

2）根據錨鏈長度計算拋錨的極限水深

最大水深Ymax≤1/4La，即Ymax≤75.625 m。

因此，該船的最大拋錨水深取為73 m。

4.2 出鏈長度

1）按公式計算出鏈長度

因出鏈長度與風級密切相關，本算例先按公式（4）計算不同風級下船舶所受的風力，計算結果見表1，再計算不同風力下的安全出鏈長度，結果見表2。其中，ca取1.5。

表1 某船在不同風級下所受的風力

表2 某船在不同風力下的安全出鏈長度

表2給出了該船在不同風級、不同水深時的出鏈長度，實際錨泊時，還需要保留一定長度（1節～2節）的安全余量[10]。因此，該船在8級風時，僅可在60 m水深處錨泊；在9級風時，僅可在40 m水深處錨泊。

2）按經驗公式估算出鏈長度

根據式（5）和式（6）估算在 8級風和 11級風時，該船在不同水深處所需的出鏈長度，計算結果分別見表3和表4。

根據上述估算結果，該船在8級風時，最深可在60 m水深處單錨錨泊；在11級風時，僅可在30 m水深處錨泊。

表3 8級風時不同水深所需出鏈長度

表4 11級風時不同水深所需出鏈長度

3）公式計算方法與經驗公式估算方法的比較

在8級風時，將公式計算方法和經驗公式估算方法獲得的結果進行比較，如表5所示。

表5 8級風時，公式計算與經驗公式估算得到的出鏈長度

由表5可知，兩者的計算結果比較接近。考慮到采用公式計算方法計算船的外力值時進行了簡化，只考慮了風力，而未考慮浪和流，可以認為也是一種簡化的算法。因此，在采用公式計算出鏈長度時，除非將風、浪、流全部考慮進去進行精確計算，否則可以直接用經驗公式估算出鏈長度。

5 結束語

大型船舶深水拋錨需要注意的事項很多，本文僅對關鍵的幾個因素，如拋錨水深、出鏈長度和拋錨方法，進行了分析和總結，可供相關人員參考。