系泊張力監測系統的應用研究

孫銓

摘要：系泊絞車是保障船舶航行安全的必要設備，主要起船舶支持和定位作用。文章通過實船項目的設計開發實例，介紹了系泊張力監測系統的功能和應用場合，探討了系泊張力監測系統的工作原理、元器件選型、功能配置和試驗等關鍵技術問題，為后續自動化、智能船舶設計提供參考。

Abstract： Mooring winch is the necessary equipment to ensure the navigation safety of ships， which mainly plays the role of ship supporting and positioning. This paper introduces the function and application of the mooring tension monitoring system through the design and development of real ship， and discusses the working principle， component selection， function configuration and test of the mooring tension monitoring system， so as to provide reference for the subsequent design of automatic and intelligent ships.

關鍵詞：系泊張力;張力監測;系泊纜繩;OCIMF MEG4

Key words： mooring tension;tension monitoring;mooring line;OCIMF MEG4

0? 引言

系泊絞車是船舶甲板機械配套件的主要設備之一，是保證船舶安全運行的必備設備。系泊絞車在國內外有著廣闊的市場，它廣泛應用于散貨船、集裝箱船、滾裝船、多用途船、軍船和海工船等各類船型。當船舶需要固定在海上設施、碼頭、泊位或其他船舶上時，通過其艏艉絞車同步工作，起到支持和定位的作用。

在船卸載過程中，或船處于浪峰或被浪推離岸邊時，系泊纜繩會被拉緊;在船裝載過程中，或船處于浪谷或被浪推向岸邊時，系泊纜繩會變松弛。上述情況均不利于船舶的穩定系泊，勢必會導致部分纜繩張力急劇增大，降低纜繩壽命，嚴重的甚至可能使纜繩斷裂。另外，另外有些船舶要求在系泊時需保證船的相對位置不變，纜繩既不能過緊，又不能過松，否則可能會引起嚴重的不良后果。[1]

本文根據系泊指南OCIMF MEG4推薦，設計了一種系泊張力監測系統，該系統可用于讀取系泊狀態時纜繩上的張力，既可以保護纜繩，延長纜繩的使用壽命，也可以指引船員及時調整船舶系泊狀態，防止出現纜繩斷裂或船舶移位等情況。

1? 系泊張力監測系統

1.1 系統介紹

系泊張力監測系統的關鍵在于讀取系泊時纜繩上的張力，這需要通過力傳感器來實現。但是由于纜繩是多股繩索組成的柔性體，無法在其上安裝傳感器，因此將力傳感器安裝于制動器上，系泊時纜繩張力會傳遞至制動器。當船處于系泊狀態時且纜繩是通過制動器進行系泊時，力傳感器可以準確地顯示纜繩上的負荷。力傳感器的負荷信號可以就地顯示，亦可傳送至船舶控制室的中央電腦處，以便更定期地監測纜繩負載。但需要注意系泊張力監測系統不能取代對絞車和系泊索的定期檢查。力傳感器只顯示制動器上的負載，當不使用制動器時，系泊張力檢測系統不會顯示纜繩上的張力。[2]

1.2 原理介紹

當采用制動器進行系泊時，纜繩上的張力可以傳遞至制動器上。通過安裝在制動器上的力傳感器，將外載力轉化為電信號。電信號通過外置變送器轉換成4-20mA的模擬信號輸出至PLC，最終PLC將信號傳送至終端顯示面板，可以顯示在就地顯示器上，亦可顯示在船舶控制室的中央電腦處。通過實時監測力傳感器處的拉力，可以有效準確的識別纜繩的張力。（圖2）

當采用制動器進行系泊時，絞車通過制動器才能鎖緊纜繩，纜繩產生的力矩由制動器承受。因此制動器的力矩與纜繩張力產生的力矩達到平衡，船舶處于正常系泊狀態。

1.3 設計實例

某液化天然氣（LNG）加注船，設計用于給相配套的超大型LNG動力集裝箱船提供LNG燃料加注等服務，LNG加注船系泊在集裝箱船上進行LNG加注。要求在LNG加注過程中，加注船與集裝箱船的相對位置保持不變，否則兩者發生相對位移可能導致LNG加注管路斷裂，引起巨大經濟損失。

該船纜繩最大張力F2=686kN，纜繩張力力臂L2=566mm，力傳感器力臂L1=243.5mm，則力傳感器最大受力F1=295kN。

1.3.1 力傳感器

力傳感器需要安裝于船舶露天甲板，必須滿足防腐和防水要求。量程295kN，材質為不銹鋼，輸出信號4-20mA。1.3.2 張力顯示

該船配備了纜繩張力就地顯示器以及船舶控制室中央電腦顯示，船員可在設備旁邊及船舶控制室直觀、明了的獲知當前纜繩系泊張力情況。船舶控制室的中央電腦對于傳輸過來的信號，可作進一步的數據處理，既可以設置相應的信號報警點，也可對信號進行篩選和過濾，從而更方便、更有效的為船員提供指導意見。

1.3.3 試驗

通過設備加載外力到纜繩進行試驗方式過于繁瑣，且很難配置可產生如此巨大負載的設備。本船通過剎車試驗裝置產生的力，替代纜繩上的負載，從而驗證系泊張力監測系統。[3-4]

2? 結論

系泊張力監測系統可以實時、準確、直觀地顯示系泊狀態下的纜繩張力，可以有效避免纜繩張力過大或過小，從而延長纜繩的使用壽命，也可以指導船員及時、有效的調整船舶的系泊狀態。但是目前常規配置的系泊絞車，系泊張力監測系統僅能顯示系泊狀態下的纜繩張力，后續的調整工作依舊需要船員參與。未來可以增加后續調整操作的聯動的自動化設計，包括制動器的開合、離合器的開合以及絞車的操作，整合成自動化、智能化系泊絞車，從而應用在自動化船舶、智能化船舶中去。

參考文獻：

[1]中國船舶工業集團公司.船舶設計實用手冊[M].國防工業出版社，2013.

[2]Mooring Equipment Guidelines （MEG4）[M]. The Oil Companies International Marine Forum （OCIMF）， 2018： 151.

[3]劉帆，蘇東偉.大型船舶系泊絞車剎車力實船試驗方法研究[J].中外船舶科技，2019（4）：1-5.

[4]劉文保，陳建榮.分筒式纜車的使用和剎車試驗[J].航海技術，2009（2）：23-24.