“大洋號”科考船錨系優(yōu)化

錨系作為保船設(shè)備之一，在船舶設(shè)計工作中占有重要地位，特別是對于需要經(jīng)常在海上進行臨時錨泊作業(yè)進行科考研究的船舶尤為重要。而此類船舶艏錨的布置設(shè)計，由于受到其船型線型的限制，布置空間受限，一直是困擾舾裝設(shè)計人員的一道難題，沒有一定技術(shù)及現(xiàn)場施工經(jīng)驗的積累沉淀，很難達到完美狀態(tài)。中船黃埔文沖船舶有限公司建造的“大洋號”科考船錨系的基本設(shè)計方案為采用明式錨穴，錨鏈筒出口處設(shè)置錨眼圈。由于該船錨泊設(shè)備布置的區(qū)域空間有限，為節(jié)約布置空間，錨機選用一體式組合錨機，此方案對錨鏈筒的角度、掣鏈器的角度與錨唇等設(shè)備之間的布置配合提出了更高要求。

“大洋號”科考船錨泊布置難點

一般來說，艏錨在進行設(shè)計布置時需滿足以下幾點基本原則：

一是錨和錨鏈的提升和收藏需順暢。收錨時，錨桿應(yīng)光順地進入錨鏈筒，錨爪、錨冠要與錨唇或錨穴板緊貼。

二是錨鏈筒在舷側(cè)出口要有一定的高度。錨拉起收藏后，通常應(yīng)高出滿載水線2m 以上，且距離艏柱有一定的距離，以避免錨冠收起后突出艏柱。拋錨時應(yīng)能依靠自身重量，無阻礙地把錨從錨鏈筒中拋出。

三是若無特殊要求，船體與錨的最大外形尺寸點之間的距離應(yīng)滿足在船舶縱傾2% Lpp (兩柱間長)和橫傾1°時，錨收放均不碰到船體，且在船舶正浮時船體與錨的最大外形尺寸點之間的距離不小于300mm，或船舶正浮時船體與錨的距離不小于1000mm，取小者。

錨系布置設(shè)計如果能滿足以上幾點要求，在進行拉錨試驗時會大大減少可能出現(xiàn)的問題。但由于船型的特殊性，“大洋號”的艏部系泊布置設(shè)計并不能完全滿足以上幾點要求，同時還具有以下特點：

● 錨泊部分空間狹窄，不便于布置。

● 錨機為整體組合式錨機，錨鏈水平出鏈，導(dǎo)致兩舷的錨鏈筒布置受限，導(dǎo)致錨機和錨鏈筒的角度設(shè)計受限。

● 錨鏈管初始設(shè)計的直徑不夠，實際進行拉錨實驗時，錨桿卡滯在錨鏈筒壁上，導(dǎo)致斯貝克錨無法完全貼合錨眼圈。

● 錨拉回收藏后，錨冠距離水線過近，滿載水線到錨鉸鏈中心的距離僅約1m左右。

錨鏈筒的布置優(yōu)化

錨鏈筒位置的確定是錨設(shè)備布置的關(guān)鍵，“大洋號”船的錨鏈筒中心線和垂線之間的夾角為24°，錨鏈管投影中心線和水平線之間的夾角為52°；在設(shè)計院的初始設(shè)計方案中，錨鏈筒的內(nèi)徑大小為440mm。根據(jù)設(shè)計院的初始設(shè)計方案進行木模拉錨試驗時發(fā)現(xiàn)，錨桿進入錨鏈筒后上端會頂住錨鏈筒壁，即使加大錨鏈筒傾角β（即錨鏈筒中心線與甲板中線之間的夾角），錨桿和錨冠仍然無法順利的收放，由此可以得出錨鏈管直徑在設(shè)計時所選數(shù)據(jù)不能滿足該船錨系布置的要求。

根據(jù)《船舶設(shè)計實用手冊舾裝分冊》中計算公式要求，錨鏈筒的內(nèi)徑D（mm）可通過以下三個公式確定：

“大洋號”船錨鏈筒初始設(shè)計的內(nèi)徑選用440mm，滿足公式二的計算結(jié)果，但是從木模拉錨模擬試驗的結(jié)果來看，錨鏈筒內(nèi)徑選用440mm不能滿足該船的實際需求。經(jīng)過綜合分析比較，為了保證錨桿能順利進出錨鏈筒，錨鏈筒內(nèi)徑D擬根據(jù)公式三的計算結(jié)果選用，即錨鏈筒內(nèi)徑改為520mm。由于受錨系布置區(qū)域空間緊湊限制，根據(jù)以往類似情況的設(shè)計經(jīng)驗，在調(diào)整錨鏈筒位置時，首先應(yīng)保證錨鏈筒的出口位置不變，即錨穴中心點不變，同時再通過加大錨鏈筒傾角β（即錨鏈筒中心線與甲板中線之間的夾角），即通過調(diào)整錨鏈筒在甲板面上的入口位置，最終根據(jù)拉錨試驗來確定錨鏈筒上口最合適的位置。經(jīng)過數(shù)次錨鏈筒上口位置的調(diào)整，最終確定將錨鏈筒傾角β修改為66°，此時是一個比較理想的狀況，木錨可以順利上下錨鏈筒，且錨爪、錨冠能較好地貼合錨眼圈，同時錨桿基本能收藏于錨鏈筒之中。根據(jù)設(shè)計院提供的錨系布置圖紙，結(jié)合船廠的拉錨模擬試驗結(jié)果，確定該船錨鏈筒、錨與錨唇按照下圖A-A視圖所示情況布置（見圖2）。

圖1 “大洋號”錨系布置圖

在“大洋號”進行系泊與航行試驗時，該設(shè)計方案均基本滿足船舶錨泊系統(tǒng)運行的各項參數(shù)需求。由此可見在設(shè)計選取錨鏈筒直徑時，為了最大限度保證錨鏈的正常上下，船上空間滿足錨鏈筒布置的情況下，錨鏈筒的內(nèi)徑宜取通過公式一、公式二與公式三計算結(jié)果的最大值，同時β角在一定范圍內(nèi)取值越小，及錨鏈筒布置越陡峭對錨鏈的進出越有利。

錨穴的后續(xù)優(yōu)化設(shè)計

交船后約半年有余，船員反饋：船舶在大風(fēng)大浪航行過程中，錨時有撞擊外板的情況發(fā)生，且撞擊聲響大。鑒于撞擊響聲太大，用船方要求，在船舶回廠保養(yǎng)維修期間對錨穴及錨的布置進行必要改進，以便消除錨和外板發(fā)生撞擊而產(chǎn)生的異響。

“大洋號”科考船停靠碼頭后，經(jīng)實船勘察，發(fā)現(xiàn)船艏錨穴板和錨爪貼合的位置有明顯碰撞痕跡，由此可以判定船舶在航行過程中產(chǎn)生的異響是由于錨爪和錨穴外板在航行過程中碰撞時產(chǎn)生的，造成碰撞的原因是錨桿和錨頭是通過軸連接的，在海浪拍擊載荷的作用下使得錨爪晃動，從而導(dǎo)致錨爪在風(fēng)浪的狀況下不斷撞擊錨穴部位的外板。解決此問題，從實際施工操作的可行性和節(jié)省維修周期兩方面考慮，最適宜的辦法就是避免錨在收藏狀態(tài)時錨爪和原錨穴外板產(chǎn)生接觸，使得錨爪遠離原錨穴外板，同時還需保證錨爪、錨冠緊貼支承點，不會擺動。通過綜合考慮，比較可行的方案就是在錨唇的基礎(chǔ)上增加設(shè)計一個合適的錨臺，通過錨臺使得錨爪遠離錨穴外板，同時讓錨桿與錨冠緊貼在錨臺上。在該方案實施過程中，通過采用放樣數(shù)據(jù)及拉錨試驗數(shù)據(jù)反復(fù)驗證，決定將錨臺的中心高度設(shè)置為300mm，錨及錨臺的最終型式見圖2，經(jīng)現(xiàn)場施工人員實船數(shù)次安裝及調(diào)試，在碼頭進行數(shù)次拋錨試驗后，錨的最終收存狀態(tài)和拉錨試驗的狀態(tài)基本保持一致。

從圖2的布置可以看出，在錨眼圈基礎(chǔ)上增加錨臺設(shè)計后，錨冠和錨爪都遠離了錨穴外板；在錨機收緊錨鏈后，錨冠、錨爪可緊貼于錨臺之上；這樣即使在風(fēng)浪中航行也能避免貓爪和外板碰撞的情況出現(xiàn)。該方案的前期設(shè)計評估和后期試驗驗證都獲得了船東方和設(shè)計院所相關(guān)專業(yè)人員的認可，大家一致認為該修改方案能夠基本解決目前錨和外板產(chǎn)生異響的問題。

圖2 帶錨臺的錨鏈筒布置

“大洋號”科考船在我公司進行必要的維護保養(yǎng)后，馬上開始了下一航次的作業(yè)。不久后船長再次反饋在風(fēng)浪中航行時，錨穴附近仍然有異常響聲產(chǎn)生，但較之此前的情況已經(jīng)大有改善。鑒于此種狀況，我公司技術(shù)人員重新對“大洋號”錨系布置圖進行了梳理研究，發(fā)現(xiàn)錨緊貼錨唇后，錨冠的角度和水線的夾角很小，同時由于“大洋號”錨臺中心大約在8000 水線左右，距離滿載7000 水線僅有一米，這么近的距離勢必會導(dǎo)致船舶在航行時，尤其是在大風(fēng)浪的情況下，涌起的海浪會不斷沖擊錨冠，進而將整個錨托起，從而使得錨桿和錨鏈筒的上緣筒壁產(chǎn)生撞擊，產(chǎn)生異響。針對此種情況，我們對錨和錨穴外板之間的受力進行了一個簡單粗略的分析。

經(jīng)過分析計算，根據(jù)“大洋號”科考船的實際情況，要徹底解決錨和船體撞擊產(chǎn)生異響的問題，必須在保證錨冠和錨唇在貼合的情況下，同時保證錨桿、錨鏈筒與錨穴出口的上端緊貼，這樣才能有效阻止錨在波浪的沖擊下產(chǎn)生向上運動的趨勢，從而避免錨對船體產(chǎn)生撞擊。在船舶再次停靠碼頭時，我公司對錨臺再次進行修整，以保證錨爪緊貼錨唇的情況下錨桿也同時緊貼錨鏈筒。經(jīng)過此次優(yōu)化改進，基本消除了錨和外板由于撞擊而產(chǎn)生過大異響的情況。

“大洋號”科考船作為我國獨立自主研制的第一艘4000噸級的綜合調(diào)查船，也是中船黃埔文沖首次建造的大型科考船，該船的按時交付體現(xiàn)了我國在船舶設(shè)計和建造方面的進步。我們針對“大洋號”科考船在船廠進行生產(chǎn)設(shè)計的過程中遇到的錨系設(shè)備產(chǎn)生的異常問題進行了必要的優(yōu)化，同時還對交船后用船方使用后反饋的相關(guān)問題進行一系列的優(yōu)化。通過不斷優(yōu)化與分析，初步找到錨與錨穴外板產(chǎn)生碰撞異響的原因，并采取了補救措施。為船廠設(shè)計人員將來在進行類似產(chǎn)品的錨系設(shè)計時積累了寶貴的經(jīng)驗，為設(shè)計人員進行錨系設(shè)計優(yōu)化指明了較明確的方向。