船舶深海拋錨因何無(wú)法收回

中國(guó)船級(jí)社 溫玉奎

近期收到船東關(guān)于船舶在深海拋錨，錨機(jī)無(wú)法把錨鏈和錨收回的信息。船東描述，當(dāng)時(shí)船舶在深海航行，船舶的11節(jié)錨鏈全部入水，在錨無(wú)法與海底接觸的情況下，啟動(dòng)錨機(jī)，但仍無(wú)法把錨和錨鏈拉起。那么原因何在呢？

錨設(shè)備的種類(lèi)

根據(jù)船舶使用要求，錨設(shè)備主要有三種，即：臨時(shí)錨泊設(shè)備、定位錨泊設(shè)備及深海系留錨泊設(shè)備。臨時(shí)錨泊設(shè)備通常又稱(chēng)航行錨泊設(shè)備，供船舶在錨地、港內(nèi)或遮蔽水域內(nèi)等待泊位或潮水來(lái)臨時(shí)停泊之用。一旦船舶處在天氣惡劣，遠(yuǎn)離海岸的完全開(kāi)敞的水域，或在行進(jìn)或漂移中時(shí)，錨泊設(shè)備因承受巨大負(fù)荷，特別是大型船舶，會(huì)使設(shè)備的某些部件造成損壞甚至失落，無(wú)法系住船舶。

定位錨泊設(shè)備在作業(yè)時(shí)需要控制船位，或在有限范圍內(nèi)為改變船位的船舶所配置的錨泊設(shè)備。這種錨泊設(shè)備通常用于起重船、打撈船、潛水作業(yè)船、各種非自航挖泥船、鉆探船、海洋石油平臺(tái)等需要定位作業(yè)的船舶。定位錨泊設(shè)備需要根據(jù)作業(yè)水域的水深及作業(yè)要求的環(huán)境條件配置。

深水錨泊設(shè)備系指某些需要在深水進(jìn)行系留作業(yè)的船舶，諸如海洋調(diào)查船、海洋測(cè)量船等，根據(jù)作業(yè)水域的水深和環(huán)境條件配備的專(zhuān)用的錨泊設(shè)備。

現(xiàn)階段我們的商船配備通常是臨時(shí)錨泊設(shè)備，但是根據(jù)船舶的特殊用途和船東的特殊要求，船舶也可以配備定位錨泊設(shè)備或深水錨泊設(shè)備。

錨和錨鏈的配備依據(jù)

CCS入級(jí)船舶錨和錨鏈的配備可以根據(jù)船舶種類(lèi)及其航行水域并根據(jù)《鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范》要求所得的舾裝數(shù)來(lái)選擇。錨機(jī)的選型可參考GB/T4447-2008《海船用起錨機(jī)和起錨絞盤(pán)》和ISO4568-2006《造船 海船 起錨機(jī)和起錨絞盤(pán)》要求。

當(dāng)臨時(shí)錨泊設(shè)備，工作負(fù)載Fw1單位為牛頓（N），拋錨深度不大于82.5m時(shí)：

——1級(jí)錨鏈；37.5d2;

——2級(jí)錨鏈；42.5d2;

——3級(jí)錨鏈；47.5d2;

其中，d為錨鏈直徑、單位為毫米（mm）。過(guò)載拉力為1.5 Fw1,所以此錨機(jī)工作負(fù)載的大小取決錨鏈直徑選擇。

當(dāng)工作負(fù)載Fw2單位為牛頓（N），拋錨深度大于82.5m時(shí)

Fw2= Fw1+(D-82.5) ×0.27d2

其中，d為錨鏈直徑，單位為毫米（mm）；D為拋錨深度，單位為米（m）；過(guò)載拉力≥1.5 Fw1。

對(duì)于拋錨水深大于82.5m的定位錨泊設(shè)備和深海錨泊設(shè)備，這些錨機(jī)工作負(fù)荷大小通常根據(jù)拋錨深度大小和錨鏈直徑兩個(gè)參數(shù)決定。

船舶在正常錨泊狀態(tài)時(shí)錨抓入海底，錨鏈一部分懸垂于水中，部分平臥在海底，此時(shí)錨泊力由錨的抓力和臥底錨鏈的抓力兩部分組成，其中臥底錨鏈長(zhǎng)度與海底的摩擦力可以使錨泊力增加。

如圖所示懸垂在水中錨鏈的長(zhǎng)度，等于出鏈長(zhǎng)度減去臥底鏈長(zhǎng)。由線(xiàn)積分計(jì)算得懸鏈長(zhǎng)度的表達(dá)式：

式中：s — 懸鏈長(zhǎng)度（單位：m）；

T0— 船舶所受的水平外力（單位：t）；

h0— 錨鏈孔至海底的垂直距離（單位：m）；

wc — 單位鏈長(zhǎng)在水中的重量（約為0.87倍空氣中的重量）（單位：t/m）。

由上式可見(jiàn)，懸鏈長(zhǎng)度與水平外力T0的大小有關(guān)。T0越大，懸鏈長(zhǎng)度越大，反之，懸鏈長(zhǎng)度越短。當(dāng)T0=0時(shí)，懸鏈長(zhǎng)度T0=s，懸鏈長(zhǎng)度是動(dòng)態(tài)變化的。盡管懸鏈長(zhǎng)度不直接產(chǎn)生抓力，但錨鏈的重量可使錨桿處的拉力保持水平，從而保證錨發(fā)揮最大的抓力；此外，懸鏈長(zhǎng)度還可吸收一部分作用于船舶的外力，起到緩沖的作用。錨泊力由錨的抓力和臥底錨鏈的抓力構(gòu)成，且外力增加時(shí)懸鏈長(zhǎng)會(huì)有所增加，因此在拋出鏈總長(zhǎng)不變的情況下，外力增加時(shí)會(huì)使錨泊力減小。為保證船舶錨泊時(shí)確保足夠的錨泊力，要充分考慮船舶的出鏈長(zhǎng)度，在水深較深的區(qū)域錨泊時(shí)，為增加錨泊力可以考慮雙錨泊方法。

以57300DWT大靈便型散貨船為例進(jìn)行計(jì)算。該船左右各配備12節(jié)AM3錨鏈，錨為斯貝克錨，錨機(jī)采用液壓驅(qū)動(dòng)組合式錨絞機(jī)。根據(jù)CCS《鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范》船舶的舾裝數(shù)選擇AM3錨鏈直徑為73 mm，單組錨鏈重量37483 kg，錨重為8750 kg，該船設(shè)計(jì)拋錨水深不大于82.5 mm。由GB/T4447-2008《海船用起錨機(jī)和起錨絞盤(pán)》確定錨機(jī)的工作負(fù)載為253kN，此設(shè)計(jì)符合規(guī)范和國(guó)標(biāo)相關(guān)的要求。假設(shè)該船把全部錨鏈拋入深海，錨并沒(méi)有與海底接觸。

F錨鏈 =m錨鏈×g=367.33kN；

F錨=m錨×g=85.75 kN；

F錨鏈、F錨分別為錨鏈和錨的重力；m錨鏈、m錨分別為錨鏈和錨的質(zhì)量；

F=（F錨 鏈+ F錨 ）×0.87=394.18 kN。

F為去除錨和錨鏈?zhǔn)芨×箦^機(jī)承受的負(fù)荷。

錨機(jī)工作負(fù)載Fw1=253 kN，在錨機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)考慮到錨破土?xí)r對(duì)錨機(jī)的拉力較大，要求錨機(jī)有短時(shí)的過(guò)載能力F過(guò)載。

F過(guò)載=1.5 Fw1=1.5×253 kN=379.5 kN；

F＞ F過(guò)載，此時(shí)錨機(jī)無(wú)法把錨鏈和錨拉出水面。

如果要求該船設(shè)計(jì)時(shí)拋錨水深為12節(jié)錨鏈長(zhǎng)度，每節(jié)錨鏈長(zhǎng)度27.5m。根據(jù)GB/T4447-2008計(jì)算應(yīng)該選擇錨機(jī)的工作負(fù)載：

Fw2= F1+（D-82.5）×0.27d2=609kN；

Fw2與Fw1比較，如果此船具備深水拋錨的條件時(shí)，錨機(jī)的工作負(fù)載要有較大提高。

通過(guò)以上分析和計(jì)算，當(dāng)選擇定位錨泊設(shè)備或深海錨泊設(shè)備時(shí)，錨機(jī)的工作負(fù)荷要遠(yuǎn)大于臨時(shí)錨泊設(shè)備的工作負(fù)載。對(duì)于臨時(shí)錨泊設(shè)備應(yīng)注意的是，錨機(jī)設(shè)計(jì)的拋錨水深是不大于82.5m，當(dāng)船舶拋錨水深超過(guò)82.5m時(shí)，錨和錨鏈也能拉出是因?yàn)殄^機(jī)的負(fù)荷還沒(méi)有達(dá)到錨機(jī)的過(guò)載拉力；而深海中所有錨鏈全部拋出時(shí)，錨雖未與海底接觸，但臨時(shí)錨泊設(shè)備卻無(wú)法拉出，并不是錨機(jī)的工作載荷不夠，而是需要船員拋錨操作時(shí)注意錨機(jī)的設(shè)計(jì)拋錨水深。