靈便型散貨船前期設(shè)計階段中的錨泊系統(tǒng)布置

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(南通中遠川崎船舶工程有限公司，江蘇 南通 226005)

錨泊系統(tǒng)各設(shè)備間的位置相互關(guān)聯(lián)(見圖1),布置無法單獨決定,其中錨鏈筒布置需著重考慮,以保證滿足錨拉起/釋放時的自由度、錨頭與外板的距離、錨在擱置時與錨唇的貼合度等指標。

1 布置前的準備工作

1.1 舾裝數(shù)

在布置展開前,首要任務(wù)是確定靈便型散貨船的舾裝數(shù)。根據(jù)CSR共同規(guī)范計算得EN值，可找到對應(yīng)所需艏錨與錨鏈的規(guī)格尺寸。

錨的形式很多,本文以AC-14型大抓力無桿錨為例錨設(shè)備中需要關(guān)注的參數(shù)如下。

1)錨桿長Ls。決定錨鏈筒長度包含錨唇部分。

2)錨頭最大寬度Ba。 與放錨過程中錨與艏部外板最大突出部間距相關(guān)。

上述參數(shù)值如無前船實際數(shù)據(jù)參考,需預(yù)先與錨廠家進行交流,并及時獲得信息反饋。

1.2 錨纜機選型

由系泊力計算結(jié)果并經(jīng)與設(shè)備廠家前期商討,初步確定錨纜機設(shè)備型號,獲取外形CAD數(shù)據(jù),以便在總布置圖中進行布置作業(yè)。錨纜機設(shè)備有兩機共軸和兩體分離的形式，選用何種形式取決于帶纜路徑與甲板布置空間大小。在無實際船借鑒情況下,需對初擬的不同形式、不同廠商的設(shè)備作概要研討,以減小在詳細設(shè)計中可能因設(shè)備廠家變更而導(dǎo)致對錨泊布置的影響。

1.3 巴拿馬運河帶纜樁位置要求

設(shè)計的靈便型散貨船一般都需要通過巴拿馬運河,在艏部總布置圖中可預(yù)先標出帶纜樁布置范圍,一方面可預(yù)先增加對錨泊設(shè)備布置的方向性認識,另一方面可避免在系統(tǒng)設(shè)備定位后可能因帶纜樁布置不滿足運河要求而進行的布置修改。

2 錨泊系統(tǒng)布置

2.1 錨鏈艙

船艏錨鏈艙應(yīng)設(shè)置在艏部防撞艙壁前方,同時應(yīng)盡量布置在結(jié)構(gòu)件上,這樣可有效減少補強等加強材的使用量。錨鏈艙形式很多,靈便型散貨船一般選用圓筒形錨鏈艙,其鏈艙直徑和艙容與錨鏈的長度、直徑成一定比例。錨鏈長度可根據(jù)舾裝數(shù)對應(yīng)檔位得到。錨鏈艙直徑選取,根據(jù)以往經(jīng)驗,一般在(30～35)d,最大不超過40d(d為錨鏈直徑)。初步設(shè)計時,錨鏈艙直徑可選取30d,但最終選取值往往大于30d,并需修正為整數(shù),以方便現(xiàn)場建造施工。如船東無特殊要求,錨鏈艙容積一般默認保留10%的余量。圓形錨鏈艙的容積V為

(1)

式中:dc——錨鏈公稱直徑，mm;

ln——錨鏈艙內(nèi)收藏的錨鏈長度，m;

lk——堆錐部分錨鏈長度，m。

錨鏈艙容積確定后可求得錨鏈艙整體高度H與錨鏈堆放高度h。需要說明的是：錨鏈艙直徑D與堆放高度h成反比關(guān)系,如果D過大,儲存的錨鏈在船舶航行中會隨船殼一起發(fā)生移動,撞擊錨鏈艙結(jié)構(gòu),形成損傷; 同時，D過大會使錨鏈堆放的相對基線位置偏高(見圖2),一定程度上影響船舶重心高度。錨鏈艙設(shè)計完成后,需進行相關(guān)穩(wěn)性計算,評估錨鏈存放高度是否帶來負面影響。

圖2 D不同取值的錨鏈堆放示意

2.2 錨鏈管

錨鏈管位置應(yīng)確使錨鏈在鏈艙內(nèi)收藏的尖頂位于錨鏈艙中央,大致位于錨鏈艙頂部水平斷面的中心處，即與錨鏈艙中心保持在同一垂線上。

1.3 錨機位置和高度

1)錨機安裝在錨鏈管的上方。在水平方向上,錨機軸心大致位于錨鏈管中心偏船艏方向(1.0～1.5)d范圍內(nèi);

2)錨鏈與錨機鏈輪包角θ1、θ2(見圖3),由錨機廠家提供角度參考值。θ2角度是保證錨鏈與錨機鏈輪嚙合程度的參數(shù)，如果θ2過小,且放錨時錨鏈出速過快,錨鏈會跳出錨機鏈輪,對附近的人員和設(shè)備造成損傷。因此,設(shè)計采用的θ2角度不能小于廠家給定的參考數(shù)值。

圖3 艏部A-A剖面示意

3)錨機鏈輪中心高度取決于θ2角度和錨鏈筒甲板開口位置,在初始時可預(yù)設(shè)一高度,并不斷調(diào)整。期間,錨機輔機臺高度設(shè)置應(yīng)注意:如果過高,在拉、放錨過程中會產(chǎn)生很大轉(zhuǎn)矩;如果過小,錨機的安裝、拆卸會略顯不便。

4)錨機、止鏈器、錨鏈筒。如果三者中心所成線段同處在一個垂直平面內(nèi)時,最終布置會相對緊湊,所需占用的甲板面積會相對減小;如不處在同一平面時,需增設(shè)導(dǎo)鏈器,并考慮與止鏈器的配合使用,由此會產(chǎn)生材料和設(shè)計成本的增加,這類布置但盡量避免。

2.4 止鏈器

根據(jù)以往設(shè)計經(jīng)驗,止鏈器本身可以選取標準產(chǎn)品,不同的標準對應(yīng)不同的產(chǎn)品。前期設(shè)計階段應(yīng)關(guān)注:

1)位置。止鏈器軸心大約距錨鏈管中心、船艏方向(45～50)d范圍內(nèi)。

2)在錨機鏈輪中心高度確定后再調(diào)整軸心高。

2.5 錨鏈筒和錨唇

1)錨鏈管中心線長度Lh(從甲板開口至錨唇外開口)在(1.3～1.4)LS范圍內(nèi)。其中LS為錨桿長度。初期研討的Lh取1.4倍的LS長度。

2)靈便型散貨船艏部受型線外飄影響,錨鏈筒一般較短,其長度 (從甲板開口至船體外板)不足以容納錨桿時,需加設(shè)錨唇對長度進行補足,同時保證錨在釋放中,錨頭與外板最小安全間距得到滿足。但錨唇長度越長,鑄件用料就越多;錨唇雖為結(jié)構(gòu)厚實的鑄件,但與船體外板焊接處的強度需相應(yīng)增強,以承受自重與可能的上浪撞擊,因此其長度應(yīng)被限制在一定范圍內(nèi)。

前期設(shè)計過程中,需綜合考慮以上因素選擇合適長度的錨唇。

3)θ值(見圖3)分布在35°～45°區(qū)間內(nèi),具有球鼻艏的大型船舶,θ可達到50°～55°。在實際設(shè)計中,若θ角度過大(假設(shè)θ=90°),錨鏈會卡壓在止鏈器滾輪上,造成對止鏈器結(jié)構(gòu)的損傷,但此時錨與錨唇接觸點的摩擦力很小(可忽略不計); 若θ過小(假設(shè)θ=0°),錨鏈與止鏈器滾輪摩擦較小,但錨與錨唇接觸點摩擦很大。鑒于θ值選取受互為制約的兩因素影響,平衡整體效果,借鑒日本大多數(shù)船廠采用的θ=45°設(shè)計。

4)錨鏈筒中心線與甲板開口處交點與錨鏈管中心距離L(見圖3)。如果L長度設(shè)計過長,放錨時錨鏈會發(fā)生劇烈晃動,不同資料給出的L取值的參考范圍見表1。

表1 L的取值參考范圍

5)錨鏈筒中心線與船中線夾角θ3(見4),主要結(jié)合型線具體考慮。對靈便型散貨船而言,因其艏部型線相對肥大,θ3一般在10°左右；對設(shè)置球鼻艏大型船,θ3最大不超過20°。實際設(shè)計中,在θ3選取前,還要對艏部甲板布置空間大小、帶纜走向與金物配合預(yù)估后再選擇。

圖4 艏部錨鏈筒位置示意

6)錨鏈筒的上下壁厚。錨鏈移動時,始終與錨鏈筒內(nèi)壁下表面摩擦,考慮到長期摩擦影響并根據(jù)實績經(jīng)驗,錨鏈筒上表面厚度選取0.3d,下表面為0.4d。

7)正浮條件下,在錨入水過程中錨外端與船體外板最小凈間距不能低于500 mm。同時在一般壓載并伴隨橫傾1°與最大艉傾2%Lpp時,錨與外板凈間距至少保持200 mm以上(Rough Lines精度與冗裕度也需同時考慮)。

8)靈便型散貨船因考慮艏部儲備浮力一般需要設(shè)置艏樓甲板,因而錨唇布置相對吃水較高,但仍需考慮船艏波浪的最大高度L2與錨唇外表面高度的間距L1(見圖5),以防止因舷側(cè)擱置的錨位置過低而引起的水波增加船舶阻力。另外,錨的擱置位置不能超過艏柱。

圖5 艏波與錨唇高度間距

3 布置初定后的檢查調(diào)整

錨泊布置前期定位后,系纜設(shè)備即可進行相應(yīng)布置設(shè)計。必須檢查帶纜出繩角度、纜機工作有效區(qū)間、金物與之周圍障礙物的安全凈空間等是否滿足實際操作要求。

在缺乏可參照的母型船資料背景下,新船錨泊前期布置,需要不斷調(diào)整,找到各設(shè)備的合適位置。同一艘船型沒有唯一的布置,只有更加合理、優(yōu)化的方案。

另外,新船前期設(shè)計中的艏部型線尚未確定,會因多種原因而調(diào)整,即便是微小的變化也需要對初定的錨泊布置進行檢查和更新,直至船舶最終定型。因此錨泊系統(tǒng)布置是一個持續(xù)、不斷修改、不斷更新的過程。