拖輪頂推時擺位對靠泊操縱的影響

拖輪頂推時擺位對靠泊操縱的影響

周章廷

(中海國際船舶管理有限公司，上海 200120)

摘要:從拖輪在進行頂推作業(yè)時擺位和影響擺位因素的角度，分析和討論船舶靠泊操縱時拖輪頂推擺位對其產(chǎn)生的影響。提醒船舶在使用拖輪協(xié)助靠泊的過程中應(yīng)注意的問題。

關(guān)鍵詞:拖輪擺位；縱向移動；平行船體長度；船舶線型

收稿日期：2015-02-01

作者簡介：周章廷(1971—)，男，上海市人，船長，主要從事船務(wù)管理工作。

文章編號：1674-5949(2015)02-026-03

中圖分類號：U661文獻標(biāo)志碼：A

Effects of Pushing Tug Placement on Ship Berth Maneuvering

ZhouZhangting

(China Shipping International Shipmanagement Co., Ltd, Shanghai 200120, China)

Abstract:The effects of tug placement on ship berth maneuvering are analyzed and the factors which influence tug placement are discussed from the angle of the tug at pushing operations. Some things that should be paid attention to in the process of berthing with the assistance of a tug are discribed.

Key words: tug placement; longitudinal movement; parallel length of hull; ship hull form

0 引言

船舶在靠泊操縱過程中，受潮汐、泊位或港口水域限制、船舶操縱性能等因素影響，通常需要拖輪協(xié)助完成靠泊作業(yè)。在使用拖輪的過程中，特別是船舶接近泊位或已靠上泊位正在進行帶纜作業(yè)時，經(jīng)常遇到這樣一種現(xiàn)象，即船舶處于頂流狀態(tài)，船位已擺正，船速也已基本為零，但在拖輪的協(xié)助下作平移推進或靠泊后系纜的過程中，船舶會前移，且時間越長，前移現(xiàn)象越明顯。這種現(xiàn)象不僅僅發(fā)生在有流港，無流港也會發(fā)生，且空載時比重載時明顯。經(jīng)分析，導(dǎo)致現(xiàn)象的直接原因是拖輪在頂推過程中的擺位(即拖輪艏艉縱向剖面與大船艏艉縱向剖面間的位置關(guān)系)不當(dāng)。

1拖輪擺位對靠泊操縱的影響及擺位不正的原因分析

1.1拖輪擺位對靠泊操縱的影響分析

在整個靠泊作業(yè)過程中，合理地指揮和使用拖輪對于順利完成靠泊作業(yè)至關(guān)重要。拖輪頂推位置的選擇及其作業(yè)過程中擺位的選擇直接影響著船舶的靠泊進程。多數(shù)船舶在進行靠泊操作時很少分析拖輪在不同的位置或以不同的擺位頂推對船舶移動的影響。指揮和使用拖輪時，通常是憑經(jīng)驗將其安排在艏艉，對頂推時的擺位也沒有明確的要求。拖輪在頂推過程中，其擺位全憑拖輪船長控制。

分析拖輪擺位對船舶操縱的影響，首先要分析拖輪頂推時對船舶作用力的方向及影響其作用力方向的因素。拖輪頂推船舶的作用力方向與拖輪的擺位密切相關(guān)，若拖輪與船體(指船舶縱向剖面，下同)垂直，則其作用力的方向也垂直于船體，對船舶產(chǎn)生橫向推力，推船舶作橫向移動；若拖輪的擺位與船體不垂直，則根據(jù)力的平行四邊形原理，其作用力N分成2個方向：推船體橫移的橫向推力N1和推船舶作前后縱向運動的縱向推力N2(見圖1)。

圖1　拖輪作用力的方向與拖輪擺位間的關(guān)系

1.2導(dǎo)致拖輪產(chǎn)生擺位不正的原因分析

由圖1可知，拖輪作用力的方向與拖輪擺位有直接的關(guān)系。導(dǎo)致拖輪產(chǎn)生擺位不正的原因主要來自三方面：拖輪船長的操作、當(dāng)時作業(yè)環(huán)境下拖輪所受的外力以及作業(yè)時相對于大船的位置。而從影響拖輪擺位的因素分析，主要有：

(1)拖輪船長在操縱拖輪時隨意性較大，沒有及時調(diào)整好拖輪的擺位，使得頂推時與船體不垂直；

(2)大船入泊初期的速度較快，導(dǎo)致拖輪在跟進過程中來不及調(diào)整擺位；

(3)受風(fēng)流的影響，拖輪不能與船體保持垂直，拖輪的上層建筑通常較小，風(fēng)壓相比流壓小得多；

(4)受風(fēng)浪的影響，拖輪上下顛簸和左右搖擺，不能保持其擺位；

(5)拖輪作用位置不在船體平行部位，使其與船體不垂直。

上述各種影響因素共同作用，導(dǎo)致拖輪擺位與船體不垂直。而拖輪擺位對船舶的影響主要體現(xiàn)在船舶的移動速度。例如在頂流入泊初期，艉部拖輪頂推時，船速下降較慢，其原因是拖輪不能垂直于船體，作用力產(chǎn)生了向前的縱向分力(見圖1)，該分力導(dǎo)致船速不易降下來；又如，將拖輪過分安排在靠近艏艉的曲線部位，致使其無法保持正確的擺位，在船舶進泊過程中，往往會使船舶產(chǎn)生向前的縱向移動。當(dāng)船舶已抵達(dá)泊位旁或已靠上泊位正調(diào)整到指定位置時，船長的通常做法是用拖輪將船慢慢頂至泊位或快速頂住，但在隨后的帶纜過程中發(fā)現(xiàn)船舶會慢慢向前移動，前移的原因是艉拖輪的頂推擺位存在問題，產(chǎn)生了向前的分力。雖然艏拖輪也可能頂在曲線部位，但艏胯部的曲率比艉胯部的小很多，因此艏拖輪作用力向后的分量很小，幾乎不起作用，除非因操作需要而有意讓拖輪調(diào)整其擺位。

船舶的線型與船舶類型有關(guān)，通常油船比貨船肥大，因而其艏艉的曲線弧度也較大。油船的平行船體長度與船長之比要比貨船小，一般在空船壓載狀態(tài)下，油船吃水線附近的平行船體長度不到船長的50%。以某阿芙拉型油船為例，其船長為243 m，正常壓載裝態(tài)下的平行船體長度為112 m，平行船體長度只有船長的47%。而貨船在空船壓載狀態(tài)下的平行船體長度與船長之比通常約為65%。如某7.5萬噸級的貨船，船長為225 m，壓載狀態(tài)下的平行船體長度為141 m，占船長比僅為63%。由此可見，在壓載狀態(tài)下，拖輪作業(yè)點如果偏向于艏艉，就會落在船舶的曲線部位，導(dǎo)致拖輪在作業(yè)過程出現(xiàn)擺位不正的現(xiàn)象；而艉部的曲線弧度比艏部大，就會產(chǎn)生船舶前移的狀況。在該狀況下進靠嵌檔靠泊或前方開檔不寬裕的泊位時，應(yīng)特別注意，避免產(chǎn)生緊迫局面。

2實例分析

以上述7.5萬噸級船舶為例，頂流靠泊，不計風(fēng)和水深對水動力系數(shù)的影響以及碼頭靠墊的摩擦力對船體的影響，研究一艘2 646 kW的全回轉(zhuǎn)拖輪在其艉部作全速頂推時，拖輪擺位偏角α為多少時會使船舶產(chǎn)生前移。根據(jù)船舶水動力公式[1]

(1)

式(1)中：ρw為水的密度，1.025 kN×s2/m4；L為船長，取225 m；d為船舶壓載時的平均吃水，取5.9 m；Vg為當(dāng)時船舶與水的相對速度，取0.5 kn；Cw為水動力系數(shù)，根據(jù)船舶穩(wěn)性手冊查得Cw為0.86。由此可得，Xw=36.6 kN。當(dāng)拖輪向前的分力N2>Xw時，船舶會產(chǎn)生前移。

Z型全回轉(zhuǎn)拖輪的推力按經(jīng)驗計算.取每100 kW功率約產(chǎn)生20.0 kN推力[ 2 ]，2 646 kW的拖輪全速時產(chǎn)生的推力N≈529 kN。N2=Xw=N×sin(α)=529×sin(α)，sin(α)=0.069，α=4.0°。

從上述計算可以看出，2 646 kW拖輪作全速頂推時，當(dāng)其擺位偏角>4.0°時，其向前的分力N2就會大于Xw，使船舶產(chǎn)生前移的可能，在實際操作中受風(fēng)、水深、船船污底、碼頭靠墊摩擦力等因素影響，一般其偏角達(dá)到10°~15°時就會前移。此外，從式(1)還可看出，Xw與船舶的吃水成正比，在重載情況下靠泊時，發(fā)生前移的現(xiàn)象較少，而且重載時船底富余水深變小，致水動力系數(shù)增加。

3使用拖輪協(xié)助靠泊過程中應(yīng)注意的問題

從影響拖輪擺位因素的產(chǎn)生看，這些因素都是可以克服或避免的。船長在指揮拖輪時，應(yīng)注意觀察拖輪的擺位情況，及時向拖輪船長下達(dá)操作指令。應(yīng)控制好船舶的初始入泊速度，當(dāng)相對船速超過5～6 kn時，拖輪橫向無論是頂或拖，都很難發(fā)揮作用，因此應(yīng)盡量在流速較緩時靠泊，大船入泊的速度一般控制在約2 kn。如果有流速(頂流)，拖輪要擺正船位就必須同時克服船速和流速，這在初始階段很難做到。風(fēng)浪對拖輪擺位的影響也不可忽視，在開敞港口較為明顯。如果風(fēng)浪較大，拖輪會隨著風(fēng)浪上下起伏，很難保持其正確的擺位，即使全速頂推，依然會左右搖擺、上下顛簸，所產(chǎn)生的作用力的方向和大小不能保持穩(wěn)定。此外，為了減少顛簸，拖輪船長會有意調(diào)整拖輪的擺位，使其順著風(fēng)浪，或不停地用車、舵，使船舶保持位置。因此，應(yīng)在風(fēng)浪較小時靠泊，并安排拖輪在船舶平行船體的范圍內(nèi)，盡量避開艏艉曲線部位。如果無法滿足上述要求，船長應(yīng)特別注意拖輪的擺位，及時控制船舶的前后位移。

拖輪的擺位對船舶移動有多方面的影響，如靠泊過程中可利用拖輪的擺位來調(diào)整船位。油船在靠泊時對船位的要求較高，要求船舶輸油管出口與碼頭輸油臂的接口誤差不超過50 cm，如果通過船舶自身動力來調(diào)整船位，往往會過頭，此時可利用拖輪來調(diào)整，既省時又省力。船長在使用拖輪時，應(yīng)綜合考慮當(dāng)時的情況(如風(fēng)、浪、流、船舶的受載情況等)，確定拖輪的作業(yè)位置；在拖輪頂推過程中，要對其擺位作明確要求，隨時注意拖輪的擺位情況，確保順利靠泊。

參考文獻：

[1]洪碧光，杲慶林，湯國杰.船舶操縱[M].北京：人民交通出版社,2008.

[2]熊振南，翁躍宗，張壽桂.超大型船舶靠離泊操縱中拖輪助操的應(yīng)用[J].集美大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2009(3)：260-264.