某散貨船錨唇設(shè)計(jì)缺陷分析

黃榮杰

摘 要：本文對某散貨船海試時拋錨試驗(yàn)失敗的事故進(jìn)行分析，找出該散貨船型錨唇設(shè)計(jì)存在的缺陷，制定后續(xù)船改進(jìn)措施，為同類型船舶錨唇的設(shè)計(jì)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：散貨船；錨唇設(shè)計(jì)；拋錨試驗(yàn)

中圖分類號：U662.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Abstract： This paper analyses the failure of anchoring test for a bulk carrier during sea trial， finds out the design defect of hawse pipe ring and provides improvement suggestions for subsequent vessels.

Key words： Bulk carrier； Design of hawse pipe ring； Anchoring test

1 前言

某散貨船因各種原因進(jìn)行了兩次試航，兩次試航中拋錨試驗(yàn)均出現(xiàn)錨機(jī)高速檔無法起錨的情況，后來用低速檔起錨轉(zhuǎn)高速檔，但起錨速度不滿足規(guī)范要求的情況。后經(jīng)過修正錨唇再次進(jìn)行拋錨試驗(yàn)，結(jié)果順利通過了船東和船檢的認(rèn)可。

2 拋錨試驗(yàn)失敗原因分析

經(jīng)分析，該散貨船型共使用過兩種型式的錨唇，本船使用的是改進(jìn)后的錨唇型式，而改進(jìn)前的錨唇型式已應(yīng)用在二十幾艘船舶上均未出現(xiàn)類似的問題。下面就改進(jìn)前后兩種型式的錨唇情況及效果進(jìn)行分析。

2.1 改進(jìn)前的錨唇型式

見圖1。

錨唇型式為R100等寬圓環(huán)。實(shí)船拉錨調(diào)試存在以下問題：①錨收緊后很難做到四點(diǎn)貼合（錨筋兩點(diǎn)、錨爪兩點(diǎn)），其中一個錨爪有間隙；②錨收緊時錨桿貼在錨唇出口的下邊緣，風(fēng)浪大時易導(dǎo)致錨桿上下晃動。

2.2 改進(jìn)后的錨唇型式

見圖2。

船東要求錨在收緊狀態(tài)下錨桿必需貼著錨唇出口的上邊緣，以避免船舶在大風(fēng)浪中航行時錨上下晃動。錨唇修改后實(shí)船拉錨調(diào)試存在以下問題：錨在收緊狀態(tài)下錨桿均能頂?shù)藉^唇出口的上邊緣滿足船東的要求，但其中的一個錨爪還是有間隙，做不到5點(diǎn)貼合（錨筋兩個點(diǎn)、錨爪兩個點(diǎn)、錨桿一個點(diǎn)），船東同意錨臺面板上錨爪有間隙的位置貼板或用堆焊以消除間隙問題。

2.3 改進(jìn)后的錨唇型式在其它系列船上的應(yīng)用

由于本船型系列船較多，將改進(jìn)型的錨唇型式應(yīng)用到其他系列船上，結(jié)果某船在拋錨試驗(yàn)時出現(xiàn)了如下問題：①拋錨試驗(yàn)時錨機(jī)高速檔無法起錨，用低速檔起錨后轉(zhuǎn)高速檔，但起錨速度不滿足規(guī)范要求；②起錨過程中錨機(jī)壓力過大，起錨速度慢，錨唇磨損嚴(yán)重；③錨收緊后做不到五點(diǎn)貼合（錨筋兩點(diǎn)、錨爪兩點(diǎn)、錨桿一點(diǎn)），其中一個錨爪會有間隙。

2.4 拋錨試驗(yàn)失敗的原因分析

上述錨唇改進(jìn)型出現(xiàn)的問題，其中問題錨收緊時存在錨爪貼合不牢問題是錨唇改進(jìn)前后型都存在的，跟整個錨系設(shè)計(jì)、建造誤差、安裝精度等都有關(guān)系，因不是導(dǎo)致拋錨失敗的直接原因這里不作重點(diǎn)分析。而對于出現(xiàn)上述①、②問題的原因分析如下：

（1）由于不等寬圓環(huán)型錨唇安裝角度誤差造成錨鏈鏈環(huán)在錨唇下口接觸點(diǎn)處的弧度變小，錨鏈與錨唇間的摩擦力增大，錨唇磨損嚴(yán)重，甚至被磨出了很深的凹槽，導(dǎo)致錨機(jī)起錨速度變慢甚至拉不動。下面對比錨唇改進(jìn)前后兩種型式錨唇與錨鏈鏈環(huán)在錨唇下口接觸點(diǎn)的變化情況。

如圖3所示，為便于定性分析，假設(shè)錨機(jī)的拉力T由錨鏈自重G和摩擦力f組成，支反力R僅由拉力T引起，即

上述公式中G和n為常量，β角變化時α角基本不變，由此可以看出β值與錨機(jī)拉力T的關(guān)系，β值越大即R作用點(diǎn)越偏離鏈環(huán)中心線位置，則錨機(jī)拉力T越小，反之β值越小即R作用點(diǎn)越靠近鏈環(huán)中心線位置，錨機(jī)拉力T越大。

從放樣圖可以看出，改進(jìn)前后兩種型式錨唇錨鏈鏈環(huán)與錨唇下口第一接觸點(diǎn)位置變化不大，理論上這兩種型式的錨唇對錨鏈鏈環(huán)所產(chǎn)生的摩擦力是相差不大的。但如果錨鏈進(jìn)出錨鏈筒位置發(fā)生了變化（即不在改進(jìn)型錨唇下口的最寬位置），則錨鏈鏈環(huán)與錨唇下口第一接觸點(diǎn)偏離鏈環(huán)中心線會有較大的變化，錨唇對鏈環(huán)所產(chǎn)生的摩擦力也因此變得更大，錨機(jī)拉力相應(yīng)增大。

從實(shí)船拉錨情況可以看出，拋錨試驗(yàn)出現(xiàn)問題的船其錨鏈與錨唇下口接觸點(diǎn)的位置偏離錨唇最寬位置較遠(yuǎn)，而錨鏈與錨唇下口的接觸點(diǎn)位置基本接近于錨唇最寬位置的船，實(shí)船拉錨試驗(yàn)這些船錨機(jī)壓力和速度都是正常的。

（2）本系列船的錨臺設(shè)計(jì)型式為錨可以在錨臺面上旋轉(zhuǎn)收緊，雖然也滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求，但并非最優(yōu)設(shè)計(jì)，因?yàn)榻ㄔ煺`差實(shí)船錨旋轉(zhuǎn)收緊的位置很難確定，錨鏈進(jìn)入錨鏈筒位置也會有相應(yīng)變化。

（3）錨鏈筒中心線及錨臺安裝角度偏差會導(dǎo)致錨鏈鏈環(huán)與錨唇下口圓弧接觸點(diǎn)位置變化，從而會導(dǎo)致錨鏈上升運(yùn)動時摩擦力增加，使錨機(jī)壓力變大，速度變慢。

理論上錨鏈筒中心線與水平面夾角越小，即錨鏈筒安裝的越平緩則錨鏈上升時所受到的摩擦力就越大。由于發(fā)現(xiàn)缺陷時船舶已在碼頭上無法準(zhǔn)確測量偏差值從而無法預(yù)估影響的程度，但在碼頭用全站儀測量錨臺平面度及錨鏈筒中心的偏差情況，數(shù)據(jù)分析顯示出現(xiàn)問題的船舶錨臺平面度及錨鏈筒中心均有一定偏差，且船舶左右舷錨臺的情況也有差別，其測量結(jié)果及偏差值與現(xiàn)場實(shí)際拉錨存在問題程度相吻合。

（4）不同錨機(jī)廠家的泵站功率和效率都有差異，廠家在設(shè)備選型時都能滿足規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)要求，但富裕量存在差異，富裕量差異有可能會導(dǎo)致某些船錨機(jī)在實(shí)際使用時壓力和速度滿足不了使用要求。

（5）錨機(jī)的鏈輪與錨鏈的嚙合情況也是影響錨機(jī)起錨時壓力變大的因素之一，錨鏈輪與錨鏈嚙合不良會導(dǎo)致跳鏈、滑鏈、鏈輪磨損嚴(yán)重等情況，造成拋起錨失敗。據(jù)實(shí)船觀察，出現(xiàn)拋錨試驗(yàn)失敗的船舶錨鏈輪磨損也比較嚴(yán)重。由于錨鏈輪與錨鏈的嚙合部位-鏈環(huán)承窩難以進(jìn)行機(jī)械加工，鑄造時如何保證尺寸公差和形位公差至關(guān)重要，并且錨鏈輪在澆鑄前必需進(jìn)行模型與鏈條嚙合試驗(yàn)，鑄造后進(jìn)行工廠臺架試驗(yàn)以盡可能減少實(shí)船上出現(xiàn)問題。

綜上所述，造成本船拋錨試驗(yàn)失敗主要原因可歸納為如下兩點(diǎn)：

（1）錨鏈筒、錨臺、錨唇等錨系設(shè)備的安裝精度誤差不一樣，有些船沒有問題，有些船有問題，且問題嚴(yán)重程度不一，即使同一艘船左右舷的情況也有差異；

（2）錨系的設(shè)計(jì)不合理：①錨唇下口的弧度偏小，本船φ64 mm的錨鏈其錨唇下口弧度應(yīng)該在R200左右比較合適，也就是應(yīng)為錨鏈直徑3倍以上；②錨臺設(shè)計(jì)型式不合理，即錨可以在錨臺上旋轉(zhuǎn)收緊。由于建造精度問題實(shí)船錨旋轉(zhuǎn)的位置無法準(zhǔn)確確定，從而會導(dǎo)致錨貼合、掣鏈器定位、錨鏈摩擦、跳鏈、翻鏈等一系列問題。

3 在制船的處理方案

（ 1 ）對錨唇已安裝的船舶測量其錨唇安裝精度及安裝角度，如果安裝角度測量結(jié)果偏差值比本船小，則建議不做修改，僅根據(jù)碼頭掣鏈器調(diào)試情況做局部修整；如果錨唇安裝角度偏差值比本船大，則建議將錨唇更換，用相同規(guī)格的錨唇重新定位安裝。

（ 2 ）錨唇尚未安裝的船舶，采用新型式的錨唇重新做木模拉錨試驗(yàn)，并重新訂貨和定位安裝。

4 后續(xù)新船的改進(jìn)措施

（ 1 ）錨機(jī)設(shè)備選型時，要注意相關(guān)設(shè)備參數(shù)的選取，由廠家提供相關(guān)的計(jì)算，證明錨機(jī)的額定速度及拉力達(dá)到規(guī)范要求，并留有適當(dāng)?shù)脑６?。錨機(jī)出廠驗(yàn)收時，重點(diǎn)關(guān)注錨機(jī)拉力試驗(yàn)以及錨鏈輪制造精度等。

（ 2 ）加強(qiáng)錨系設(shè)計(jì)圖紙的審核和把關(guān)。錨系的設(shè)計(jì)尤其錨鏈筒布置、錨臺、錨唇的型式等設(shè)計(jì)，其質(zhì)量好壞將直接影響到錨的使用效果，一個好的設(shè)計(jì)能減少后續(xù)實(shí)船大量現(xiàn)場工作并能使錨達(dá)到良好的使用效果，所以前期設(shè)計(jì)工作是重中之重，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

①錨鏈筒角度的選擇應(yīng)結(jié)合具體船型，一般為35°～45°，對于球首的大型船舶為40°～50°，同時應(yīng)綜合考慮錨桿在錨鏈筒的收藏狀況、錨收放時與外板間隙、錨鏈錨桿能否順利進(jìn)出錨鏈筒等各種因素。

②錨臺及錨唇的設(shè)計(jì)應(yīng)重點(diǎn)考慮：沿錨鏈筒中心線垂直剖面錨臺、錨唇設(shè)計(jì)角度，應(yīng)與錨自身的最大夾角相符合，以保證錨能收緊貼合；沿錨鏈筒中心線水平剖面錨臺、錨唇的端面，需垂直于錨鏈筒中心線，這樣可有效避免錨收緊過程中轉(zhuǎn)動而造成錨爪貼合不牢；錨處在收藏位置時錨桿應(yīng)頂?shù)藉^鏈筒內(nèi)口的正上方，這樣可避免船舶在大風(fēng)浪中航行時錨上下擺動。

③應(yīng)重視拉錨木模試驗(yàn)。木模試驗(yàn)應(yīng)關(guān)注試驗(yàn)中存在的問題，并作出合理修正以達(dá)到理想的拉錨效果。應(yīng)明確拉錨驗(yàn)收合格的狀態(tài)：錨鏈、錨桿能順利進(jìn)出錨鏈筒；錨筋、錨爪貼合牢固，且錨桿位于錨鏈筒上邊緣；起錨過程中錨與外板的間隙達(dá)到設(shè)計(jì)要求等。

錨臺錨唇的設(shè)計(jì)需保證使掣鏈器在一定范圍內(nèi)前后移動而不影響錨的貼合。

整個拉錨試驗(yàn)過程錨鏈?zhǔn)芰鶆?，沒有被卡緊或突然受力增大情況。

完工圖紙必須與模型試驗(yàn)狀態(tài)相吻合；根據(jù)模型拉錨試驗(yàn)數(shù)據(jù)，修正錨系生產(chǎn)設(shè)計(jì)圖紙用于實(shí)船的制作及安裝。

④錨鏈筒、錨臺、錨唇的制作和安裝工藝要合理，要便于施工及精度控制，要有詳細(xì)的工藝控制點(diǎn)、測量點(diǎn)、相關(guān)精度要求等，所有數(shù)據(jù)均應(yīng)測量報(bào)驗(yàn)記錄在案，以備后續(xù)進(jìn)行拉錨效果分析。

5 結(jié)束語

船舶錨系的設(shè)計(jì)和安裝是船舶建造過程中一項(xiàng)重要的工程項(xiàng)目，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù)難度大、專業(yè)涵蓋面廣。嚴(yán)格控制好錨系的設(shè)計(jì)和安裝質(zhì)量，能有效地縮短碼頭掣鏈器調(diào)試周期，節(jié)約造船成本，降低船舶后續(xù)營運(yùn)的風(fēng)險(xiǎn)。

參考文獻(xiàn)

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