三用工作船導鏈裝置設計

陳煥東+陳標烘+蔣勇剛+盧園園

摘 要：導鏈裝置是為液壓拖曳絞車順利進行起、拋錨鏈作業(yè)相配套的特殊舾裝件。本文結(jié)合三用工作船的生產(chǎn)設計和建造過程，描述了導鏈裝置設計的目的、各種約束條件、如何確保錨鏈裝置的正常運行以及制造階段需要注意的事項等，為類似裝置的生產(chǎn)設計、制造和安裝提供參考和借鑒。

關鍵詞：導鏈裝置；設計；錨鏈；軌跡；約束條件

中圖分類號：U674.40 文獻標識碼：A

The Design of the Chain Guild Unit for AHTS Vessel

CHEN Huandong， CHEN Biaohong， JIANG Yonggang， LU Yuanyuan

（ CSSC Huangpu Wenchong Shipbuilding Co.，Ltd. Guangzhou 511462 ）

Abstract： Chain guild unit is a special outfitting for hydraulic towing winch to handle anchor chain. Based on the production design and construction of AHTS， this paper describes the intent of design for the chain guild unit， all restrictions conditions， how the unit ensures the anchor chain keep going on the track and the main attentions for the manufacture.

Key words： Chain guild unit； Design； Chain cable； Track； Restriction conditions

1 引言

三用工作船是為海洋工程配套的輔助船舶，其使用目的的多樣性決定了該類型船相對一般常規(guī)船型更加復雜。此類船上布置的特種設備，為鉆井、采油、修井等各類平臺、浮吊進行起/拋錨、拖帶、物料供應等生產(chǎn)施工作業(yè)提供服務。

由于液壓拖曳絞車對于實現(xiàn)該類型船舶作業(yè)功能至關重要，在總體布置、技術協(xié)議談判、設備認可、詳細設計等各階段，船東、船廠、設計院及生產(chǎn)（代理）商需要就影響液壓拖曳絞車實施起、拋錨作業(yè)的相關配套設備及附件的技術要求進行明確。但對于導鏈裝置的方案設計和制造，由于受布置要求、廠家技術服務能力、性價比等因素影響，往往由船廠自行解決。合同規(guī)格書對船舶總體性能的要求必須滿足，作為總裝廠，需完成設計、制作和安裝導鏈裝置以滿足交船時的性能要求。本文以我司設計建造的6 500 HP三用工作船為例，介紹導鏈裝置的設計過程。

2 船舶概述

6 500 HP三用工作船是一艘為海上石油和天然氣勘探、開采工程、建筑設施等提供多種服務的多用途工作船，航行于無限航區(qū)。船舶總長70.40 m、型寬14.20 m、型深6.90 m、設計吃水4.80 m、系柱拖力850 kN。主甲板設有木甲板載貨區(qū)及擋貨欄桿，船尾甲板區(qū)域設有鯊魚鉗和尾滾筒。

該船在主甲板舯部位置設置了1臺大型液壓拖曳絞車和高低布置雙卷筒。其中，下卷筒兩端各帶1只錨鏈輪，左卷筒適配鏈徑為Φ 76 mm的錨鏈，右卷筒適配鏈徑為Φ 84 mm的錨鏈。滿足中國船級社對守護船、供應船、拖船及消防船的有關要求。

3 導鏈裝置的設計過程

3.1 設計目的

設計目的和使用目的是一致的。經(jīng)過對規(guī)格書和設備資料的研究，以及對現(xiàn)場情況的實際調(diào)查，與船東代表討論船舶進行起、拋錨作業(yè)時的具體操作，明確導鏈裝置在使用上需要達到如下目的：

（1）在液壓拖曳絞車錨鏈輪的帶動下，錨鏈從船尾部通過尾滾筒的滾動和鯊魚鉗的約束上到主甲板面，經(jīng)鋼板滑道和木甲板載貨區(qū)后，通過液壓拖曳絞車兩旁的鑄鋼錨鏈管進入到主甲板下的中錨鏈艙；

（2）船東提出在中錨鏈艙裝滿錨鏈的情況下，通過借助拖曳絞車錨鏈輪、尾絞盤及擋貨欄桿上移貨導向滑輪等裝置的相互配合，將錨鏈牽引到主甲板后部載貨區(qū)上按序排列。中錨鏈艙左右舷各一個，分別接收從錨鏈輪下來的錨鏈。每艙的結(jié)構(gòu)理論容積為～70 m3，除去艙底木墊板、圍壁T型扶強材和艙頂部的無效空間，有效容積為～50 m3。若存放鏈徑為?84 mm的錨鏈，根據(jù)公式V=k1lnd2/100計算，每艙能存放～710 m錨鏈。

3.2 錨鏈行進軌跡的設計

錨鏈行進軌跡是設計導鏈裝置的關鍵。只有先確定了軌跡，才能考慮如何保持軌跡的順利行進。

錨鏈輪處進鏈方向和方式是確定錨鏈行進軌跡的重點。因被牽引的錨鏈較大較重，例如Φ 76 mm的錨鏈，僅每個有檔普通鏈環(huán)的長度就有L=6d=456 mm，寬度為B=3.6d=273.6 mm，每米平均重量為126.5 kg。另外，液壓拖曳絞車的錨鏈輪位置較高，其上輪緣距離甲板面～2.8 m。為了避免裝置占用較大空間，所以在設計收錨鏈時考慮從錨鏈輪下端進鏈是較合適的，見圖1。

確定了錨鏈在拖曳絞車處的走向方式，根據(jù)船舶作業(yè)時的使用目的，結(jié)合甲板機械的配置情況，那么錨鏈從船尾出水到放置到位的整個軌跡就清晰，見圖2。

如圖2所示，從錨鏈運行所在的空間位置上分析，該軌跡可劃分為3個相互銜接的階段：

（1）錨鏈出水后從尾滾筒上主甲板，經(jīng)鯊魚鉗限位后位于船舶中心線上。在錨鏈輪的帶動下劃過鋼板滑道和木甲板區(qū)域，到拖曳絞車后部兩端，該端點（FR55）可設為A點，A點與錨鏈輪中心的連線平行于中縱剖面。該階段的特點是，錨鏈都在甲板面上運動；

（2）錨鏈從A點開始，到卷上錨鏈輪，這段軌跡是縱向朝船首方向行進的，且錨鏈將從在甲板上滑動過渡到在錨鏈輪上卷動。在此過程中，錨鏈會在距離錨鏈輪下端某一位置抬離甲板面，該抬離點設為B點。錨鏈卷上錨鏈輪并在其帶動下，從鏈輪最高點下來，導向錨鏈輪后部兩旁距離主甲板600 mm高的鑄鋼錨鏈管口（FR61+300）。該階段錨鏈基本處于懸空狀態(tài)，錨鏈軌跡行進方向急劇變化；endprint

（3）當中錨鏈艙滿艙后，需要用拆卸工具將錨鏈中的肯特卸扣拆開，拆開點可設為C點，余下的錨鏈將利用甲板載貨區(qū)的移貨絞車、絞盤、導向滾輪、牽引鋼絲繩等作用后滑，一直滑到拖曳絞車后部的甲板面上按序排列。該階段錨鏈從懸空狀態(tài)下降到甲板面，需要注意往船首方向前進的錨鏈與往船尾方向滑動的錨鏈，原則上其軌跡不能重疊，并盡量避免兩條路徑上錨鏈之間的摩擦碰撞。

3.3 約束條件

由上可知，錨鏈的軌跡并不是單純的平面直線，而是由不同平面上的直線和曲線組成的空間線，該空間線中間肯定存在轉(zhuǎn)向點，在轉(zhuǎn)向點上施加約束條件可防止錨鏈行進軌跡的變形。

對錨鏈整個行進軌跡所劃分的3個階段進行分析，可得出如下轉(zhuǎn)向點：

（1）鯊魚鉗處：錨鏈開始由船中位置向兩舷偏離一較小的角度。該轉(zhuǎn)向點的約束條件是起錨鏈時操作鯊魚鉗裝置升起，卡住錨鏈防止其擺動；

（2）第二個轉(zhuǎn)向點為軌跡階段的A點：該點的約束條件是要抵抗錨鏈回復船中方向上的橫向分力；

（3）第三個轉(zhuǎn)向點為軌跡階段的B點：該點的約束條件是要抵抗錨鏈豎直向上的垂向分力；

（4）第四個轉(zhuǎn)向點為軌跡階段的C點，該點的約束條件是要抵抗錨鏈橫向分力和垂向分力的合力?？紤]錨鏈輪轉(zhuǎn)動較慢，且該位置錨鏈基本上可在自身重力作用下滑動，所以可認為該點受力較小。

通過以上分析，可以確定除第一個轉(zhuǎn)向點已經(jīng)有約束外，還需要在第二、三和四轉(zhuǎn)向點上施加約束條件，這是保證錨鏈軌跡順暢不變形的必要條件。

另外，除了轉(zhuǎn)向點之外，還必須注意有2個約束曲面的存在：

① 軌跡（B）階段中，錨鏈從鏈輪頂端下降到距甲板600 mm高的錨鏈管口，這個過程錨鏈懸空；

② 軌跡（C）階段中，錨鏈從錨鏈管口滑落到甲板面上，這個過程錨鏈懸空。

除此之外，需要特別注意組合拖纜機設備商設定的一定錨鏈在鏈輪上運行的包角數(shù)據(jù)，由導鏈裝置約束的錨鏈必須能在其包角范圍內(nèi)運行，作業(yè)時不卡鏈、不跳鏈，確保作業(yè)安全。

綜上所述，對錨鏈行進軌跡上的約束條件是導鏈裝置設計的基礎。

3.4 導鏈裝置的方案設計

經(jīng)過分別對轉(zhuǎn)向點和約束曲面的具體分析，根據(jù)主甲板上液壓拖曳絞車周圍的布置情況，結(jié)合船舶甲板舾裝的設計經(jīng)驗，構(gòu)想如下的導鏈裝置設計方案（見圖4），并作為生產(chǎn)設計和施工圖的繪制前提。

導鏈裝置設計方案的說明：

（1）約束1位置（見圖2），由鯊魚鉗功能保證；

（2）約束2位置，錨鏈軌跡與船中縱剖面有較小夾角，一般小于4°，可以認為接近直線。所以該約束條件設計為截面為菱形的限位孔（見圖5），端部加防磨圓鋼；

（3） 約束3位于錨鏈抬離甲板的位置，該位置視鏈輪的卷動和錨鏈的松緊程度不同會在一個較小的范圍內(nèi)移動。另外，還應考慮到該約束需抵抗可能出現(xiàn)卡鏈時的急牽作用力。所以該位置受力較大，設計為一個帶花形滾動轉(zhuǎn)輪的限位箱（見圖5）來約束較大的受力，防止錨鏈上鏈輪前處于不利的縱向扭曲狀態(tài)，且變滑動摩擦為滾動摩擦；

（4） 約束4的受力相對較小，可以在約束面上制作一簡單限位（見圖4），防止錨鏈在下滑的過程當中跳出約束曲面；

（5）對錨鏈約束面的外形設計，可選擇V形槽、U形槽及半方形槽等?？紤]滑動錨鏈的剖切面為菱形（見圖4），選擇V形導鏈槽可與錨鏈滑動面貼合緊密。另外，V形導鏈槽在制造上也相對比較簡單。需要考慮的是V形導鏈槽的曲面形狀，設計合適的曲面形狀將會使錨鏈在錨鏈槽當中滑行的全過程更加順暢；

（6） 在錨鏈行進過程中，導鏈槽1是必須使用的，導鏈槽2僅在錨鏈在甲板上排列放置時才使用。所以將導鏈槽1設計為固定式，導鏈槽2設計為活動可拆式，不用時拆下放置在別處以利于節(jié)約空間；

（7）導鏈裝置設計需確保錨鏈在鏈輪上面的運行包角不小于135?，滿足設備安全運行的要求；

（8） 根據(jù)導鏈裝置的實際使用情況，整個裝置使用厚板制作，并在可能卡鏈的地方特別是導鏈槽兩端增加圓鋼作為光順過渡以及部分轉(zhuǎn)圓設計，磨損較大的部位增加墊板作為防磨加強。

導鏈裝置設計方案的三維效果圖，見圖6。

4 制造階段需要注意的事項

根據(jù)導鏈裝置的設計方案和實船建造的經(jīng)驗，在工程制造階段需要注意如下事項：

（1）因整個導鏈裝置受力較大且復雜，需注意板材之間的焊接質(zhì)量。較大的墊板和復板上，配開塞焊孔焊接；

（2）注意轉(zhuǎn)輪限位箱內(nèi)軸承的加工和裝配順序，避免因焊接變形過大而卡死花形滾動轉(zhuǎn)輪；

（3） 轉(zhuǎn)輪限位箱在船上的實際定位，需根據(jù)現(xiàn)場情況適當調(diào)整，以使錨鏈能在花形轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)動下順利通過，且不發(fā)生明顯跳動為準；

（4）V形導鏈槽的長度在制造時要留適當余量，以備現(xiàn)場修改；

（5）保持菱形限位孔、轉(zhuǎn)輪限位箱和錨鏈輪的中心線在垂直面上重合，且都平行于船舯剖面。

5 結(jié)束語

作為特殊的甲板舾裝件，三用工作船導鏈裝置對其實現(xiàn)起、拋錨作業(yè)是必須且重要的。設計、加工、安裝和試驗該類裝置，對于船廠的技術能力和制造能力是一個不小的挑戰(zhàn)。能成功配套該導鏈裝置，并在以后系列船的生產(chǎn)設計和實船建造中不斷優(yōu)化和改進，對促進公司做好海工輔助船舶、提高船企的配套能力和船型競爭力、擴展海工產(chǎn)品市場，以及為同行提供有益的參考借鑒，具有積極的意義。

參考文獻

[1]船舶設計實用手冊（舾裝分冊）[M]. 國防工業(yè)出版社，2002.

[2]船舶舾裝標準匯編[S]. 中國標準出版社，1999.endprint