灵便型散货船前期设计阶段中的锚泊系统布置

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(南通中远川崎船舶工程有限公司，江苏 南通 226005)

锚泊系统各设备间的位置相互关联(见图1),布置无法单独决定,其中锚链筒布置需着重考虑,以保证满足锚拉起/释放时的自由度、锚头与外板的距离、锚在搁置时与锚唇的贴合度等指标。

1 布置前的准备工作

1.1 舾装数

在布置展开前,首要任务是确定灵便型散货船的舾装数。根据CSR共同规范计算得EN值，可找到对应所需艏锚与锚链的规格尺寸。

锚的形式很多,本文以AC-14型大抓力无杆锚为例锚设备中需要关注的参数如下。

1)锚杆长Ls。决定锚链筒长度包含锚唇部分。

2)锚头最大宽度Ba。 与放锚过程中锚与艏部外板最大突出部间距相关。

上述参数值如无前船实际数据参考,需预先与锚厂家进行交流,并及时获得信息反馈。

1.2 锚缆机选型

由系泊力计算结果并经与设备厂家前期商讨,初步确定锚缆机设备型号,获取外形CAD数据,以便在总布置图中进行布置作业。锚缆机设备有两机共轴和两体分离的形式，选用何种形式取决于带缆路径与甲板布置空间大小。在无实际船借鉴情况下,需对初拟的不同形式、不同厂商的设备作概要研讨,以减小在详细设计中可能因设备厂家变更而导致对锚泊布置的影响。

1.3 巴拿马运河带缆桩位置要求

设计的灵便型散货船一般都需要通过巴拿马运河,在艏部总布置图中可预先标出带缆桩布置范围,一方面可预先增加对锚泊设备布置的方向性认识,另一方面可避免在系统设备定位后可能因带缆桩布置不满足运河要求而进行的布置修改。

2 锚泊系统布置

2.1 锚链舱

船艏锚链舱应设置在艏部防撞舱壁前方,同时应尽量布置在结构件上,这样可有效减少补强等加强材的使用量。锚链舱形式很多,灵便型散货船一般选用圆筒形锚链舱,其链舱直径和舱容与锚链的长度、直径成一定比例。锚链长度可根据舾装数对应档位得到。锚链舱直径选取,根据以往经验,一般在(30～35)d,最大不超过40d(d为锚链直径)。初步设计时,锚链舱直径可选取30d,但最终选取值往往大于30d,并需修正为整数,以方便现场建造施工。如船东无特殊要求,锚链舱容积一般默认保留10%的余量。圆形锚链舱的容积V为

(1)

式中:dc——锚链公称直径，mm;

ln——锚链舱内收藏的锚链长度，m;

lk——堆锥部分锚链长度，m。

锚链舱容积确定后可求得锚链舱整体高度H与锚链堆放高度h。需要说明的是：锚链舱直径D与堆放高度h成反比关系,如果D过大,储存的锚链在船舶航行中会随船壳一起发生移动,撞击锚链舱结构,形成损伤; 同时，D过大会使锚链堆放的相对基线位置偏高(见图2),一定程度上影响船舶重心高度。锚链舱设计完成后,需进行相关稳性计算,评估锚链存放高度是否带来负面影响。

图2 D不同取值的锚链堆放示意

2.2 锚链管

锚链管位置应确使锚链在链舱内收藏的尖顶位于锚链舱中央,大致位于锚链舱顶部水平断面的中心处，即与锚链舱中心保持在同一垂线上。

1.3 锚机位置和高度

1)锚机安装在锚链管的上方。在水平方向上,锚机轴心大致位于锚链管中心偏船艏方向(1.0～1.5)d范围内;

2)锚链与锚机链轮包角θ1、θ2(见图3),由锚机厂家提供角度参考值。θ2角度是保证锚链与锚机链轮啮合程度的参数，如果θ2过小,且放锚时锚链出速过快,锚链会跳出锚机链轮,对附近的人员和设备造成损伤。因此,设计采用的θ2角度不能小于厂家给定的参考数值。

图3 艏部A-A剖面示意

3)锚机链轮中心高度取决于θ2角度和锚链筒甲板开口位置,在初始时可预设一高度,并不断调整。期间,锚机辅机台高度设置应注意:如果过高,在拉、放锚过程中会产生很大转矩;如果过小,锚机的安装、拆卸会略显不便。

4)锚机、止链器、锚链筒。如果三者中心所成线段同处在一个垂直平面内时,最终布置会相对紧凑,所需占用的甲板面积会相对减小;如不处在同一平面时,需增设导链器,并考虑与止链器的配合使用,由此会产生材料和设计成本的增加,这类布置但尽量避免。

2.4 止链器

根据以往设计经验,止链器本身可以选取标准产品,不同的标准对应不同的产品。前期设计阶段应关注:

1)位置。止链器轴心大约距锚链管中心、船艏方向(45～50)d范围内。

2)在锚机链轮中心高度确定后再调整轴心高。

2.5 锚链筒和锚唇

1)锚链管中心线长度Lh(从甲板开口至锚唇外开口)在(1.3～1.4)LS范围内。其中LS为锚杆长度。初期研讨的Lh取1.4倍的LS长度。

2)灵便型散货船艏部受型线外飘影响,锚链筒一般较短,其长度 (从甲板开口至船体外板)不足以容纳锚杆时,需加设锚唇对长度进行补足,同时保证锚在释放中,锚头与外板最小安全间距得到满足。但锚唇长度越长,铸件用料就越多;锚唇虽为结构厚实的铸件,但与船体外板焊接处的强度需相应增强,以承受自重与可能的上浪撞击,因此其长度应被限制在一定范围内。

前期设计过程中,需综合考虑以上因素选择合适长度的锚唇。

3)θ值(见图3)分布在35°～45°区间内,具有球鼻艏的大型船舶,θ可达到50°～55°。在实际设计中,若θ角度过大(假设θ=90°),锚链会卡压在止链器滚轮上,造成对止链器结构的损伤,但此时锚与锚唇接触点的摩擦力很小(可忽略不计); 若θ过小(假设θ=0°),锚链与止链器滚轮摩擦较小,但锚与锚唇接触点摩擦很大。鉴于θ值选取受互为制约的两因素影响,平衡整体效果,借鉴日本大多数船厂采用的θ=45°设计。

4)锚链筒中心线与甲板开口处交点与锚链管中心距离L(见图3)。如果L长度设计过长,放锚时锚链会发生剧烈晃动,不同资料给出的L取值的参考范围见表1。

表1 L的取值参考范围

5)锚链筒中心线与船中线夹角θ3(见4),主要结合型线具体考虑。对灵便型散货船而言,因其艏部型线相对肥大,θ3一般在10°左右；对设置球鼻艏大型船,θ3最大不超过20°。实际设计中,在θ3选取前,还要对艏部甲板布置空间大小、带缆走向与金物配合预估后再选择。

图4 艏部锚链筒位置示意

6)锚链筒的上下壁厚。锚链移动时,始终与锚链筒内壁下表面摩擦,考虑到长期摩擦影响并根据实绩经验,锚链筒上表面厚度选取0.3d,下表面为0.4d。

7)正浮条件下,在锚入水过程中锚外端与船体外板最小净间距不能低于500 mm。同时在一般压载并伴随横倾1°与最大艉倾2%Lpp时,锚与外板净间距至少保持200 mm以上(Rough Lines精度与冗裕度也需同时考虑)。

8)灵便型散货船因考虑艏部储备浮力一般需要设置艏楼甲板,因而锚唇布置相对吃水较高,但仍需考虑船艏波浪的最大高度L2与锚唇外表面高度的间距L1(见图5),以防止因舷侧搁置的锚位置过低而引起的水波增加船舶阻力。另外,锚的搁置位置不能超过艏柱。

图5 艏波与锚唇高度间距

3 布置初定后的检查调整

锚泊布置前期定位后,系缆设备即可进行相应布置设计。必须检查带缆出绳角度、缆机工作有效区间、金物与之周围障碍物的安全净空间等是否满足实际操作要求。

在缺乏可参照的母型船资料背景下,新船锚泊前期布置,需要不断调整,找到各设备的合适位置。同一艘船型没有唯一的布置,只有更加合理、优化的方案。

另外,新船前期设计中的艏部型线尚未确定,会因多种原因而调整,即便是微小的变化也需要对初定的锚泊布置进行检查和更新,直至船舶最终定型。因此锚泊系统布置是一个持续、不断修改、不断更新的过程。