某型港作拖船的锚穴设计

（大连辽南船厂，辽宁大连 116041）

0 引言

船舶在营运过程中，会因为人员上下、装卸货物、补充给养、躲避风暴、等候泊位、接受检疫以及避碰避让等情况而使船舶临时停泊，锚泊设备是为使船舶牢固地抛锚停泊而设置的[1]。如锚泊设备设计不可靠，会给船舶安全造成隐患。锚泊设备的设计重点和难点就是锚链筒和锚穴的设计，只有合理地确定了锚链筒的位置后，才能确定其他锚泊设备的位置。

某型港作拖船为某港口设计建造，用于协助中小型船舶进出港口和靠离码头。该船为全回转拖船，具备首拖和傍拖作业功能，且设有水下护舷。为防止锚对被拖船舶造成损坏，同时为减少航行时波浪对锚的冲击和船舶航行阻力[2]，确定采用明式锚穴的形式收藏锚。本文简述了本船锚链筒和锚穴的设计思路和设计过程。

1 锚链筒和锚穴的设计方法

船舶设计手册舾装分册中有一些关于锚链筒和锚穴设计方法的介绍，主要实例均以大中型普通海船为主，对小型船及工程船的介绍较少，且几乎没有关于确定明式锚穴几何要素的介绍。通常小型船及工程船锚穴的设计均参考母型船舶，但对于新船型与母型船首部型线变化较多的船，只能重新设计锚链筒位置、中心线的夹角及锚穴几何要素等。锚穴的几何要素包括锚穴底板尺寸、锚穴的深度、锚穴上下板和锚穴侧板尺寸。这些要素不仅和锚外形尺寸有关，而且与锚在锚穴里的受力、运动情况有着密切的联系[3]。

下文将介绍该船锚链筒和锚穴的设计过程。

1.1 锚和锚机的选取

根据《国内航行海船建造规范》，对拖船舾装数N进行计算[4]。

式中：Δ为夏季载重线下的型排水量，t；α为从船中夏季载重水线至上甲板的距离，m；B为船宽，m；bi为上层建筑宽度或各层宽度超过B/4甲板室的宽度，m；hi为各层宽度大于B/4的舱室，在其中心线处量计的高度，m；A为船长L范围内夏季载重水线以上的船体部分和上层建筑以及各层宽度大于B/4的甲板室的侧投影面积的总和，m2。

经计算N值为155.94，故选取480 kg锚和A2-19锚链。锚的型式选斯贝克锚，其基本性能虽与霍尔锚相似，但其最主要特点是锚头重心略低于转轴（小轴），因此当锚吊起时，锚爪随即竖直，可与锚柄大致保持在同一平面，从而可在收锚过程中避免锚爪与船壳板发生抵触[5]，同时能避免锚在外板上滑移而损伤涂漆以及无法收锚的风险。

本船前甲板的空间有限，且锚机应具有拖曳功能，故选用双链轮卧式液压组合起锚/拖曳绞车，锚链轮间距为1700 mm。

1.2 锚链筒及锚穴的初步布置

由于船宽和船长受限，首部甲板窄而短且线型变化较大，按照明式锚穴的设计要求，锚链筒的位置和角度的确定都非常困难。根据总布置图首部甲板的空间及甲板下防撞舱壁的位置，确定组合起锚/拖曳绞车和锚链舱的位置，绞车锚链轮中心布置于FR49+100，锚链舱在其甲板下部，然后确定锚链筒在甲板上的位置，通过初步分析，其纵向位置中心距绞车链轮中心为1650 mm、横向位置中心距船中850 mm。本船的设计吃水为3200 mm，为使锚收藏后高于水面，初定锚链筒中心线与外板的交点Z坐标为3650 mm。锚链筒中心线在水平面同船体中心线之间的夹角为α，设计手册通常要求“设置双链轮卧式锚机时，α不大于30°”，故锚链筒中心线与船体中心线的夹角初定为30°，锚链筒中心线垂直面内锚链筒中心线与垂线的夹角β初定为约25°[6]。中心线确定后，按斯贝克锚的锚头厚度确定锚穴底板的位置，此时底板与锚链筒轴线夹角为53°，首尾侧板与底板的夹角为90°，上板与底板夹角约为70°，下板与底板夹角约为120°。锚穴的首尾侧板位置根据锚头长度900 mm前后各留出100 mm的空间，上封板位置距锚尖约100 mm，下封板位置以锚收藏后能容纳锚头为准。

1.3 锚穴三维模型设计

锚链筒和锚穴的布置是锚系设计的难点，如按传统的方形锚穴中剖面与外板展开面作图法[2]进行绘制二维锚穴图，通常比较复杂，且给出的各剖面形状不直观。现在有很多曲面功能较好且操作相对容易的三维软件，通过筛选，确定使用Rhino软件进行锚穴的初步设计。Rhino建模非常方便，设计人员可以很快上手。首先将dwg或dxf格式的船体首部型线导入Rhino软件中，用曲面功能生成船首外形的三维曲面。对本文初步确定的锚链筒和锚穴位置及形状进行建模，剖出水平面锚链筒中心线垂直面，将锚链筒甲板口中心和垂直面外板与3650 mm水线的交点连接，此线为锚链筒的中心线。然后将锚穴板的位置通过Rhino软件建模，模型如图1所示。从图1可以看出：锚穴的首侧板与尾侧板深度偏差较大，故对水平投影平面锚链筒中心线与3650 mm水线交点切线的交角θ进行校核，其为103°，该交角的度数与《海船艏锚泊设计导则》标准中不超过90°的指导要求有偏差。故将α调整为38°，重新建模，同时将锚链筒中心线垂直面内锚链筒中心线与垂线的夹角β调整为25°，锚链筒中心线与船体外板交点的Z坐标为3638 mm，此时θ为96°，虽θ角也没有达到90°，但将锚的模型导入Rhino后，锚收藏后基本与外板齐平。在建模过程中对锚链筒长度进行测量，校核其长度能否满足锚链转环位于导链滚轮前方，校核结果满足设计要求。

图1 α角为30°锚穴三维图

1.4 锚穴二维图样设计

锚链筒及锚穴三维设计完成后，可以将 Rhino中的锚穴三视图生成2D图，导入CAD中进行结构板厚及加强结构的详细设计。按照正常结构强度计算，锚穴开孔处的外板厚度为8 mm，为确保锚穴开孔后的外板强度符合要求，将外板厚度增加至 12 mm，锚穴 5个面的板厚也适当增加。锚穴底板与外板过度板是收放锚时磨损最多的板，故将过度板的厚度增加至20 mm，且其圆弧半径约350 mm。为保证锚在收放过程中，锚杆不会卡在锚链筒内，将锚穴下板与底板的夹角调整为 127°。锚链筒的内径与板厚按设计手册给出的公式计算选取。锚穴的二维图样如图2所示

图2 锚穴的二维图样

2 模型和实船验证

锚穴设计完成后，为验证以下三点进行木模和实船拉锚试验：1）抛锚时应能依靠锚自身的重量，无阻碍地把锚从锚链筒抛出[7]；2）起锚时，锚杆应能无阻碍拉入锚链筒，且锚杆拉进锚链筒后锚爪应紧贴锚穴底板[7]；3）锚链筒的长度应能容纳全部锚杆和部分锚链首端链环[7]。

本船用 1∶2的木模进行拉锚试验，试验厂家按1∶2的外板型值制作木模，以保证外板曲面与实船接近。按照详细的二维设计图纸制作锚穴。试验时，锚能顺利收放，锚尖与锚穴底板贴合良好，锚收紧后不产生位移。拉锚试验时锚在锚穴中的收藏状态如图3所示。

图3 α角为38 °锚穴拉锚试验图

完成拉锚试验后，进行实船建造，将锚穴与锚链管作为船体首部分段的结构件在TRIBON中建模出图和套料，数控切割部件后进行装配，保证了锚穴板的安装精度。实船安装锚机和导链滚轮后，能较顺利地收放和收藏锚。

3 结论

使用三维设计软件进行锚穴 3D模型设计，边设计、边优化。当3D模型满足要求后，再进行二维出图。设计出的产品能一次性通过木模拉锚和实船试验，取得了较好的效果。这种方法对类似船型的锚穴设计具一定的参考作用。

[1] 金仲达. 船舶设备[M]. 哈尔滨: 哈尔滨工程大学出版社, 1991.

[2] 陈金发. 船舶锚链筒的设计和放样[M]. 北京: 国防工业出版社, 1978.

[3] 张震国, 汪保华. 方形锚穴几何要素的确定[J]. 造船技术, 1981(5): 25-29.

[4] 中国船级社. 国内航行海船建造规范[S]. 2012.

[5] 中国船舶工业总公司. 船舶设计实用手册 舾装分册[M]. 北京: 国防工业出版社, 2013.

[6] 毕伟光. 33m 拖船锚穴的设计与制作[J] . 江苏船舶，2007(4): 16-17.

[7] 中华人民共和国工业和信息化部. 海船艏锚泊设计导则: CB/Z 280-2011[S]. 北京: 中国船舶工业综合技术经济研究院, 2011.