中修船舶无动力系水鼓防台风方案

郑振宁

(湛江海滨船厂，广东 湛江 524000)

我国南部沿海地区，每年6月至10月是台风多发季节，船舶驻厂修理期间，长时间处于无动力状态，而船厂由于驻厂的船舶多、防台风设备设施有限等因素，若用拖船拖至无台风区域会增加大额修船成本，因此，只能采取系水鼓防台风。某原船系水鼓防台风系泊系统以原船设计锚链为主、钢缆为辅，系水鼓防台风经历了38 m/s风速的台风，在该风速下，原设计锚链及停泊掣链器处甲板结构均出现了变形。

此次该船中修，船上装备已基本拆卸完并完全丧失动力，为安全考虑，需要寻求强度更好、且能与船原有系泊系统匹配的系泊锚链，并计算出船舶在各施工阶段不同吃水状态下，锚链能承受的最大风速及船自身能承受的极限风速，并以此为基础调整船舶压载状态，达到防台风目的。

1 系泊锚链及停泊掣链器选型

某船原锚链的规格型号为AM3-48，试验拉力负荷为1 270 kN，试验破断负荷为1 810 kN。根据调查，目前市面上强度较好、且能与该船原有锚链匹配的锚链型号为AR5-48，试验拉力负荷为2 323 kN，试验破断负荷为2 961 kN，该锚链各链环和附件的尺寸均与该船原锚链一致，匹配良好。

停泊掣链器采用AR5材质，装配后在工作状态下，以2 323 kN拉力负荷进行试验，保持5 min；去除负荷后，检查无永久变形、裂纹及其他缺陷后方可允许上船安装，布置于原船停泊掣链器位置。

2 停泊掣链器眼板处结构加强

图1 改造后的艏部主甲板加强结构示意图

3 锚链能承受的最大风速

关于系泊力的计算公式，有不同的经验计算表达式，侧重点各不同，考虑因素也不同。GJB 1119A-2006《防风系船水鼓》[1]系泊力计算方法是在奎因“海港工程设计和施工”的基础上通过大量试验研究得出的，它考虑了风力作用下的偏荡、水流的摩擦阻力和形体阻力。其表达形式比较符合系水鼓防台的受力特点，但未考虑波浪及锚链自身重力产生的拉力、锚链与出链导缆孔之间的夹角。因此，计算锚链能承受的最大风速时，需多考虑波浪力及锚链自身重力产生的拉力。波浪力计算参照JTJ213-98《海港水文规范》[2]，按波浪正向作用时最大波浪力进行计算；锚链自身重力产生的拉力，按悬链线理论载荷沿索长均匀分布的情况计算；锚链与船出链导缆孔之间的水平夹角，按链长与出链导缆孔至水面垂向间距的三角函数计算。计算输入考虑到在各施工阶段因设备回装导致船舶排水量的变化，以不同排水量为基准计算，得出锚链能承受的最大风速及有关参数，如表1所示。

表1 锚链能承受的最大风速及有关参数

4 船舶本身能承受的极限风速

考虑到台风阵风风向的变化，当风向与船长方向垂直时，船受到的倾覆力矩最大，此时最容易发生横向倾覆，而对于横向倾覆危险状态只能依靠船舶自身的抗风能力进行抵御，此时需要校核船舶自身的抗风能力,校核方法按照GJB 4000-2000《舰船通用规范 0组 舰船总体与管理》[3]执行。

4.1 静稳性力臂曲线计算

由于防台风期间生活用水主要使用4#淡水舱淡水,艏艉吃水调整主要使用1#压载水舱且可能装不满，临时油柜仅装1 t燃油，所以自由液面的计算选取1#压载水舱、4#淡水舱，装载量取各舱总载量的一半。为简化计算，采用简化的作图法计算，即在各液体舱形心附近，取一等效横剖面，其面积乘以舱长与实际舱容相近，且横倾后横剖面形心的移动距离与液体重心的移动距离也相近，利用简单几何图形形心的方法，求取各等效横剖面半截液面下的形心和横倾30°时液面下的形心，则可求取各舱半截液面横倾30°时产生的横倾总力矩及静稳性力臂修正值，横倾角从0°至30°的静稳性曲线的修正值取其为与静稳性力臂修正值呈线性变化，30°以后均取为静稳性力臂修正值。静稳性力臂修正值及相关参数如表2所示。

表2 静稳性力臂修正值及相关参数

4.2 极限风速

由于船舶系水鼓防台风时，避风地主要在近岸地区，横摇角计算时按照三级稳性核算，减摇鳍因修理已被拆卸，无因次横摇阻尼系数查取时，仅计及舭龙骨面积，最小倾覆力臂按作图法求取，采用CAD绘制静稳性曲线图、CAD “面域功能”计算图形面积。船能承受的极限风速如表3所示。

表3 船能承受的极限风速

4.3 结果分析

综上所述，在不同排水量的状态下，船本身能承受的极限风速均低于锚链能承受的极限风速，加强结构及所选的系泊锚链、停泊掣链器均可满足要求，防台风时应以船本身能承受的极限风速为基准，进行压载。

5 防台风措施

1)艏部结构加强完，副锚拆卸下船，副锚链前端6节换成AR5-48系泊链，主锚链备用，原船停泊掣链器更换为AR5材质停泊掣链器。

2)根据台风级别压载到不低于表3中的排水量值，具体的压载方案可根据相关阶段工程进度制定，除1#压载水舱外其它所有压载的液舱应装满，不能存在自由液面，压载时注意船舶浮态调整，横倾角应小于0.5°、艏艉吃水差小于100 mm。

3)选择合适的防风系船水鼓，所提供的系泊力应能满足本船防风要求。

4)船舶应水密完整，水密门、舱口盖、临时开口、通海口等应回装完，或用钢板焊接封堵；可移动的物品应搬上岸或固定好，所有脚手架拆除下船，甲板疏排水管路能正常使用。

5)船上防台风所需设备应完好。配电系统、锚机、锚灯及主要部位临时照明能正常使用；至少有1台柴油发电机组能正常使用，确保锚机、锚灯和照明等用电需求；若无法保证，由工厂配备1台450 kW移动式柴油发电机组及相关设备，为防台提供电源；配备手电筒20只、对讲机10台；保证2台甚高频电台、1台导航设备、1台气象仪能正常使用；临时生活设施(如厕所、日用淡水系统)能正常使用；栏杆和绳索等完整、安全可靠；系泊器材、堵漏器材、灭火器材、救生衣、救生圈等配备齐全；备齐应急排水设备。

6)将450 kW移动式柴油发电机组固定牢靠，加足油水，并与船上临时电网连接好。

7)采用锚链(AR5-48)和防风钢索同时系水鼓，锚链和防风钢索放出长度50～100 m，张紧度应一致。船端锚链用掣链器抓紧，船端防风钢索系于主甲板首部左侧带缆桩。

6 结束语

船舶防台事关重大，丝毫不能怠慢。应时刻掌握台风的位置变化和风速大小等情况；应根据船型特点认真分析与计算，全面详细地考虑防台风的工艺措施及其可执行性，及时充分做好准备，并结合现有的防台设备设施条件选择合适、经济的防台风方法。