锚与锚架匹配存放优化设计

刘正亮 段谟簿 张涛 付永丽

摘    要：锚泊系统是船舶的重要组成部分，该系统的设计成功与否关系到船舶的安全停泊，锚与锚台锚唇和锚架的合理匹配是该系统设计的重点。本文从实际项目建造过程中出现的典型问题展开分析研究，总结出不同形式锚与锚架的优缺点，供各船型的锚与锚架存放方式设计及应用参考。

关键词：锚；锚架；匹配；设计优化

中图分类号：U664.43                              文献标识码：A

Optimized Design of Anchor and Anchor

Frame Matching Storage

LIU Zhengliang，  DUAN Mobu，  ZHANG Tao，  FU Yongli

（ CSSC Huangpu Wenchong Shipbuilding Company Limited，  Guangzhou 511462 ）

Abstract： The anchoring system is an important part of the ship. The success of the system design is related to the safety of the ship berthing. The anchor and anchor chock & anchor mouth matching fairly with the anchor rack is the key point of the system design. This paper analyzes and compares the advantages and disadvantages of different anchors and anchor racks from several typical problems appeared in the construction process of actual projects， providing reference for the design and application of anchors and anchor rack storage of various types of ships.

Key words： anchor;  anchor rack;  matching;  design optimization

1     前言

錨泊系统是船舶的重要组成部分，锚泊系统应满足锚收放自如、顺畅，使用安全方便，避免损伤船体。根据使用要求不同，锚泊设备主要有航行锚泊设备、定位锚泊设备及深海系留锚泊设备3种：航行锚泊设备，主要供船舶在锚地、港内或遮蔽水域内等待泊位或潮水时临时停泊之用；定位锚泊设备：是在作业时需要控制船位，或在有限范围内改变船位时使用，通常以船舶本身为中心，向四周抛出若干条锚索系住船舶。本文主要探讨航行锚泊设备和定位锚泊设备锚与锚架的匹配问题。

2    锚泊系统组成

航行锚泊系统主要由锚、锚链、锚唇、锚台、锚链筒及盖、锚绞车、锚链管及盖、锚链舱等组成；定位锚泊系统主要由锚、锚索、锚架、导缆器、定位锚绞车等组成。两套锚泊系统的工作原理，均是操作锚绞车将锚从泥土中拉出，最终将锚与锚唇/锚架存放贴紧，防止船舶或平台在航行/拖航工况下晃荡。若航行过程中无法处理锚与锚唇/锚架的存放，会影响首部区域的船体结构，锚的撞击噪音还会影响船员的居住环境，因而在设计锚泊系统时应充分考虑锚的存放。

2.1   锚的选型

传统的三大主力船型的锚泊系统设计，首锚一般选用斯贝克锚或AC-14大抓力锚，并且采用锚与锚台锚唇匹配存放方式：

1）斯贝克锚

斯贝克锚是普通无杆锚，已有相关的行业标准CB/T711-1995，其主要特点是锚头重心略低于转轴，当锚吊起时锚爪处于竖直状态与锚杆大致在同一平面内，从而在收锚过程中避免锚爪剐蹭船壳外板。

2）AC-14大抓力锚

AC-14大抓力锚也是普通无杆锚，已有相关的行业标准CB/T3972-2005，其性能十分优良，抓力大，能适应各种泥砂地质，稳定性好，便于收藏。按CCS《钢质海船入级规范》要求，当采用大抓力锚作为首锚时，每只锚的质量可为普通无杆首锚质量的75%，因船厂采购锚的成本是按锚的质量来核算，因此设计首选大抓力锚。

3）德尔泰锚

工程船或海工平台的锚泊系统设计，按具体项目和使用用途选型，一般可选AC-14大抓力锚、德尔泰锚等。德尔泰锚的构造不同于一般的无杆锚，它的锚爪较尖，两爪尖之间的空隙较小，拖曳时容易啮入土中，锚爪为钢板焊接结构，锚杆和锚卸扣为铸钢件或锻钢件，德尔泰锚的收紧方式一般与锚架匹配存放。

2.2    锚的存放形式

1）运输船的锚，一般与锚台锚唇或锚穴匹配存放，如图1、图2所示。

2）工程船或海工平台的锚，一般与锚架匹配存放。锚架一般由钢管制作成桁架结构，安装在船舶或平台的外板上。

锚与锚架存放的形式有两种：一种是锚爪张开到一定角度，锚杆在锚架上方，锚爪在锚架下方，锚爪张开与锚架卡住，如图3所示；另一种是锚爪张开到一定角度，锚整体存放在锚架上方，如图4所示。

2.3   锚与锚架匹配存放存在的问题

1）斯贝克锚主要是与锚台锚唇或锚穴匹配，技术比较成熟；

2）AC-14大抓力锚与锚架匹配存放，可分为两种情况：一种是锚爪处于张开状态，锚爪卡在锚架下方；另一种是锚存放在锚架上方，通过锚冠与锚架横杆卡住存放，在拉锚过程中锚杆沿着锚架上移滑动，锚在运动过程中会呈现锚杆翻转和不翻转两种情况，两种情况均无法将锚爪与锚架卡住，使收锚失败，见图5所示。

3）德尔泰锚与锚架的匹配情况与AC-14大抓力锚情况相同，同样存在锚杆翻转和不翻转两种情况，均无法将锚爪与锚架卡住，使收锚失败，见图6所示。

2.4   锚与锚架匹配存放优化方案

锚为标准件，由专业生产厂家按CB或GB生产；设计锚爪与锚架卡住存放形式时，需注意选非平衡锚；锚存放在锚架上方时，选平衡锚；锚架为自制件，由船厂设计制作；确定了锚与锚架的存放形式后，锚与锚架设计是否匹配是保证锚泊系统正常使用的重要条件。

1）锚与锚架不匹配原因分析

（1）锚爪与锚架横杆卡住存放形式

锚会随着锚绞车的起锚从泥土中被锚链或锚索拉起，锚链或锚索会沿着锚架向上移动，首先是锚卸扣与锚架接触，锚卸扣拉着锚杆在锚架向上滑动，锚爪出水后与锚架横杆卡住；锚卸扣由于长宽尺寸差异较大，是平躺着沿锚架上升，而锚杆的横截面为长方形，四边有倒角，锚杆与锚架为线接触，受锚卸扣平躺着向上拉，导致锚杆与锚架横杆接触为锚杆截面的短边，锚卸扣向上离开锚架后，锚杆容易产生侧向力会突然翻转，使得锚杆长边与锚架接触，因而在拉锚过程中会出现图5和图6所示的不匹配情况。

由于选型的锚为非平衡锚，在锚爪出水时会存在锚爪朝上和朝下两种情况，当锚爪朝上出水时，锚爪始终无法与锚架接触，因而拉锚过程中会出现图5的不匹配情况。

（2）锚存放在锚架上方存放形式

锚存放在锚架上方存放形式，同样存在锚爪出水时锚爪朝上和朝下两种情况，当锚爪朝下出水时，锚爪与锚架卡住，无法翻转至锚架上方，无法达到图4的效果。

2）优化方案

（1）锚爪与锚架卡住存放形式

① 由上所述可知，锚与锚架不匹配的主要原因之一，是由于锚杆在上升过程中发生了翻转，导致锚爪无法与锚架卡住存放。由于锚为标准件，无法修改相关参数尺寸，因而解决措施应从限制锚杆翻转的角度考虑。

如何通过优化锚架结构来限制锚杆在上升过程中的翻转：锚架由钢管弯制，锚杆与锚架的水平管为线接触，锚杆与水平管接触点位置由锚泊系统确定，因而可在接触点两侧增加钢管导板来限制锚杆的翻转，将钢管导板设计一定角度起到导向作用，具有恢复锚杆翻转的能力；或者，通过改变锚架的水平管形状，制作成凹字形的水平管，限制锚杆的活动范围，防止锚杆的翻转。两种解决方案均得到了实船验证，效果较理想，见图7所示。

② 由上所述可知，锚与锚架不匹配的主要原因之二，是在起锚过程中锚爪始终处于打开状态，锚爪会存在向上和向下两种形式。当锚爪处于向下时起锚，锚爪会很好的与锚架水平管卡住存放；但当锚爪处于向上时，锚爪无法卡住，因而解决措施应从当锚爪向上起锚时如何调整锚爪的方向角度考虑。

如何通过优化锚架结构来调整锚爪的方向：改变锚爪的方向，需要额外提供外力，在锚冠处提供支撑，使销轴转动改变锚爪朝向，随着锚杆提升使锚爪与锚架匹配卡紧。該优化方案需要制作两套锚架，分上下布置，下锚架用于卡住锚爪提出水面向下的状态，而上锚架用于卡住锚爪提出水面向上的状态。该方案已得到实船验证，效果较理想，见图8所示。

（2）锚存放在锚架上方存放形式

订货锚的选型为平衡锚，平衡锚是当锚杆处于竖直状态时，锚爪始终朝上，能较好规避锚爪朝下的情况；当锚爪朝上起锚时，通过在常规锚架上增加结构，达到存放锚的目的。锚架优化要点为：在锚架水平管下方设计导向板，锚架上方斜撑管设计调整垫片和止动角钢。导向板主要给锚冠提供翻转支撑力，让锚在上升过程中实现自动翻转，使锚爪朝下与止动角钢顶住卡死；锚冠与锚架之间的间隙，通过调整垫片调整。具体优化方案，如图9所示。

3）小结

通过对锚与锚架匹配存放存在的问题进行原因分析，提出锚的选型建议和锚架的优化设计，较好的满足了锚与锚架的匹配存放，并经实船验证，效果较好。

3    结束语

本文对锚与锚架存放形式的探讨，综合了多个项目出现的典型问题，结合实际现场安装调试反馈，优化多种设计方案，查阅相关规范资料，咨询设计院、船东等多方意见总结而成，在解决施工和船东使用时遇到问题的同时，可提供多种可选方案供船东选择，并得到了实船验证。本文的各种优化方案对锚泊系统的设计，具有重要的参考意义。

参考文献

[1]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，2002.

[2]中国船级社.钢质海船入级规范[S].北京：人民交通出版社，  2021.