珠江口水域錨地防風系船水鼓設計

摘要：我國是一個海洋大國，海洋的開發、利用及主權維護離不開船舶，作為防風系船水鼓是保證錨地船舶在各種風況下安全的重要設施之一。本文論述了水鼓設計計算、選型及校核等全過程，對相近(似)海域的錨地水鼓設計具有一定的借鑒作用。

關鍵詞：錨地；系船水鼓；設計

中圖分類號：U667.9 文獻標識碼：A

The design of Anti-typhoon mooring buoy system in Pearl

River Estuary anchorage

FENG Linqing

( China Shipping Industry，Guangzhou，Co.，Ltd.Guangzhou 510290 )

Abstract: Our country is a strong maritime power， and the expl-oitation， usage and maintenance of ocean cannot be separated from vessels， The anti-typhoon mooring buoy system is one of the important facilities of guaranteeing the safety of vessels in anchorage under various conditions of wind. This article describes the design and calculation of the mooring buoy system， and the whole process of modl selection and verification. It offers a certain reference for the design of mooring buoy system in anchorage of similar waters.

Key words: Anchorage; mooring buoy system; design

1設計依據

（1）珠江口XXX水域錨地系船水鼓設計任務書；

（2）交通部第一航務工程勘察設計院《海港工程設計手冊》（中），北京人民交通出版社1994.4；

（3）《防風系船水鼓》GJB119A－2006，中華人民共和國國家軍用標準。

2設計參數

（1）船舶的主尺度

1 000 t級：船長74.0 m；船寬10.0 m；吃水4.0 m。

4 000 t級：船長120.0 m；船寬15.5 m；吃水5.5 m。

（2）風況

本地區冬夏季節的風向變化比較顯著，春季到初秋一般盛行偏南風，秋季至冬末盛行偏北風或偏東風，3～4月份為冬夏風向轉換期，9月份為夏冬風向轉換期。

據1949～2008年統計資料，在珠江口及附近登陸的臺風平均每年1.3次。每年6～9月份是臺風盛行期，臺風影響期間會帶來大風和暴雨。冬季在冷空氣的影響下，季風持續時間較長，風力較強也較穩定。

（3）潮汐情況

珠江河口的潮性系數在0.94～1.77之間，為不正規半日混合潮型，即每日出現兩次高潮和兩次低潮，但有日不等現象。珠江河口平均潮差均小于2 m，屬弱潮河口。

據1964～1992年資料統計，本工程點河段：歷年最高潮位4.23 m；歷年最低潮位-0.12 m ；平均海面1.86 m；平均高潮位2.65 m；平均低潮位1.04 m；最大潮差3.39 m；平均潮差1.61 m；平均漲潮歷時5時45分；平均落潮歷時6時45分。

據1964～1992年實測資料計算得出：極端高水位（50年一遇）4.32 m；極端低水位（50年一遇）：-0.18 m。

據1965～1980年資料統計，高潮時臺風增水最大值為1.27 m。

從測量結果看，水流以潮流作用為主，潮流特性屬不正規半日潮型，且具有一般河口港的往復流性質，一般落潮流速大于漲潮流速，表層流速大于底層流速。

（4）波浪情況

本水域主要受小風區波浪影響，根據風速及風矩計算，工程位置的設計波高50年一遇為1.87 m（因波浪較小，設計高水位和極端高水位波浪基本一致）。

3系船水鼓設計

3.1參數的選定

風速：取45 m/s

波浪：按50年一遇情況取1.87 m

潮流(流速、流向)：流速1.4 m/s；流向170o

潮位：歷史最高潮位4.23 m，最低潮位-0.12 m，極端高水位4.32 m，極端低水位-0.18 m，臺風時增加水位1.27 m。

3.2系泊力計算

（1）按《海港工程設計手冊》計算

①風壓力R風

R風＝9.8/2ρｃｖ2(A cos 2θ＋B sin 2θ)

式中：ρ——空氣密度(kgS2/ｍ4)；

Ｖ——風速（m/s）；

Ｃ——風壓系數，Ｃ＝1.35~0.05 cos2θ~0.35 cos 4θ~0.175 cos 6θ；

θ——風與船舶中軸線夾角（°）；

A——水面以上船體正投影面積(ｍ2)；

B——水面以下船體側投影面積(ｍ2)。

R風4000=264.3 kN

R風1000=122.8 kN

② 流壓力R流

R流＝9.8/2ρ·ｃ·ｖ·Ｂ

式中：R流——流壓力(N)；

ρ——海水密度(kgs2/ｍ4)；

Ｃ——水流壓力系數，取2.0；

Ｖ——流速，取1.4 ｍ/ｓ。

R流4000＝980.4 kN

R流1000＝415.6 kN

③ 波浪力R波

波高＝1.87 m，對船舶作用力不大，忽略不計。

④ 合力R合

→ → → →

R合＝R風＋R流＋R波

R合4000＝1 244.7 kN

R合1000＝538.4 kN

（2）按ＧＪＢ119Ａ—2006計算

① 船舶浸水面積Ｓ

Ｓ＝1.7ＬＤ＋ＣｂＬＢ

式中：Ｌ——水線間長（m）；

Ｄ——船舶吃水（m）；

Ｂ——船舶型寬（m）；

Cｂ——方形系數，取0.52。

S4 000 = 1 914.6 m2

S1 000 = 792.0 m2

② 水流摩擦力Ｆｓ

FS＝0.001 8ＶCＳ

FS 4 000＝6.75 kN

FS 1 000＝2.79 kN

式中：ＶC水流速度，取1.4 ｍ/ｓ。

③ 動水壓力Ｆｄ

Ｆｄ＝0.3104ＶｃＡｄ

式中：Ａｄ——水線下部分縱向投影面積（㎡）。

Fｄ4 000＝368.07 kN

Fｄ1 000＝160.61 kN

④ 水流力引起船舶系泊力Ｆｃ

Ｆｃ＝ξ（Ｆｄ＋ＦS）

式中：ξ為水流組合系數，按標準圖查得為0.72。

Fc 4 000＝2 698.7 kN

Fc 1 000＝1 177.78 kN

⑤ 風力引起船舶系泊力ＦW

Ｆｗ＝1/1 600Ｖ2ｗＫＷＡ

式中：ＶW——風速(m）；

ＫＷ——偏蕩系數，取2.0；

Ａ——水線以上縱向受風面積（㎡）。

Fw4000＝472.39 kN

Fw1000＝219.46 kN

⑥ 船舶系泊力F

F＝μＦW＋ＦC

式中：μ——風動力影響系數，查圖及μ4000＝1.75，μ1000＝1.5。

F4000＝3525.38 kN

F1000=1506.97 kN

（3）綜合上述二種計算方法選?。?/p>

F4000＝3 525.38 kN

F1000=1506.97 kN

3.3錨鏈選取

（1）錨鏈規格

依據上述計算的船舶系泊力，選取4 000 t級水鼓錨鏈為Φ92 ㎜Ⅲ級，其拉力為試驗負荷4 260 kN＞3525.38 kN，拉斷負荷6 080 kN，滿足要求。

選取1 000 t級水鼓錨鏈為Φ58 ㎜Ⅲ級，其拉力為試驗負荷1 810 kN＞1 506.97 kN，拉斷負荷2 600 kN，滿足要求。

（2）錨鏈長度

錨鏈長度：L=(H1+H2+H3+H4)ｆ

式中：H1——錨地水深，取24 m；

H2——最高潮位取4.23 m；

H3——沉錘埋深取5 m；

H4——系船水鼓干弦高，取0.63 m及0.77 m；

ｆ——長度系數，取1.15。

L4000=L1000=41（m）

3.4水鼓設計

（1）根據GJB1119A-2006

4 000 t級水鼓，選擇B級GⅡ型：Φ3 700x2 000 ( 高 )

1 000 t級水鼓，選擇C級GⅢ型：Φ3 300x1 800 ( 高 )

圖1 為4 000 t系船水鼓鼓體圖。

（2）水鼓干弦計算

F錨鏈+ F水鼓－F錨鏈浮－F水鼓浮=ρ(Ｖ圓臺+ ∫xoDπdx)

式中：ρ——水的密度（kg S2/m4）；

Ｖ圓臺——水鼓本體圓臺體積（m3）；

D——水鼓外圓直徑（m）。

X從圓臺上圓開始量度，則水鼓干弦為：

H4＝H－Ｘ－Ｈ圓臺

H4 4 000＝0.63 m

H4 1000＝0.77 m

圖14 000 t級系船水鼓鼓體圖

4實際效果

4 000 t級、1 000 t級錨地防風水鼓各項參數均滿足規范和使用單位的要求。珠江口水域錨地防風系船水鼓已于2013年上半年制造、安裝完工，經過實際檢驗，滿足各種風況下安全要求。

作者簡介：馮林清(1959-)，男，高級工程師。主要從事企業的生產、安全和技術工作。

收稿日期：2013-08-28