某散貨船錨唇設計缺陷分析

黃榮杰

摘 要：本文對某散貨船海試時拋錨試驗失敗的事故進行分析，找出該散貨船型錨唇設計存在的缺陷，制定后續船改進措施，為同類型船舶錨唇的設計提供借鑒。

關鍵詞：散貨船；錨唇設計；拋錨試驗

中圖分類號：U662.2 文獻標識碼：A

Abstract： This paper analyses the failure of anchoring test for a bulk carrier during sea trial， finds out the design defect of hawse pipe ring and provides improvement suggestions for subsequent vessels.

Key words： Bulk carrier； Design of hawse pipe ring； Anchoring test

1 前言

某散貨船因各種原因進行了兩次試航，兩次試航中拋錨試驗均出現錨機高速檔無法起錨的情況，后來用低速檔起錨轉高速檔，但起錨速度不滿足規范要求的情況。后經過修正錨唇再次進行拋錨試驗，結果順利通過了船東和船檢的認可。

2 拋錨試驗失敗原因分析

經分析，該散貨船型共使用過兩種型式的錨唇，本船使用的是改進后的錨唇型式，而改進前的錨唇型式已應用在二十幾艘船舶上均未出現類似的問題。下面就改進前后兩種型式的錨唇情況及效果進行分析。

2.1 改進前的錨唇型式

見圖1。

錨唇型式為R100等寬圓環。實船拉錨調試存在以下問題：①錨收緊后很難做到四點貼合（錨筋兩點、錨爪兩點），其中一個錨爪有間隙；②錨收緊時錨桿貼在錨唇出口的下邊緣，風浪大時易導致錨桿上下晃動。

2.2 改進后的錨唇型式

見圖2。

船東要求錨在收緊狀態下錨桿必需貼著錨唇出口的上邊緣，以避免船舶在大風浪中航行時錨上下晃動。錨唇修改后實船拉錨調試存在以下問題：錨在收緊狀態下錨桿均能頂到錨唇出口的上邊緣滿足船東的要求，但其中的一個錨爪還是有間隙，做不到5點貼合（錨筋兩個點、錨爪兩個點、錨桿一個點），船東同意錨臺面板上錨爪有間隙的位置貼板或用堆焊以消除間隙問題。

2.3 改進后的錨唇型式在其它系列船上的應用

由于本船型系列船較多，將改進型的錨唇型式應用到其他系列船上，結果某船在拋錨試驗時出現了如下問題：①拋錨試驗時錨機高速檔無法起錨，用低速檔起錨后轉高速檔，但起錨速度不滿足規范要求；②起錨過程中錨機壓力過大，起錨速度慢，錨唇磨損嚴重；③錨收緊后做不到五點貼合（錨筋兩點、錨爪兩點、錨桿一點），其中一個錨爪會有間隙。

2.4 拋錨試驗失敗的原因分析

上述錨唇改進型出現的問題，其中問題錨收緊時存在錨爪貼合不牢問題是錨唇改進前后型都存在的，跟整個錨系設計、建造誤差、安裝精度等都有關系，因不是導致拋錨失敗的直接原因這里不作重點分析。而對于出現上述①、②問題的原因分析如下：

（1）由于不等寬圓環型錨唇安裝角度誤差造成錨鏈鏈環在錨唇下口接觸點處的弧度變小，錨鏈與錨唇間的摩擦力增大，錨唇磨損嚴重，甚至被磨出了很深的凹槽，導致錨機起錨速度變慢甚至拉不動。下面對比錨唇改進前后兩種型式錨唇與錨鏈鏈環在錨唇下口接觸點的變化情況。

如圖3所示，為便于定性分析，假設錨機的拉力T由錨鏈自重G和摩擦力f組成，支反力R僅由拉力T引起，即

上述公式中G和n為常量，β角變化時α角基本不變，由此可以看出β值與錨機拉力T的關系，β值越大即R作用點越偏離鏈環中心線位置，則錨機拉力T越小，反之β值越小即R作用點越靠近鏈環中心線位置，錨機拉力T越大。

從放樣圖可以看出，改進前后兩種型式錨唇錨鏈鏈環與錨唇下口第一接觸點位置變化不大，理論上這兩種型式的錨唇對錨鏈鏈環所產生的摩擦力是相差不大的。但如果錨鏈進出錨鏈筒位置發生了變化（即不在改進型錨唇下口的最寬位置），則錨鏈鏈環與錨唇下口第一接觸點偏離鏈環中心線會有較大的變化，錨唇對鏈環所產生的摩擦力也因此變得更大，錨機拉力相應增大。

從實船拉錨情況可以看出，拋錨試驗出現問題的船其錨鏈與錨唇下口接觸點的位置偏離錨唇最寬位置較遠，而錨鏈與錨唇下口的接觸點位置基本接近于錨唇最寬位置的船，實船拉錨試驗這些船錨機壓力和速度都是正常的。

（2）本系列船的錨臺設計型式為錨可以在錨臺面上旋轉收緊，雖然也滿足設計標準要求，但并非最優設計，因為建造誤差實船錨旋轉收緊的位置很難確定，錨鏈進入錨鏈筒位置也會有相應變化。

（3）錨鏈筒中心線及錨臺安裝角度偏差會導致錨鏈鏈環與錨唇下口圓弧接觸點位置變化，從而會導致錨鏈上升運動時摩擦力增加，使錨機壓力變大，速度變慢。

理論上錨鏈筒中心線與水平面夾角越小，即錨鏈筒安裝的越平緩則錨鏈上升時所受到的摩擦力就越大。由于發現缺陷時船舶已在碼頭上無法準確測量偏差值從而無法預估影響的程度，但在碼頭用全站儀測量錨臺平面度及錨鏈筒中心的偏差情況，數據分析顯示出現問題的船舶錨臺平面度及錨鏈筒中心均有一定偏差，且船舶左右舷錨臺的情況也有差別，其測量結果及偏差值與現場實際拉錨存在問題程度相吻合。

（4）不同錨機廠家的泵站功率和效率都有差異，廠家在設備選型時都能滿足規范和標準要求，但富裕量存在差異，富裕量差異有可能會導致某些船錨機在實際使用時壓力和速度滿足不了使用要求。

（5）錨機的鏈輪與錨鏈的嚙合情況也是影響錨機起錨時壓力變大的因素之一，錨鏈輪與錨鏈嚙合不良會導致跳鏈、滑鏈、鏈輪磨損嚴重等情況，造成拋起錨失敗。據實船觀察，出現拋錨試驗失敗的船舶錨鏈輪磨損也比較嚴重。由于錨鏈輪與錨鏈的嚙合部位-鏈環承窩難以進行機械加工，鑄造時如何保證尺寸公差和形位公差至關重要，并且錨鏈輪在澆鑄前必需進行模型與鏈條嚙合試驗，鑄造后進行工廠臺架試驗以盡可能減少實船上出現問題。

綜上所述，造成本船拋錨試驗失敗主要原因可歸納為如下兩點：

（1）錨鏈筒、錨臺、錨唇等錨系設備的安裝精度誤差不一樣，有些船沒有問題，有些船有問題，且問題嚴重程度不一，即使同一艘船左右舷的情況也有差異；

（2）錨系的設計不合理：①錨唇下口的弧度偏小，本船φ64 mm的錨鏈其錨唇下口弧度應該在R200左右比較合適，也就是應為錨鏈直徑3倍以上；②錨臺設計型式不合理，即錨可以在錨臺上旋轉收緊。由于建造精度問題實船錨旋轉的位置無法準確確定，從而會導致錨貼合、掣鏈器定位、錨鏈摩擦、跳鏈、翻鏈等一系列問題。

3 在制船的處理方案

（ 1 ）對錨唇已安裝的船舶測量其錨唇安裝精度及安裝角度，如果安裝角度測量結果偏差值比本船小，則建議不做修改，僅根據碼頭掣鏈器調試情況做局部修整；如果錨唇安裝角度偏差值比本船大，則建議將錨唇更換，用相同規格的錨唇重新定位安裝。

（ 2 ）錨唇尚未安裝的船舶，采用新型式的錨唇重新做木模拉錨試驗，并重新訂貨和定位安裝。

4 后續新船的改進措施

（ 1 ）錨機設備選型時，要注意相關設備參數的選取，由廠家提供相關的計算，證明錨機的額定速度及拉力達到規范要求，并留有適當的裕度。錨機出廠驗收時，重點關注錨機拉力試驗以及錨鏈輪制造精度等。

（ 2 ）加強錨系設計圖紙的審核和把關。錨系的設計尤其錨鏈筒布置、錨臺、錨唇的型式等設計，其質量好壞將直接影響到錨的使用效果，一個好的設計能減少后續實船大量現場工作并能使錨達到良好的使用效果，所以前期設計工作是重中之重，應注意以下幾點：

①錨鏈筒角度的選擇應結合具體船型，一般為35°～45°，對于球首的大型船舶為40°～50°，同時應綜合考慮錨桿在錨鏈筒的收藏狀況、錨收放時與外板間隙、錨鏈錨桿能否順利進出錨鏈筒等各種因素。

②錨臺及錨唇的設計應重點考慮：沿錨鏈筒中心線垂直剖面錨臺、錨唇設計角度，應與錨自身的最大夾角相符合，以保證錨能收緊貼合；沿錨鏈筒中心線水平剖面錨臺、錨唇的端面，需垂直于錨鏈筒中心線，這樣可有效避免錨收緊過程中轉動而造成錨爪貼合不牢；錨處在收藏位置時錨桿應頂到錨鏈筒內口的正上方，這樣可避免船舶在大風浪中航行時錨上下擺動。

③應重視拉錨木模試驗。木模試驗應關注試驗中存在的問題，并作出合理修正以達到理想的拉錨效果。應明確拉錨驗收合格的狀態：錨鏈、錨桿能順利進出錨鏈筒；錨筋、錨爪貼合牢固，且錨桿位于錨鏈筒上邊緣；起錨過程中錨與外板的間隙達到設計要求等。

錨臺錨唇的設計需保證使掣鏈器在一定范圍內前后移動而不影響錨的貼合。

整個拉錨試驗過程錨鏈受力均勻，沒有被卡緊或突然受力增大情況。

完工圖紙必須與模型試驗狀態相吻合；根據模型拉錨試驗數據，修正錨系生產設計圖紙用于實船的制作及安裝。

④錨鏈筒、錨臺、錨唇的制作和安裝工藝要合理，要便于施工及精度控制，要有詳細的工藝控制點、測量點、相關精度要求等，所有數據均應測量報驗記錄在案，以備后續進行拉錨效果分析。

5 結束語

船舶錨系的設計和安裝是船舶建造過程中一項重要的工程項目，其結構復雜、技術難度大、專業涵蓋面廣。嚴格控制好錨系的設計和安裝質量，能有效地縮短碼頭掣鏈器調試周期，節約造船成本，降低船舶后續營運的風險。

參考文獻

[1] 船舶設計實用手冊-舾裝分冊[M].國防工業出版社， 2002.

[2]袁紅莉、熊云峰.運輸船舶錨鏈筒和錨臺的設計和放樣[J].江蘇船舶，2009（06）.