某型港作拖船的錨穴設計

（大連遼南船廠，遼寧大連 116041）

0 引言

船舶在營運過程中，會因為人員上下、裝卸貨物、補充給養、躲避風暴、等候泊位、接受檢疫以及避碰避讓等情況而使船舶臨時停泊，錨泊設備是為使船舶牢固地拋錨停泊而設置的[1]。如錨泊設備設計不可靠，會給船舶安全造成隱患。錨泊設備的設計重點和難點就是錨鏈筒和錨穴的設計，只有合理地確定了錨鏈筒的位置后，才能確定其他錨泊設備的位置。

某型港作拖船為某港口設計建造，用于協助中小型船舶進出港口和靠離碼頭。該船為全回轉拖船，具備首拖和傍拖作業功能，且設有水下護舷。為防止錨對被拖船舶造成損壞，同時為減少航行時波浪對錨的沖擊和船舶航行阻力[2]，確定采用明式錨穴的形式收藏錨。本文簡述了本船錨鏈筒和錨穴的設計思路和設計過程。

1 錨鏈筒和錨穴的設計方法

船舶設計手冊舾裝分冊中有一些關于錨鏈筒和錨穴設計方法的介紹，主要實例均以大中型普通海船為主，對小型船及工程船的介紹較少，且幾乎沒有關于確定明式錨穴幾何要素的介紹。通常小型船及工程船錨穴的設計均參考母型船舶，但對于新船型與母型船首部型線變化較多的船，只能重新設計錨鏈筒位置、中心線的夾角及錨穴幾何要素等。錨穴的幾何要素包括錨穴底板尺寸、錨穴的深度、錨穴上下板和錨穴側板尺寸。這些要素不僅和錨外形尺寸有關，而且與錨在錨穴里的受力、運動情況有著密切的聯系[3]。

下文將介紹該船錨鏈筒和錨穴的設計過程。

1.1 錨和錨機的選取

根據《國內航行海船建造規范》，對拖船舾裝數N進行計算[4]。

式中：Δ為夏季載重線下的型排水量，t；α為從船中夏季載重水線至上甲板的距離，m；B為船寬，m；bi為上層建筑寬度或各層寬度超過B/4甲板室的寬度，m；hi為各層寬度大于B/4的艙室，在其中心線處量計的高度，m；A為船長L范圍內夏季載重水線以上的船體部分和上層建筑以及各層寬度大于B/4的甲板室的側投影面積的總和，m2。

經計算N值為155.94，故選取480 kg錨和A2-19錨鏈。錨的型式選斯貝克錨，其基本性能雖與霍爾錨相似，但其最主要特點是錨頭重心略低于轉軸（小軸），因此當錨吊起時，錨爪隨即豎直，可與錨柄大致保持在同一平面，從而可在收錨過程中避免錨爪與船殼板發生抵觸[5]，同時能避免錨在外板上滑移而損傷涂漆以及無法收錨的風險。

本船前甲板的空間有限，且錨機應具有拖曳功能，故選用雙鏈輪臥式液壓組合起錨/拖曳絞車，錨鏈輪間距為1700 mm。

1.2 錨鏈筒及錨穴的初步布置

由于船寬和船長受限，首部甲板窄而短且線型變化較大，按照明式錨穴的設計要求，錨鏈筒的位置和角度的確定都非常困難。根據總布置圖首部甲板的空間及甲板下防撞艙壁的位置，確定組合起錨/拖曳絞車和錨鏈艙的位置，絞車錨鏈輪中心布置于FR49+100，錨鏈艙在其甲板下部，然后確定錨鏈筒在甲板上的位置，通過初步分析，其縱向位置中心距絞車鏈輪中心為1650 mm、橫向位置中心距船中850 mm。本船的設計吃水為3200 mm，為使錨收藏后高于水面，初定錨鏈筒中心線與外板的交點Z坐標為3650 mm。錨鏈筒中心線在水平面同船體中心線之間的夾角為α，設計手冊通常要求“設置雙鏈輪臥式錨機時，α不大于30°”，故錨鏈筒中心線與船體中心線的夾角初定為30°，錨鏈筒中心線垂直面內錨鏈筒中心線與垂線的夾角β初定為約25°[6]。中心線確定后，按斯貝克錨的錨頭厚度確定錨穴底板的位置，此時底板與錨鏈筒軸線夾角為53°，首尾側板與底板的夾角為90°，上板與底板夾角約為70°，下板與底板夾角約為120°。錨穴的首尾側板位置根據錨頭長度900 mm前后各留出100 mm的空間，上封板位置距錨尖約100 mm，下封板位置以錨收藏后能容納錨頭為準。

1.3 錨穴三維模型設計

錨鏈筒和錨穴的布置是錨系設計的難點，如按傳統的方形錨穴中剖面與外板展開面作圖法[2]進行繪制二維錨穴圖，通常比較復雜，且給出的各剖面形狀不直觀。現在有很多曲面功能較好且操作相對容易的三維軟件，通過篩選，確定使用Rhino軟件進行錨穴的初步設計。Rhino建模非常方便，設計人員可以很快上手。首先將dwg或dxf格式的船體首部型線導入Rhino軟件中，用曲面功能生成船首外形的三維曲面。對本文初步確定的錨鏈筒和錨穴位置及形狀進行建模，剖出水平面錨鏈筒中心線垂直面，將錨鏈筒甲板口中心和垂直面外板與3650 mm水線的交點連接，此線為錨鏈筒的中心線。然后將錨穴板的位置通過Rhino軟件建模，模型如圖1所示。從圖1可以看出：錨穴的首側板與尾側板深度偏差較大，故對水平投影平面錨鏈筒中心線與3650 mm水線交點切線的交角θ進行校核，其為103°，該交角的度數與《海船艏錨泊設計導則》標準中不超過90°的指導要求有偏差。故將α調整為38°，重新建模，同時將錨鏈筒中心線垂直面內錨鏈筒中心線與垂線的夾角β調整為25°，錨鏈筒中心線與船體外板交點的Z坐標為3638 mm，此時θ為96°，雖θ角也沒有達到90°，但將錨的模型導入Rhino后，錨收藏后基本與外板齊平。在建模過程中對錨鏈筒長度進行測量，校核其長度能否滿足錨鏈轉環位于導鏈滾輪前方，校核結果滿足設計要求。

圖1 α角為30°錨穴三維圖

1.4 錨穴二維圖樣設計

錨鏈筒及錨穴三維設計完成后，可以將 Rhino中的錨穴三視圖生成2D圖，導入CAD中進行結構板厚及加強結構的詳細設計。按照正常結構強度計算，錨穴開孔處的外板厚度為8 mm，為確保錨穴開孔后的外板強度符合要求，將外板厚度增加至 12 mm，錨穴 5個面的板厚也適當增加。錨穴底板與外板過度板是收放錨時磨損最多的板，故將過度板的厚度增加至20 mm，且其圓弧半徑約350 mm。為保證錨在收放過程中，錨桿不會卡在錨鏈筒內，將錨穴下板與底板的夾角調整為 127°。錨鏈筒的內徑與板厚按設計手冊給出的公式計算選取。錨穴的二維圖樣如圖2所示

圖2 錨穴的二維圖樣

2 模型和實船驗證

錨穴設計完成后，為驗證以下三點進行木模和實船拉錨試驗：1）拋錨時應能依靠錨自身的重量，無阻礙地把錨從錨鏈筒拋出[7]；2）起錨時，錨桿應能無阻礙拉入錨鏈筒，且錨桿拉進錨鏈筒后錨爪應緊貼錨穴底板[7]；3）錨鏈筒的長度應能容納全部錨桿和部分錨鏈首端鏈環[7]。

本船用 1∶2的木模進行拉錨試驗，試驗廠家按1∶2的外板型值制作木模，以保證外板曲面與實船接近。按照詳細的二維設計圖紙制作錨穴。試驗時，錨能順利收放，錨尖與錨穴底板貼合良好，錨收緊后不產生位移。拉錨試驗時錨在錨穴中的收藏狀態如圖3所示。

圖3 α角為38 °錨穴拉錨試驗圖

完成拉錨試驗后，進行實船建造，將錨穴與錨鏈管作為船體首部分段的結構件在TRIBON中建模出圖和套料，數控切割部件后進行裝配，保證了錨穴板的安裝精度。實船安裝錨機和導鏈滾輪后，能較順利地收放和收藏錨。

3 結論

使用三維設計軟件進行錨穴 3D模型設計，邊設計、邊優化。當3D模型滿足要求后，再進行二維出圖。設計出的產品能一次性通過木模拉錨和實船試驗，取得了較好的效果。這種方法對類似船型的錨穴設計具一定的參考作用。

[1] 金仲達. 船舶設備[M]. 哈爾濱: 哈爾濱工程大學出版社, 1991.

[2] 陳金發. 船舶錨鏈筒的設計和放樣[M]. 北京: 國防工業出版社, 1978.

[3] 張震國, 汪保華. 方形錨穴幾何要素的確定[J]. 造船技術, 1981(5): 25-29.

[4] 中國船級社. 國內航行海船建造規范[S]. 2012.

[5] 中國船舶工業總公司. 船舶設計實用手冊 舾裝分冊[M]. 北京: 國防工業出版社, 2013.

[6] 畢偉光. 33m 拖船錨穴的設計與制作[J] . 江蘇船舶，2007(4): 16-17.

[7] 中華人民共和國工業和信息化部. 海船艏錨泊設計導則: CB/Z 280-2011[S]. 北京: 中國船舶工業綜合技術經濟研究院, 2011.