淺析錨鏈筒與暗式錨穴設計

申常云 王軒

摘 要：本文主要介紹錨鏈筒與暗式錨穴的設計原則、設計流程和驗證方法，以及設計施工中容易出現的問題和解決措施，以作為類似項目的參考。

關鍵詞：錨鏈筒；暗式錨穴；設計

中圖分類號：U664.6 文獻標識碼：A

Abstract： This paper mainly summarizes and analyzes the design principles， design flow and verification methods of anchor hawse pipe & hidden pocket， as well as the problems and solutions that are easy to appear in design and construction， so as to serve as a reference for similar projects.

Key words： Hawse Pipe； Hidden Anchor Pocket； Design

1 前言

拖船、供應船、客船、客滾船、港口船等，因工作性質通常用船首部靠泊其它船舶、海洋構造物或碼頭，突出在船外的錨容易碰撞或損壞其它船舶、構造物或碼頭，因此這幾類船常采用設置錨穴的方式以使船錨不突出船外殼板。作為錨穴形式的一種，暗式錨穴的特點是當錨收緊后，錨爪完全收存在船體內部，船外只看到錨冠的底平面，外形比較美觀，因此暗式錨穴得到廣泛的應用，是現代船舶上較為先進的一種錨鏈筒結構。

下面以幾型船AC-14錨的錨鏈筒與暗式錨穴設計為例，簡要分析錨鏈筒與暗式錨穴的設計原則、流程及驗證方法等。

2 設計原則

錨鏈筒是船拋、起錨時供錨鏈通過、航行時收藏錨桿（錨柄）與部分錨鏈鏈環的船體上的管筒構件，是船舶錨設備的一個重要組成部分。暗式錨穴位于錨鏈筒舷側外板下出口端，能收藏錨并使錨不突出于舷外的穴狀結構。實際設計中，當錨型選定后需把錨鏈筒與暗式錨穴作為一個整體來考慮，并與總體、船體結構專業充分協調配合，進行優化設計。

具體到AC-14錨的錨鏈筒與暗式錨穴的設計，應遵循錨泊設備布置設計的一般原則，其中以下幾個方面應特別注意：

（1）對于AC-14錨，錨鏈筒軸線與暗式錨穴頂板平面的夾角應取40°～ 45°，以適應AC-14錨的錨爪與錨桿之間的理論夾角35°值；

（2）拋、起錨應方便靈活：拋錨時，錨可以只依其自重無阻礙地從錨鏈筒中拋出；收錨時，不管錨爪處于何種狀態，錨均可以順利地進入錨鏈筒、錨穴，且錨爪可貼緊錨穴頂板；

（3）錨穴下口一般應高出滿載水線面約2 m距離，以避免航行時收存于錨穴中的錨冠部分引發水波，增加船舶阻力；

（4）錨在進入錨穴、錨鏈筒之前應能與船外殼板相碰。當錨在進入錨穴、錨鏈筒時若不能與船外殼板相碰，就會出現錨爪不能翻轉而鉤在船殼外板上的情況；

（5）錨鏈筒的筒身長度應足夠收存錨桿和部分錨鏈鏈環；

（6）對于有多層甲板的船舶，錨穴與錨鏈筒結構應盡可能處在兩個上下相鄰的甲板層之間，而不會同時穿過兩層甲板；

（7）暗式錨穴頂板與錨鏈筒交接處的錨唇、錨穴與船外殼板的交接處應采用圓弧足夠大的結構，以便錨鏈可以順暢地通過這些過渡區域，減少錨鏈的磨損；

（8）錨鏈筒與暗式錨穴的設計涉及總體、船體結構和舾裝等專業，設計中需各專業充分協作。

3 設計流程

錨設備布置設計通常在總布置圖、型線圖、錨鏈艙位置基本確定后進行。選定錨型后，需根據錨的規格與錨生產廠家聯系，要求提供錨的外形尺寸圖作為后續設計的基礎。

錨機、錨鏈筒與暗式錨穴、錨鏈管及錨鏈艙之間的位置相互關聯。一般而言，錨機、錨鏈管的位置在錨鏈艙的上部；錨鏈筒的上口位置大致在錨機、錨鏈輪的前方，錨鏈筒的長度由錨桿和部分錨鏈鏈環需占用的空間確定。選定錨鏈筒甲板開口位置后，根據錨鏈筒的長度就可在外板上確定錨鏈筒的下出口；最后，考慮錨的收藏以及錨爪與錨穴板的貼合情況，并且經詳細的圖形求證或模型試驗后才能決定。上述四者之間的關系非常復雜，一般可先做某些假設再找出它們之間的聯系，如最后的結果不理想，則需修正最初的假設，通過不斷地嘗試，一步一步逼近期望的結果。

AC-14錨的錨鏈筒與暗式錨穴的具體設計流程如下：

（1）初定錨鏈艙的位置及形狀，錨鏈管的位置應盡量使錨鏈收后堆放的尖頂位于錨鏈艙水平截面的中心部位；

（2）錨機位于錨鏈艙的正上方，錨機、錨鏈輪的軸線位于錨鏈管上口中心往船首約（1～1.5）d處（d為錨鏈公稱直徑），錨鏈輪往船首約（60～70）d處為錨鏈筒的上口中心位置；

（3）在過錨鏈筒中心線的垂面內，按型線圖確定錨鏈筒中心線與豎直線的夾角，該夾角值應在20°～45°之間（具有球鼻首的船可取50°～55°）；

（4）錨鏈筒的中線與船中線面夾角，一般不超過45°；

（5）最后，根據所選用錨的實際收藏要求以及錨鏈筒的位置，作出能表達暗式錨穴各個構件的具體形狀和尺寸的三面視圖，即水線面視圖、縱剖面視圖、橫剖面視圖。

4 驗證方法

考慮到錨的主體為鑄鋼件，各零部件的尺寸會有偏差，加上錨鏈筒與暗式錨穴處的形狀較復雜，故有較大設計難度，現階段還難以給出完全滿足要求的錨鏈筒與暗式錨穴設計。因此，錨鏈筒與暗式錨穴等整個錨設備布置設計完成后，一般都要進行驗證，驗證標準主要分為三個方面：一是錨、錨鏈筒、暗式錨穴與首部線型的配合尺寸及安裝位置的合理性；二是錨收放時錨和錨鏈能否順利進出錨鏈筒與暗式錨穴，且收錨時錨爪是否貼緊暗式錨穴頂板；三是船體與錨的間隙（錨的最大回轉半徑），是否滿足船舶縱傾0.02倍垂線間長和船舶橫傾1o 時錨收放都不碰船體，且正態時船體與錨的間隙不小于300 mm等要求。

根據設計的具體情況，驗證的方法有如下幾種。

4.1 虛擬仿真驗證

目前三維設計仿真技術的發展及應用為錨鏈筒與暗式錨穴的設計提供了一個較為快捷有效的手段，在三維設計環境下能夠快速方便地建立錨、錨鏈、錨鏈筒與暗式錨穴結構構件及周圍場景等三維模型，形成具有一定功能的仿真系統，讓系統具有一定的動態性能，并結合實際拉錨過程中錨和錨鏈進入錨鏈筒與暗式錨穴的運動規律，按仿真運動的結果，在可視化的交互環境中修改設計方案，最終獲得滿足要求的錨鏈筒與暗式錨穴設計（見圖1）。

此方法主要在設計階段采用，可以直觀地查看錨鏈筒與暗式錨穴的生成，提高設計精度和效率，且建好的三維模型可為下步拉錨仿真服務，摸擬拉錨試驗來檢驗錨鏈筒與錨穴的設計性能和貼合性。但是，因三維建模時進行了一定的簡化假設，故還需結合其它方法來共同檢驗錨鏈筒和錨穴的設計。

4.2 木模拉錨試驗

錨鏈筒與暗式錨穴設計圖提交船廠后，要求船廠在錨鏈筒與暗式錨穴施工前制作木模，進行收放錨的模擬試驗后再施工，以保證收放錨順利和航行時錨爪能與暗式錨穴頂板貼緊并收藏于錨穴內。

此方法在船廠施工前采用，主要驗證錨的垂向運動。因鋼質錨和木質錨的實際重量與摩擦系數的區別，鋼質錨和木質錨模型的重心位置、錨爪初始偏角、臨界轉角等都有差異，且一般用纜索連接木質錨進行試驗，試驗結果與實際情況存在較大的不同，故在設計、施工時需對此進行考慮。

4.3 船臺分段拉錨試驗

在船體分段裝配階段進行錨鏈筒與暗式錨穴的裝配時，只把錨鏈筒與暗式錨穴構件暫時分段搭焊、定位，待大合攏后在船臺分段上做拉實錨試驗，檢驗錨、錨鏈筒、暗式錨穴與首部線型的配合及安裝位置的合理性，按試驗結果修正后才最終施焊。這種試驗是用實錨做試驗，試驗結果比較有說服力，有條件的可安排進行。

4.4 實船拋起錨航行試驗

在航行狀態下，按規定的條件和項目，檢查包括錨鏈筒與暗式錨穴在內的航行首錨設備工作的協調性、穩定性、安全性以及主要功能、性能指標等是否符合設計要求。此方法為設有航行首錨設備的船舶常規的試驗方法，可對錨設備進行全面驗證。

通過以上幾種模擬、試驗，再考慮錨、錨鏈筒、暗式錨穴的誤差對各設備的位置進行適度調整，最終獲得各個組件配合順暢、拋起錨效果理想的錨泊設備。

5 設計施工中容易出現的問題及解決措施

因船外殼面、錨外表面都是不規則的三維立體曲面，錨和錨鏈運動時與船外殼面、錨鏈筒與暗式錨穴的相互作用和運動的過程是比較復雜的，錨和錨鏈加工尺寸以及錨鏈筒與暗式錨穴等的裝配誤差不可控，故在設計建造中會出現一些問題，需要設計建造人員處理解決。

5.1 錨收入錨穴后錨爪不能緊貼錨穴頂板

某型拖船的AC-14錨、錨鏈筒與暗式錨穴的設計提交船廠后，船廠按常規要求進行了木模拉錨試驗：在試驗時收放錨順利，錨爪也能貼緊暗式錨穴頂板；在航行試驗時，拋、起錨可以順暢進行，但AC-14錨在暗式錨穴內的收藏存在問題，表現為錨鏈收到位后錨爪尖頂到錨穴后封板，錨爪不能與暗式錨穴頂板貼緊、錨桿未能完全收入錨穴的現象。經勘驗現場并分析原因，主要是錨、錨穴等的尺寸誤差累積，造成錨爪與錨穴頂板不能緊密貼合。后經現場測量取值，在錨鏈筒與暗式錨穴頂板交接處按所取尺寸往下局部增設了墊板，問題得以解決。

5.2 收錨時錨爪不能翻轉頂住外殼板自鎖

某船選配AC-14錨，設計時錨鏈筒與暗式錨穴圖中明確要求船廠施工時應進行木模拉錨試驗以確定錨鏈筒與暗式錨穴最佳尺寸，但船廠為趕工未做相關試驗，船下水后進行錨設備系泊試驗時發現錨爪與船殼面的接觸角近90o 、錨爪不能翻轉頂住外殼板而自鎖卡頓的情形。經現場觀察了解，提出了三種解決方案：一是錨、錨鏈筒與暗式錨穴不變，在暗式錨穴下口處增設尺寸盡可能小且同時可順利收錨的導向板；二是錨鏈筒與暗式錨穴不變，將錨由標準的非平衡錨改為AC-14平衡錨；三是錨不變，在暗式錨穴下口處往內切掉一部分后，再設滿足收錨要求的板（見圖2）。

經比較各方案的可行性和工程量大小后，最后確定將錨改為AC-14平衡錨，問題得以解決。

5.3 錨穴周邊過渡不順滑導致錨鏈通過時卡滯現象

設計虛擬仿真、拉錨試驗等方法主要驗證錨和錨鏈在重力作用下的垂向運動，不能反映錨鏈在其它外力下的運動，設計中常出現只在暗式錨穴外口的下半部分設置了過渡圓弧（見圖3），但實船錨泊時錨鏈可能與錨鏈筒下口及暗式錨穴結構的任一處（包含上口邊緣）摩擦、刮蹭或碰撞，補救辦法是在錨穴外口增設圓弧過渡結構件，最根本的方法是暗式錨穴頂板與錨鏈筒交接處的錨唇、暗式錨穴與船外殼板的交接處應采用圓弧足夠大（4～5）d的結構（見圖4），以便錨鏈可以順暢地通過這些過渡區域，減少錨鏈的磨耗。

6 結束語

從幾型船選配首錨并采用暗式錨穴的設計建造過程來看，有些比較成功，有些出現了未預見到的問題，后續處理也費時費力。通過這些設計實踐，取得以下經驗教訓：（1）設計前應認真研究錨的特性及首部線型，設計過程中盡可能進行各種條件下的模擬，設計圖中明確相關要求及注意事項；（2）要求船廠進行相關試驗，試驗中注意觀察錨的運動軌跡。由于受錨型、首部型線、錨機、布置等多種因素的影響，多數錨鏈筒與暗式錨穴的設計不可能一次成功，設計人員需持續關注，可參考本文方法調整錨機定位、錨鏈筒中心線角度、錨穴定位等，以求得合理可行的設計。

參考文獻

[1]CB/Z 280-2011海船首錨泊設計導則.

[2]船舶設計實用手冊（第3版）舾裝分冊[M]. 國防工業出版社， 2013.