“大洋號”科考船錨系優(yōu)化

錨系作為保船設備之一，在船舶設計工作中占有重要地位，特別是對于需要經(jīng)常在海上進行臨時錨泊作業(yè)進行科考研究的船舶尤為重要。而此類船舶艏錨的布置設計，由于受到其船型線型的限制，布置空間受限，一直是困擾舾裝設計人員的一道難題，沒有一定技術及現(xiàn)場施工經(jīng)驗的積累沉淀，很難達到完美狀態(tài)。中船黃埔文沖船舶有限公司建造的“大洋號”科考船錨系的基本設計方案為采用明式錨穴，錨鏈筒出口處設置錨眼圈。由于該船錨泊設備布置的區(qū)域空間有限，為節(jié)約布置空間，錨機選用一體式組合錨機，此方案對錨鏈筒的角度、掣鏈器的角度與錨唇等設備之間的布置配合提出了更高要求。

“大洋號”科考船錨泊布置難點

一般來說，艏錨在進行設計布置時需滿足以下幾點基本原則：

一是錨和錨鏈的提升和收藏需順暢。收錨時，錨桿應光順地進入錨鏈筒，錨爪、錨冠要與錨唇或錨穴板緊貼。

二是錨鏈筒在舷側出口要有一定的高度。錨拉起收藏后，通常應高出滿載水線2m 以上，且距離艏柱有一定的距離，以避免錨冠收起后突出艏柱。拋錨時應能依靠自身重量，無阻礙地把錨從錨鏈筒中拋出。

三是若無特殊要求，船體與錨的最大外形尺寸點之間的距離應滿足在船舶縱傾2% Lpp (兩柱間長)和橫傾1°時，錨收放均不碰到船體，且在船舶正浮時船體與錨的最大外形尺寸點之間的距離不小于300mm，或船舶正浮時船體與錨的距離不小于1000mm，取小者。

錨系布置設計如果能滿足以上幾點要求，在進行拉錨試驗時會大大減少可能出現(xiàn)的問題。但由于船型的特殊性，“大洋號”的艏部系泊布置設計并不能完全滿足以上幾點要求，同時還具有以下特點：

● 錨泊部分空間狹窄，不便于布置。

● 錨機為整體組合式錨機，錨鏈水平出鏈，導致兩舷的錨鏈筒布置受限，導致錨機和錨鏈筒的角度設計受限。

● 錨鏈管初始設計的直徑不夠，實際進行拉錨實驗時，錨桿卡滯在錨鏈筒壁上，導致斯貝克錨無法完全貼合錨眼圈。

● 錨拉回收藏后，錨冠距離水線過近，滿載水線到錨鉸鏈中心的距離僅約1m左右。

錨鏈筒的布置優(yōu)化

錨鏈筒位置的確定是錨設備布置的關鍵，“大洋號”船的錨鏈筒中心線和垂線之間的夾角為24°，錨鏈管投影中心線和水平線之間的夾角為52°；在設計院的初始設計方案中，錨鏈筒的內徑大小為440mm。根據(jù)設計院的初始設計方案進行木模拉錨試驗時發(fā)現(xiàn)，錨桿進入錨鏈筒后上端會頂住錨鏈筒壁，即使加大錨鏈筒傾角β（即錨鏈筒中心線與甲板中線之間的夾角），錨桿和錨冠仍然無法順利的收放，由此可以得出錨鏈管直徑在設計時所選數(shù)據(jù)不能滿足該船錨系布置的要求。

根據(jù)《船舶設計實用手冊舾裝分冊》中計算公式要求，錨鏈筒的內徑D（mm）可通過以下三個公式確定：

“大洋號”船錨鏈筒初始設計的內徑選用440mm，滿足公式二的計算結果，但是從木模拉錨模擬試驗的結果來看，錨鏈筒內徑選用440mm不能滿足該船的實際需求。經(jīng)過綜合分析比較，為了保證錨桿能順利進出錨鏈筒，錨鏈筒內徑D擬根據(jù)公式三的計算結果選用，即錨鏈筒內徑改為520mm。由于受錨系布置區(qū)域空間緊湊限制，根據(jù)以往類似情況的設計經(jīng)驗，在調整錨鏈筒位置時，首先應保證錨鏈筒的出口位置不變，即錨穴中心點不變，同時再通過加大錨鏈筒傾角β（即錨鏈筒中心線與甲板中線之間的夾角），即通過調整錨鏈筒在甲板面上的入口位置，最終根據(jù)拉錨試驗來確定錨鏈筒上口最合適的位置。經(jīng)過數(shù)次錨鏈筒上口位置的調整，最終確定將錨鏈筒傾角β修改為66°，此時是一個比較理想的狀況，木錨可以順利上下錨鏈筒，且錨爪、錨冠能較好地貼合錨眼圈，同時錨桿基本能收藏于錨鏈筒之中。根據(jù)設計院提供的錨系布置圖紙，結合船廠的拉錨模擬試驗結果，確定該船錨鏈筒、錨與錨唇按照下圖A-A視圖所示情況布置（見圖2）。

圖1 “大洋號”錨系布置圖

在“大洋號”進行系泊與航行試驗時，該設計方案均基本滿足船舶錨泊系統(tǒng)運行的各項參數(shù)需求。由此可見在設計選取錨鏈筒直徑時，為了最大限度保證錨鏈的正常上下，船上空間滿足錨鏈筒布置的情況下，錨鏈筒的內徑宜取通過公式一、公式二與公式三計算結果的最大值，同時β角在一定范圍內取值越小，及錨鏈筒布置越陡峭對錨鏈的進出越有利。

錨穴的后續(xù)優(yōu)化設計

交船后約半年有余，船員反饋：船舶在大風大浪航行過程中，錨時有撞擊外板的情況發(fā)生，且撞擊聲響大。鑒于撞擊響聲太大，用船方要求，在船舶回廠保養(yǎng)維修期間對錨穴及錨的布置進行必要改進，以便消除錨和外板發(fā)生撞擊而產生的異響。

“大洋號”科考船停靠碼頭后，經(jīng)實船勘察，發(fā)現(xiàn)船艏錨穴板和錨爪貼合的位置有明顯碰撞痕跡，由此可以判定船舶在航行過程中產生的異響是由于錨爪和錨穴外板在航行過程中碰撞時產生的，造成碰撞的原因是錨桿和錨頭是通過軸連接的，在海浪拍擊載荷的作用下使得錨爪晃動，從而導致錨爪在風浪的狀況下不斷撞擊錨穴部位的外板。解決此問題，從實際施工操作的可行性和節(jié)省維修周期兩方面考慮，最適宜的辦法就是避免錨在收藏狀態(tài)時錨爪和原錨穴外板產生接觸，使得錨爪遠離原錨穴外板，同時還需保證錨爪、錨冠緊貼支承點，不會擺動。通過綜合考慮，比較可行的方案就是在錨唇的基礎上增加設計一個合適的錨臺，通過錨臺使得錨爪遠離錨穴外板，同時讓錨桿與錨冠緊貼在錨臺上。在該方案實施過程中，通過采用放樣數(shù)據(jù)及拉錨試驗數(shù)據(jù)反復驗證，決定將錨臺的中心高度設置為300mm，錨及錨臺的最終型式見圖2，經(jīng)現(xiàn)場施工人員實船數(shù)次安裝及調試，在碼頭進行數(shù)次拋錨試驗后，錨的最終收存狀態(tài)和拉錨試驗的狀態(tài)基本保持一致。

從圖2的布置可以看出，在錨眼圈基礎上增加錨臺設計后，錨冠和錨爪都遠離了錨穴外板；在錨機收緊錨鏈后，錨冠、錨爪可緊貼于錨臺之上；這樣即使在風浪中航行也能避免貓爪和外板碰撞的情況出現(xiàn)。該方案的前期設計評估和后期試驗驗證都獲得了船東方和設計院所相關專業(yè)人員的認可，大家一致認為該修改方案能夠基本解決目前錨和外板產生異響的問題。

圖2 帶錨臺的錨鏈筒布置

“大洋號”科考船在我公司進行必要的維護保養(yǎng)后，馬上開始了下一航次的作業(yè)。不久后船長再次反饋在風浪中航行時，錨穴附近仍然有異常響聲產生，但較之此前的情況已經(jīng)大有改善。鑒于此種狀況，我公司技術人員重新對“大洋號”錨系布置圖進行了梳理研究，發(fā)現(xiàn)錨緊貼錨唇后，錨冠的角度和水線的夾角很小，同時由于“大洋號”錨臺中心大約在8000 水線左右，距離滿載7000 水線僅有一米，這么近的距離勢必會導致船舶在航行時，尤其是在大風浪的情況下，涌起的海浪會不斷沖擊錨冠，進而將整個錨托起，從而使得錨桿和錨鏈筒的上緣筒壁產生撞擊，產生異響。針對此種情況，我們對錨和錨穴外板之間的受力進行了一個簡單粗略的分析。

經(jīng)過分析計算，根據(jù)“大洋號”科考船的實際情況，要徹底解決錨和船體撞擊產生異響的問題，必須在保證錨冠和錨唇在貼合的情況下，同時保證錨桿、錨鏈筒與錨穴出口的上端緊貼，這樣才能有效阻止錨在波浪的沖擊下產生向上運動的趨勢，從而避免錨對船體產生撞擊。在船舶再次停靠碼頭時，我公司對錨臺再次進行修整，以保證錨爪緊貼錨唇的情況下錨桿也同時緊貼錨鏈筒。經(jīng)過此次優(yōu)化改進，基本消除了錨和外板由于撞擊而產生過大異響的情況。

“大洋號”科考船作為我國獨立自主研制的第一艘4000噸級的綜合調查船，也是中船黃埔文沖首次建造的大型科考船，該船的按時交付體現(xiàn)了我國在船舶設計和建造方面的進步。我們針對“大洋號”科考船在船廠進行生產設計的過程中遇到的錨系設備產生的異常問題進行了必要的優(yōu)化，同時還對交船后用船方使用后反饋的相關問題進行一系列的優(yōu)化。通過不斷優(yōu)化與分析，初步找到錨與錨穴外板產生碰撞異響的原因，并采取了補救措施。為船廠設計人員將來在進行類似產品的錨系設計時積累了寶貴的經(jīng)驗，為設計人員進行錨系設計優(yōu)化指明了較明確的方向。