大型船舶錨系不良運動狀態(tài)解決方案

閻 焱，盧曉翔

（上海江南長興造船有限責任公司，上海 201913）

0 引 言

大型船舶，現在通常指15萬t以上的船舶，此類船舶主尺度大，對錨泊的操控要求高；錨系設計完整性強[1]，包含錨機、掣鏈器、錨鏈筒、凸臺錨唇等，各部分都可能對收放錨造成影響。在船舶營運過程中錨系發(fā)生問題，輕則影響錨鏈收放，降低錨機的使用壽命；重則引起重大安全事故，造成經濟損失甚至人員傷亡。如船舶在靠泊放錨時發(fā)生問題，就會有碰撞碼頭或其他船舶的潛在危險；本船錨泊時遇其他船舶失控靠近需緊急起錨時不能操作，也會有避碰失敗的問題。因此，錨系出現問題將直接影響船舶的營運安全，值得重視。

1 常見不良運動狀態(tài)

在大型船舶錨系運動過程中出現的不良狀態(tài)很多，主要為3大問題：爬鏈、倒鏈、收鏈位置不定。這3個問題互相聯系且互相影響。

1.1 爬鏈的定義和危害

爬鏈是指錨鏈在收取過程中，不能在錨唇最低點處保持平衡，錨唇對錨鏈的反作用力R在水平方向產生分力R1，在水平分力R1的作用下，錨鏈沿著錨唇弧線向上滑動，達到一個平衡位置時，錨鏈翻身下落回到錨唇最低點，然后重復這一過程，這就是“爬鏈現象”（見圖1）。

圖1 錨唇處正常受力與爬鏈時受力分析對比

其危害有：a) 對錨唇一側造成的磨損加劇，影響錨唇的使用壽命[2]；b) 對掣鏈器滾輪一側造成的磨損加劇，影響掣鏈器滾輪的使用壽命；c) 錨鏈翻轉下落過程中給錨機造成瞬間沖擊，使錨機的軸系受到傷害，影響錨機使用壽命；d) 通常會產生倒鏈現象。

1.2 倒鏈的定義和危害

倒鏈是指在錨鏈收好的情況下，應該處于垂直狀態(tài)的錨鏈由于受外力影響，不能保持垂直，向一側傾倒的現象（見圖2）。

其危害有：a) 對掣鏈器滾輪一側造成的磨損加劇，影響掣鏈器滾輪的使用壽命；b) 掣鏈器合扇式閘刀一側無法合上，掣鏈器無法正常使用。

1.3 收鏈位置不定

收鏈位置不定有兩種情況，一是由于倒鏈造成的合扇式閘刀一側無法合上；另一種是錨鏈收起后最終位置不能保持一致，忽前忽后，閘刀位置無法確認。貿然以其中一個位置定位，在拋錨試驗時可能會出現其他情況：

a) 閘刀與錨鏈間距變大，合攏后錨爪太松，航行時反復磨損錨唇，影響錨和錨唇的使用壽命；b) 閘刀與錨鏈間距變小，閘刀卡住，不能順利合攏，船東必然會提出重新修改位置甚至再次試航。

2 問題分析和解決方案

根據受力分析來判斷問題產生的原因并解決問題；通過改變受力，來減輕和消除錨鏈收放過程中的3大問題。

2.1 爬鏈原因分析及解決方案

由圖1可知，水平分力R1就是導致爬鏈的罪魁禍首。這個R1在YZ平面之內，對比左邊的正常受力分析圖，有這個力的存在，說明整個錨唇處的受力并不是僅僅在XY平面之內，即錨鏈拉力不是僅僅沿著X軸向的，在安裝中就表現為錨機滾輪中心、錨鏈筒中心、錨唇最低點不在同一平面XY內（見圖3）。

嚴格意義上講，由于常見船舶錨鏈筒口處的外板具有雙向曲度，錨鏈也不能完全看成繩狀柔性體，因此錨唇最低點不一定是在X軸上，但也十分接近了，為簡化受力分析，就默認錨唇最低點就是在中心線上了。

爬鏈現象會直接導致后續(xù)倒鏈和閘刀無法定位，因此這個問題是危害最嚴重且最為棘手。

解決方案 1：旋轉掣鏈器。錨機滾輪中心、錨鏈筒中心、錨唇最低點不在同一平面XY內，實際上就是錨鏈筒或是錨唇裝偏了，這時通過掣鏈器旋轉角度變化，使得受力重新落在同一個平面X'Y，減少或消除水平分力R1（見圖4）。

圖3 爬鏈狀態(tài)在布置圖中的顯示

圖4 旋轉掣鏈器改善爬鏈

這樣修改會有一些弊端，如錨鏈在錨鏈筒中偏向一側，加劇了錨機滾輪的磨損，還有可能加劇倒鏈現象。如果錨唇最低點偏差較大，掣鏈器轉動較大，錨鏈偏中現象會很明顯，船東可能會不接受。

修改實例：某船由于前期精度控制不利，錨唇安裝角度偏差，最低點偏中，通過此方案修改，改善了爬鏈現象，雖出現錨鏈偏中和輕微倒鏈的現象，但實際拋錨試驗還是比較成功，船東接受。

方案 2：錨唇增加凸塊。直接作用于問題根源點，在錨唇上增加凸塊（見圖5），給錨鏈一個反作用力，直接消除水平分力R1。

此方案雖效果很好，但實施起來困難很大，存在很多問題：如凸塊的尺寸和位置難以確定，需反復試驗；鑄鋼件焊接工藝復雜；施工位置懸空，安全性很差。

因為這一方案工藝和工期方面的問題，罕有實船采用，也少有相關數據的積累供分析。有待進一步研究。

圖5 錨唇增加凸塊

2.2 倒鏈原因分析及解決方案

倒鏈是由于a) 爬鏈產生的后續(xù)影響，掣鏈器滾輪也會給垂直狀態(tài)的錨鏈一個類似Rx的水平方向外力，導致側倒；b) 收鏈時錨翻轉時轉環(huán)旋轉不靈，錨爪在錨唇上滑動的扭轉力矩N不能消除，傳遞到垂直狀態(tài)的錨鏈上，導致側倒。針對由水平分力Rx或扭轉力矩N的不同情況，有不同的處理方案。

解決方案1：傾斜掣鏈器（見圖6）。

圖6 掣鏈器受力分析

圖6（a）所示，在水平力Rx和（或）扭轉力矩N的作用下，錨鏈會向右側倒；如果反向傾斜掣鏈器，支撐力F就會在水平方向產生分力Fx，減小甚至抵消Rx，而變大的F也會增加錨鏈和掣鏈器滾輪之間的摩擦力，其力矩也會在一定程度上抵消扭轉力矩N的作用（見圖6(b)）。

修改實例：某船出現倒鏈的現象，按此方案傾斜掣鏈器，明顯改善倒鏈現象，傾斜的角度也在廠家許可的范圍內。實際拋錨試驗工況正常，船東接受。

需要注意的是，傾斜掣鏈器需多次少量逐步調整，觀察錨鏈受力情況的變化，不應一次性修改過大。

方案2：潤滑轉環(huán)。在沒有明顯爬鏈，卻出現錨鏈側倒的情況下，這是由于扭轉力矩N導致的。首先，應排除轉環(huán)旋轉不靈的情況。

在收緊狀態(tài)下，在轉環(huán)內外用石蠟筆劃一直線，再收放幾次，直線偏開則說明轉動良好，如一直不變，說明轉環(huán)已卡死。在轉環(huán)內加入牛油潤滑，確保轉環(huán)旋轉自如。

方案3：水平錨鏈下方增加凸塊。有時轉環(huán)已經正常旋轉，但還有倒鏈，說明僅靠轉環(huán)還未消除扭轉力矩N。在這種情況下只能采取直接干預，在倒鏈的錨鏈下一節(jié)的水平錨鏈下方加上凸塊，支撐力矩直接抵消扭轉力矩N（見圖7）。

修改實例：某船出現倒鏈的現象，采取方案1和方案2反復調整均無效果，最終采取增加凸塊干預的辦法，倒鏈現象消除，但這是非常規(guī)修改，船東勉強接受。加凸塊與倒鏈相比，船東還是不希望出現這種非常規(guī)的修改方式，可以適當放寬倒鏈的接受程度，盡量通過常規(guī)方法調整掣鏈器。

方案4：采用深槽掣鏈器滾輪。掣鏈器滾輪分為深槽和淺槽。淺槽是水平鏈環(huán)與滾輪表面相離，豎直鏈環(huán)與滾輪槽底接觸；深槽是水平鏈環(huán)與滾輪表面接觸離，豎直鏈環(huán)與滾輪槽底相離。

但如果對鏈環(huán)的強度沒有把握，建議盡可能采用槽較深的淺槽滾輪。

圖7 水平錨鏈下方增加凸塊干預倒鏈

2.3 收鏈位置不定原因分析及解決方案

該現象是由于a) 倒鏈造成的閘刀一側無法合上，顯然原因歸結于倒鏈；b) 錨鏈收起后最終位置不能保持一致，又有幾種可能。原因一：錨系液壓系統(tǒng)有問題，液壓油不潔或有跑冒滴漏現象，造成系統(tǒng)拉力反復，不能順利定位；原因二：錨爪和錨唇之間由于多次收放產生磨損凹痕，在數次拉力不足的情況下會造成凹痕加深，錨爪會卡在這個位置，再不能到達正確位置；原因三：錨的左右角度可能不完全一致，國標規(guī)定的誤差為±1°，另外錨左翻轉、右翻轉、不翻轉幾種情況下錨爪最后在錨唇上的貼合位置也不一定一致，這也可能造成錨鏈收起后最終位置的不確定。

解決方案：問題a）已由2.2部分解決，在此不再敘述，主要解決b）所述的3個原因。

方案1：針對第1個原因，檢查液壓系統(tǒng)，確保工作狀態(tài)良好。系統(tǒng)安裝是否正確，是否有跑冒滴漏，壓力能否達到要求，冷卻系統(tǒng)是否運轉等等，均應該在液壓系統(tǒng)檢查范圍之內，必須認真仔細，不放過可疑之處。

也有些客觀原因會導致壓力變小，如系統(tǒng)運轉時間過長會導致油溫升高，液壓油粘性下降，壓力降低，此時可以開啟冷卻系統(tǒng)或停止泵運行，回復正常狀態(tài)。

修改實例：某船初期調整時出現了幾次收鏈位置不同的情況，前后位置相差近 100mm，經過液壓系統(tǒng)檢查，發(fā)現液壓系統(tǒng)中一個法蘭有問題，平法蘭變成了凸肩法蘭，有壓力損失。修改后順利定位。

方案2：針對第2個原因，在錨唇上涂牛油，光順錨爪的運動。僅在船廠調整時使用，應注意CCS技術通函-《美國環(huán)保署關于“船舶油水界面使用環(huán)保潤滑油”的規(guī)定》的要求。

方案3：針對第2個原因，掣鏈器微調一個角度，改變收錨時錨爪的位置。不要看只是微調，但實際上確實可以在一定程度上改變受力情況，可能由此就改變錨爪卡住的情況。不能保證一定有效，但一定要嘗試。

修改實例：某船經過吊籠近距離觀察錨唇處發(fā)現錨爪卡住的問題，加牛油潤滑后，同時改變掣鏈器一個小角度，之后錨爪運動正常，系統(tǒng)順利提交。

方案4：針對第3個原因和數據統(tǒng)計，取最優(yōu)點來定位。錨爪的角度和翻轉情況均是不可控的，只有多次試驗取最合適的點來定位。多次試驗，盡量覆蓋每一種狀態(tài)。多次試驗，在掣鏈器上對應標注收鏈后需卡住哪節(jié)錨鏈的不同停靠位置，取出現概率最高最密集的幾個位置為基準定位，以此作為定位基準點來重新調整掣鏈器，忽略其他位置。在實際校驗中，收放錨鏈可允許一兩次失敗的，以備查找故障原因。

3 相關工藝和精度控制解決方案

錨系是一個不可分割的整體，任一部分出現問題均會影響錨鏈的運動狀態(tài)。如等到最后提交時再來解決問題已經晚了，而且解決效果也不一定好，最好把問題扼殺在萌芽之中。

嚴格控制錨臺、錨唇、錨鏈筒安裝精度，錨機中心、錨鏈筒中心、錨唇最低點三點一線必須要保證好；錨唇偏中，一定會有爬鏈和倒鏈的現象，光靠掣鏈器的調整根本無法徹底解決！

前面實例中也提到，雖然通過掣鏈器的調整減輕了爬鏈，能達到規(guī)范要求，船東也接受了，但憑心而論，收放鏈的效果并不是很好。所以，在分段安裝階段，必須控制好安裝精度。

為此，編制了“錨臺、錨唇、錨鏈筒裝焊工藝”。利用劃線定位安裝，嚴格按照工藝圖紙尺寸開孔、安裝定位等。

如錨鏈筒安裝需：依據分段船體中心線、錨鏈筒中心位置肋位線、錨鏈管中心位置肋位線，分別劃出錨鏈筒在主甲板上的中心點和錨鏈管在主甲板上的中心點；在外板上找出的肋位基準線、甲板邊線，按照圍長數據劃出錨鏈筒在外板上的中心點（由專業(yè)人員使用全站儀校核錨鏈筒在外板上的中心點）。

通過給出細致的的安裝劃線尺寸圖紙和嚴格的精度控制要求，可以確保安裝時對中良好，降低錨系不良運動狀態(tài)發(fā)生的可能。

4 優(yōu)化設計

選擇合適的掣鏈器型式，可以減少調整的難度。常見掣鏈器的型式有：閘刀掣鏈器、螺旋掣鏈器、滾輪閘刀掣鏈器、導軌滾輪舌型等等。常用的掣鏈器型式為滾輪閘刀掣鏈器和液壓式導軌滾輪合扇式掣鏈器（見圖8、9）。

圖8 滾輪閘刀掣鏈器

圖9 液壓式導軌滾輪合扇式掣鏈器

在不同類型掣鏈器的調整過程中，發(fā)現掣鏈器型式不同對錨鏈運動調整也有很大的影響。

通過兩種不同的掣鏈器型式的對比（見表1），雖然液壓式導軌滾輪合扇式掣鏈器在操作性和錨鏈運動穩(wěn)定性上有著一定的優(yōu)勢，但對錨系運動出現問題的容錯性很差，一旦出現問題，就將會給錨鏈調整帶來很多困難，特定的情況下，有的問題幾乎無法解決。而滾輪閘刀掣鏈器構造簡單，使用方便，在調整過程中更加具有適應性。

表1 兩種掣鏈器的性能對照表

5 結 語

大型船舶的建造過程中，錨系是一個主要系統(tǒng)，直接影響船舶的安全和營運，船東必將越來越嚴格要求，這意味著錨系的交驗過程將越來越困難。由于錨系運動不良的情況而導致錨唇重新安裝甚至更換艏部分段的情況也時有發(fā)生。這對船廠提出了更高的要求。

對錨系不良運動進行了歸類，主要歸結于3大問題：爬鏈、倒鏈、收鏈位置不定。通過受力分析的方法得出這些問題產生的原因，并有針對性地提出解決辦法，同時對問題的預防也從建造工藝、精度控制以及設計選型方面提出了見解，希望對大家有所幫助。

錨系運動的問題都可以通過受力分析的方法來找原因。然而實際上錨鏈運動的狀態(tài)和受力情況都相當復雜，并不是簡單的分析就可以全面覆蓋的。所以在理論分析的同時還需現場不斷的調整，結合現場調整的實際情況進一步完善受力分析。

反復的嘗試是有益的，只要有想法，都可以在調整的過程中進行嘗試，往往一個小小的角度變化，都可以帶來令人振奮的結果。

[1] 中國船舶工業(yè)集團公司、中國船舶重工集團公司、中國造船工程學會. 船舶設計實用手冊-舾裝分冊[M]. 北京：國防工業(yè)出版社，2013.

[2] 凌世豪. 船舶錨唇設計[M]. 北京：國防工業(yè)出版社，1979.