錨纜參數(shù)對(duì)船舶錨泊系統(tǒng)的影響

趙 強(qiáng)

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300461）

0 引言

在海洋工程領(lǐng)域，船舶經(jīng)常用于海上吊裝、鋪管、打撈等作業(yè)，作業(yè)期間通常采用拋錨的方式保持船位。錨纜的數(shù)量、長(zhǎng)度、彈性模量、預(yù)張力等設(shè)置的不同，會(huì)對(duì)錨泊系統(tǒng)性能產(chǎn)生不同程度的影響。應(yīng)用MOSES軟件計(jì)算錨纜最大張力和船舶運(yùn)動(dòng)幅值，對(duì)比分析在相同海況下，錨纜參數(shù)的變化對(duì)錨泊系統(tǒng)的影響。

1 錨泊分析方法

MOSES軟件是固定式和浮式海洋結(jié)構(gòu)分析計(jì)算的通用程序，適用于單體船（如輪船和駁船）、多體船、半潛式平臺(tái)等。應(yīng)用MOSES軟件進(jìn)行錨泊分析的過(guò)程如下：

（1）船體建模。船體建立勢(shì)流理論模型，船體上部結(jié)構(gòu)以受風(fēng)面積的形式加入到模型中。本文選取船舶總長(zhǎng)102 m、型寬35 m、型深7.5 m、吃水 3.6 m，其水動(dòng)力模型如圖1所示。

（2）系泊纜建模。將系泊系統(tǒng)幾何位置和錨纜參數(shù)組合到船體模型中。

（3）計(jì)算船體在不同波浪頻率下的幅頻響應(yīng)算子（RAO）。

（4）根據(jù)船體的RAO和相應(yīng)波譜，在指定海況條件下計(jì)算錨纜的最大張緊力和船體運(yùn)動(dòng)幅值。

海上施工的海況限制條件一般是6級(jí)風(fēng)以下，故本文錨泊分析選取環(huán)境參數(shù)為5級(jí)風(fēng)最大值13.8 m/s，有義波高1.5 m，流速1 m/s。風(fēng)浪流同向，從船艏到船艉每隔45°選取一個(gè)環(huán)境荷載方向。

在上述海況下，分別調(diào)整錨纜數(shù)量、長(zhǎng)度、彈性模量、預(yù)張力，對(duì)比錨纜最大張力和船體運(yùn)動(dòng)幅值，從而研究錨纜各項(xiàng)參數(shù)對(duì)錨泊系統(tǒng)性能的影響。

2 錨纜數(shù)量的影響

根據(jù)錨泊布置經(jīng)驗(yàn)，船上錨纜一般均勻布置在船的四角,以便有效抵御來(lái)自周圍各個(gè)方向的環(huán)境荷載。在錨泊分析中，船體四周分別設(shè)置4條纜繩、6條纜繩、8條纜繩，纜繩均為600 m，如圖2所示。

圖1 船體水動(dòng)力模型

對(duì)3種錨纜布置分別進(jìn)行錨泊分析，錨纜最大張力和船體運(yùn)動(dòng)幅值如圖3所示。增加錨纜數(shù)量，可以降低錨纜張力，并有效減小船體運(yùn)動(dòng)。

3 錨纜長(zhǎng)度的影響

在錨泊分析中，船體四周布置4條錨纜，纜繩長(zhǎng)度分別為400 m，500 m，600 m。

對(duì)3種錨纜布置分別進(jìn)行錨泊分析，錨纜最大張力和船體運(yùn)動(dòng)幅值如圖4所示。增加錨纜長(zhǎng)度，可以降低錨纜張力，但會(huì)增加船體運(yùn)動(dòng)，但對(duì)系泊系統(tǒng)影響不大。

4 錨纜彈性模量的影響

錨纜一般由錨鏈和鋼絲繩組成，其彈性模量一般在110 000 MPa左右。在錨泊分析中，船體四周布置8條長(zhǎng)600 m的錨纜，錨纜彈性模量分別選取55 000 MPa，110 000 MPa，220 000 MPa。

對(duì)3種錨纜彈性模量分別進(jìn)行錨泊分析，錨纜最大張力和船體運(yùn)動(dòng)幅值如圖5所示。錨纜彈性模量越大，錨纜張力越大，船體運(yùn)動(dòng)幅值越小，但船上錨纜一般為鋼材，彈性模量固定，調(diào)節(jié)空間不大。

圖2 不同錨纜數(shù)量的錨泊系統(tǒng)

圖3 錨纜數(shù)量對(duì)錨泊系統(tǒng)的影響

圖4 錨纜長(zhǎng)度對(duì)錨泊系統(tǒng)的影響

5 錨纜預(yù)張力的影響

在錨泊分析中，船體四周布置8條長(zhǎng)600 m的錨纜，錨纜的預(yù)張力分別選取為 5 t，10 t，20 t。

對(duì)3種錨纜預(yù)張力分別進(jìn)行錨泊分析，錨纜最大張力和船體運(yùn)動(dòng)幅值如圖6所示。增加錨纜預(yù)張力，會(huì)增大錨纜張力，但可有效減小船體運(yùn)動(dòng)。

圖5 錨纜彈性模量對(duì)錨泊系統(tǒng)的影響

圖6 錨纜預(yù)張力對(duì)錨泊系統(tǒng)的影響

6 結(jié)束語(yǔ)

增加錨纜數(shù)量和長(zhǎng)度，降低錨纜預(yù)張力，選取彈性模量較低的纜繩材料，均會(huì)降低錨纜的最大張力；增加錨纜數(shù)量和預(yù)張力，降低錨纜長(zhǎng)度，選取彈性模量較高的纜繩材料，均會(huì)減小船體運(yùn)動(dòng)。本文錨泊計(jì)算只針對(duì)常規(guī)海上作業(yè)，選取錨纜參數(shù)變化范圍有限，上述總結(jié)規(guī)律未必適用所有錨泊系統(tǒng)。