锚体在锚穴底部固定轨道上运行的分析与研究

廉国利

(天津新港船舶重工有限责任公司 天津300452)

锚体在锚穴底部固定轨道上运行的分析与研究

廉国利

(天津新港船舶重工有限责任公司 天津300452)

锚穴的主要功能是把锚体储藏在船体的外板内部。其目的主要有防止锚体与其他物体(码头、船坞、等)碰撞，航行时能减少水浪对锚体本身的冲击，减轻风阻，减小对航速的负面影响等。最终能有效的把锚体沿设计的轨迹进入锚穴，并且顺利的与锚穴底板完全贴合，完成整个拉锚过程。由于一些锚穴在现代船舶建造中，受船体型线的制约，满足不了起锚任务。从而开展了从锚穴本身来改变锚体的运行轨迹的研究，利用锚穴底部的固定轨道将锚体顺利进入锚穴，最终完成起锚任务。

船舶 锚穴 运行轨迹 固定轨道

0 引 言

随着现代化造船事业的发展，在提高船舶各种船体性能的同时，为了增大船体货舱的舱容，相应减小了首尖舱的舱容。这样一来，楼甲板上的系泊及锚系结构由于面积不够而相对布置困难。在不影响航速的前提下，只有把设计水线以上型线加宽，从而达到艏楼甲板面积加大的目的。如图 1、2所示，这种船型的艏锚在船体外板的出口处型线特殊。在起锚过程中，由于角 β(垂向线与锚链筒中心线)为 20～45,°，角 θ(垂向线与外板)为 45,°左右，角 γ(锚爪中心线与锚柄中心线)为40,°，导致角 φ(锚爪中心线与外板)小于 90,°，从而锚爪与船体外板卡死，锚爪不能向上翻转，造成拉锚失败。 结合以上的船体型线，对传统锚穴和防卡式锚穴进行分析与介绍。

1 传统锚穴分析

在一般多用途货船的首锚拉锚试验中，由于以上问题给拉锚试验造成多次失败。分析起来有以下几点：①现代船型的首部为球鼻型，这种船型的艏锚在船体外板的出口处型线特殊，在起锚过程中，垂向线与锚链筒中心线夹角 β为 20～45,°，垂向线与外板夹角 θ为 45,°左右，锚爪中心线与锚柄中心线夹角γ为40 °，这样就导致了锚爪中心线与船体外板的夹角 φ小于 90,°。只有夹角 φ大于 90,°时在起锚机拉力的作用下锚爪才能向上翻转。夹角φ小于等于90,°时，锚柄刚进入锚链筒一半，双锚爪与外板卡死，锚爪不能向上翻转，造成拉锚失败。②出口点愈高，夹角φ相对愈小。降低出口点的高度，过小则解决不了问题，过大则离设计水线太近，从而影响航速，且又违背设计要求。③甲板上锚链筒进入口向船体中心移动：若距离小了则根本无法解决问题，若移动距离太大，则甲板上的系泊装置无法布置。向舷边移动，造成锚链筒长度缩小，锚柄露出甲板面的后果，也就是锚的卸扣顶在挚链器上，因为锚干长度大于锚链筒长度。锚冠距离锚唇距离过大，锚爪也不能和锚穴底面贴合。④起锚时在拉力F的作用下锚体向上运动。卸扣接近锚唇时，在合力的作用下卸扣大面接触锚唇，锚柄进入锚链筒后，只有锚柄横截面的小面沿锚唇向上运行。这样改变不了运行轨迹。锚爪与外板卡死，不能使锚爪向上翻转。锚柄进入锚链筒剖视图如图3所示。

图1 锚链筒中心线在船体艏部的型线图Fig.1 Profiles of the center line of hawse pipe at fore ship

图2 锚体在锚链筒中心线面(A-A)_的剖视图Fig.2 Section(A-A)of anchor at the center line of hawse pipe

图3 锚柄进入锚链筒剖视图Fig.3 Section of anchor stick putting into hawse pipe

2 防卡式锚穴的设计

目的：在锚穴的底部与船体外板连接处设计一个固定轨道。让锚柄横截面的大面沿固定轨道运行，促使锚爪向上翻转，最终，拉锚成功。

任务：起锚过程中，锚柄还没有进入锚链筒前，在重力的作用下锚柄进入固定轨道时，利用底部的固定轨道促使锚柄横截面的一个大面沿固定轨道向上运行，从而达到锚体的一个锚爪接近外板并与其相切，在F力的作用下，最终锚爪向上翻转，促使锚体顺利进入锚穴。

3 基本原理

在原设计不变，不改变锚爪中心线与船体外板夹角(φ＜90,°)的情况下，改进原设计锚穴的内部剖面结构，达到锚体沿设计的固定轨道向上运行，促使锚爪向上翻转的目的。

如图4所示，在锚穴的底部设计一个固定凹槽。

图4 凹槽剖视图Fig.4 Section of recess

起锚时在拉力 F的作用下锚体向上运动。由于凹槽底线与重力(wg)方向相同，整体凹槽超出凹槽底线(垂向线)。起锚时锚体处于锚穴的前下方还是后下方，当锚体露出水面后，靠重力(wg)锚链自然滑落凹槽内，锚柄开始接近凹槽。在拉力 F、锚柄与凹槽的摩擦力、重力(wg)合力的作用下锚体向上运行，锚柄进入凹槽。从图中看出，不管锚爪指向船体的前方还是后方，锚柄横截面的一个大面总是和凹槽接触。此时锚体的一个锚爪接触外板，另一个锚爪处于悬空状态。也就是说，由原设计锚体的两个锚爪接触船体外板，改为锚体一个锚爪接触船体外板并与其相切。这时锚杆还没有接触锚唇。锚柄进入凹槽的剖视图如图5所示。

从图 6～9看出：锚体的一个锚爪与外板接触时，此刻的角φ＞90 °。锚爪方向不指向外板，而是与外板相切。在拉力F和外板对锚爪的反作用力的合力作用下，锚体的双爪只能向上翻转。在其向锚穴的运行中有效地进入锚穴。使两个锚爪与锚穴底面良好的贴合，从而完成整个起锚过程 。

图5 锚柄进入凹槽的剖视图Fig.5 Section of anchor stick putting into recess

图6 锚柄进入固定轨道锚的三维图形(锚爪指向尾部)Fig.6 3-D picture of anchor stick putting into the fixed orbit (w ith fluke pointing to aft)

图7 锚柄进入固定轨道锚的三维图形(锚爪指向首部)Fig.7 3-D picture of anchor stick putting into the fixed orbit (w ith fluke pointing to fore)

图8 锚体翻转后进入锚穴并与其贴合的三维图形Fig.8 3-D picture of anchor rolled into and p lying up the anchor pocket

图9 锚体翻转后进入锚穴并与其贴合的二维剖视图Fig.9 2-D section of anchor rolled into and p lying up the anchor pocket

4 应 用

此锚穴在多用途货船的拉锚试验中一次成功。为今后此类船型的拉锚试验奠定了基础，加快了现代化造船的速度，为我公司解决了在此项目上多年的难题。

5 结 语

该设计发明，有效改变了原传统锚穴在起锚过程中锚柄进入锚穴底板时锚体的锚爪由向下改变为向上的运行轨迹。进一步说，在起锚过程中锚体只有一个固定运行轨道沿传统锚穴底板及锚唇进入锚穴，从而造成双爪接触船体外板，使锚体的双爪与船体外板卡死。而防卡式锚穴利用设定的固定轨道，在起锚过程中锚柄一个大面进入固定轨道后，沿该轨道向上运行，从而改变成锚体的单爪与船体外板相切，最后促使锚体向上翻转，达到与锚穴底板完全贴合的目的。■

［1］ 中国船舶总公司. 船舶设计实用手册(船体分册)[M].北京：国防工业出版社，2007.

［2］ 中国船舶总公司. 船舶设计实用手册(舾装分册)[M].北京：国防工业出版社，2007.

［3］ 汉斯海因里希·迈尔-彼得，弗兰克·伯恩哈德. 船舶工程技术手册[M]. 上海：上海交通大学出版社，1970.

［4］ 中国船级社. 国内航行海船入级规则[S]. 2012.

［5］ 中国船级社. 材料与焊接规范[S]. 2009.

The Analysis and Research of Anchor M ovement along a Fixed Orbit at the Bottom of Anchor Pocket： Anti-locked Anchor Pocket

LIAN Guoli
(Tianjin XINGANG Shipbuilding Heavy Industry Co.，Ltd.，Tianjin 300452，China)

The main function of anchor pocket is to store the anchor inside the hull plate．There are many design purposesof the anchor pocket．It can prevent the anchor from colliding w ith other objects such as quay，dock and so on．The anchor pocket can reduce the colliding of waves and surge w ith the anchor while sailing，and the w ind resistance so as to decrease the negative effect on ship speed．The anchor is able to be effectively put into the anchor pocket along the designed trajectory，and completely fit w ith the bottom of anchor pocket，then the whole process of draw ing anchor is completed．In modern shipbuilding，some anchor pockets cannot satisfy draw ing anchor test due to ship molded lines．In the study，anchor pocket itself was analyzed to change the running track of the anchor body．With the fixed orbit at the bottom of anchor pocket，the anchor finally entered anchor pocket smoothly，successfully fulfilling the draw ing anchor test.

ship；anchor pocket；running track；fixed orbit

U671.91+4

：A

：1006-8945(2015)10-0059-03

2015-09-03