拖轮顶推时摆位对靠泊操纵的影响

拖轮顶推时摆位对靠泊操纵的影响

周章廷

(中海国际船舶管理有限公司，上海 200120)

摘要:从拖轮在进行顶推作业时摆位和影响摆位因素的角度，分析和讨论船舶靠泊操纵时拖轮顶推摆位对其产生的影响。提醒船舶在使用拖轮协助靠泊的过程中应注意的问题。

关键词:拖轮摆位；纵向移动；平行船体长度；船舶线型

收稿日期：2015-02-01

作者简介：周章廷(1971—)，男，上海市人，船长，主要从事船务管理工作。

文章编号：1674-5949(2015)02-026-03

中图分类号：U661文献标志码：A

Effects of Pushing Tug Placement on Ship Berth Maneuvering

ZhouZhangting

(China Shipping International Shipmanagement Co., Ltd, Shanghai 200120, China)

Abstract:The effects of tug placement on ship berth maneuvering are analyzed and the factors which influence tug placement are discussed from the angle of the tug at pushing operations. Some things that should be paid attention to in the process of berthing with the assistance of a tug are discribed.

Key words: tug placement; longitudinal movement; parallel length of hull; ship hull form

0 引言

船舶在靠泊操纵过程中，受潮汐、泊位或港口水域限制、船舶操纵性能等因素影响，通常需要拖轮协助完成靠泊作业。在使用拖轮的过程中，特别是船舶接近泊位或已靠上泊位正在进行带缆作业时，经常遇到这样一种现象，即船舶处于顶流状态，船位已摆正，船速也已基本为零，但在拖轮的协助下作平移推进或靠泊后系缆的过程中，船舶会前移，且时间越长，前移现象越明显。这种现象不仅仅发生在有流港，无流港也会发生，且空载时比重载时明显。经分析，导致现象的直接原因是拖轮在顶推过程中的摆位(即拖轮艏艉纵向剖面与大船艏艉纵向剖面间的位置关系)不当。

1拖轮摆位对靠泊操纵的影响及摆位不正的原因分析

1.1拖轮摆位对靠泊操纵的影响分析

在整个靠泊作业过程中，合理地指挥和使用拖轮对于顺利完成靠泊作业至关重要。拖轮顶推位置的选择及其作业过程中摆位的选择直接影响着船舶的靠泊进程。多数船舶在进行靠泊操作时很少分析拖轮在不同的位置或以不同的摆位顶推对船舶移动的影响。指挥和使用拖轮时，通常是凭经验将其安排在艏艉，对顶推时的摆位也没有明确的要求。拖轮在顶推过程中，其摆位全凭拖轮船长控制。

分析拖轮摆位对船舶操纵的影响，首先要分析拖轮顶推时对船舶作用力的方向及影响其作用力方向的因素。拖轮顶推船舶的作用力方向与拖轮的摆位密切相关，若拖轮与船体(指船舶纵向剖面，下同)垂直，则其作用力的方向也垂直于船体，对船舶产生横向推力，推船舶作横向移动；若拖轮的摆位与船体不垂直，则根据力的平行四边形原理，其作用力N分成2个方向：推船体横移的横向推力N1和推船舶作前后纵向运动的纵向推力N2(见图1)。

图1　拖轮作用力的方向与拖轮摆位间的关系

1.2导致拖轮产生摆位不正的原因分析

由图1可知，拖轮作用力的方向与拖轮摆位有直接的关系。导致拖轮产生摆位不正的原因主要来自三方面：拖轮船长的操作、当时作业环境下拖轮所受的外力以及作业时相对于大船的位置。而从影响拖轮摆位的因素分析，主要有：

(1)拖轮船长在操纵拖轮时随意性较大，没有及时调整好拖轮的摆位，使得顶推时与船体不垂直；

(2)大船入泊初期的速度较快，导致拖轮在跟进过程中来不及调整摆位；

(3)受风流的影响，拖轮不能与船体保持垂直，拖轮的上层建筑通常较小，风压相比流压小得多；

(4)受风浪的影响，拖轮上下颠簸和左右摇摆，不能保持其摆位；

(5)拖轮作用位置不在船体平行部位，使其与船体不垂直。

上述各种影响因素共同作用，导致拖轮摆位与船体不垂直。而拖轮摆位对船舶的影响主要体现在船舶的移动速度。例如在顶流入泊初期，艉部拖轮顶推时，船速下降较慢，其原因是拖轮不能垂直于船体，作用力产生了向前的纵向分力(见图1)，该分力导致船速不易降下来；又如，将拖轮过分安排在靠近艏艉的曲线部位，致使其无法保持正确的摆位，在船舶进泊过程中，往往会使船舶产生向前的纵向移动。当船舶已抵达泊位旁或已靠上泊位正调整到指定位置时，船长的通常做法是用拖轮将船慢慢顶至泊位或快速顶住，但在随后的带缆过程中发现船舶会慢慢向前移动，前移的原因是艉拖轮的顶推摆位存在问题，产生了向前的分力。虽然艏拖轮也可能顶在曲线部位，但艏胯部的曲率比艉胯部的小很多，因此艏拖轮作用力向后的分量很小，几乎不起作用，除非因操作需要而有意让拖轮调整其摆位。

船舶的线型与船舶类型有关，通常油船比货船肥大，因而其艏艉的曲线弧度也较大。油船的平行船体长度与船长之比要比货船小，一般在空船压载状态下，油船吃水线附近的平行船体长度不到船长的50%。以某阿芙拉型油船为例，其船长为243 m，正常压载装态下的平行船体长度为112 m，平行船体长度只有船长的47%。而货船在空船压载状态下的平行船体长度与船长之比通常约为65%。如某7.5万吨级的货船，船长为225 m，压载状态下的平行船体长度为141 m，占船长比仅为63%。由此可见，在压载状态下，拖轮作业点如果偏向于艏艉，就会落在船舶的曲线部位，导致拖轮在作业过程出现摆位不正的现象；而艉部的曲线弧度比艏部大，就会产生船舶前移的状况。在该状况下进靠嵌档靠泊或前方开档不宽裕的泊位时，应特别注意，避免产生紧迫局面。

2实例分析

以上述7.5万吨级船舶为例，顶流靠泊，不计风和水深对水动力系数的影响以及码头靠垫的摩擦力对船体的影响，研究一艘2 646 kW的全回转拖轮在其艉部作全速顶推时，拖轮摆位偏角α为多少时会使船舶产生前移。根据船舶水动力公式[1]

(1)

式(1)中：ρw为水的密度，1.025 kN×s2/m4；L为船长，取225 m；d为船舶压载时的平均吃水，取5.9 m；Vg为当时船舶与水的相对速度，取0.5 kn；Cw为水动力系数，根据船舶稳性手册查得Cw为0.86。由此可得，Xw=36.6 kN。当拖轮向前的分力N2>Xw时，船舶会产生前移。

Z型全回转拖轮的推力按经验计算.取每100 kW功率约产生20.0 kN推力[ 2 ]，2 646 kW的拖轮全速时产生的推力N≈529 kN。N2=Xw=N×sin(α)=529×sin(α)，sin(α)=0.069，α=4.0°。

从上述计算可以看出，2 646 kW拖轮作全速顶推时，当其摆位偏角>4.0°时，其向前的分力N2就会大于Xw，使船舶产生前移的可能，在实际操作中受风、水深、船船污底、码头靠垫摩擦力等因素影响，一般其偏角达到10°~15°时就会前移。此外，从式(1)还可看出，Xw与船舶的吃水成正比，在重载情况下靠泊时，发生前移的现象较少，而且重载时船底富余水深变小，致水动力系数增加。

3使用拖轮协助靠泊过程中应注意的问题

从影响拖轮摆位因素的产生看，这些因素都是可以克服或避免的。船长在指挥拖轮时，应注意观察拖轮的摆位情况，及时向拖轮船长下达操作指令。应控制好船舶的初始入泊速度，当相对船速超过5～6 kn时，拖轮横向无论是顶或拖，都很难发挥作用，因此应尽量在流速较缓时靠泊，大船入泊的速度一般控制在约2 kn。如果有流速(顶流)，拖轮要摆正船位就必须同时克服船速和流速，这在初始阶段很难做到。风浪对拖轮摆位的影响也不可忽视，在开敞港口较为明显。如果风浪较大，拖轮会随着风浪上下起伏，很难保持其正确的摆位，即使全速顶推，依然会左右摇摆、上下颠簸，所产生的作用力的方向和大小不能保持稳定。此外，为了减少颠簸，拖轮船长会有意调整拖轮的摆位，使其顺着风浪，或不停地用车、舵，使船舶保持位置。因此，应在风浪较小时靠泊，并安排拖轮在船舶平行船体的范围内，尽量避开艏艉曲线部位。如果无法满足上述要求，船长应特别注意拖轮的摆位，及时控制船舶的前后位移。

拖轮的摆位对船舶移动有多方面的影响，如靠泊过程中可利用拖轮的摆位来调整船位。油船在靠泊时对船位的要求较高，要求船舶输油管出口与码头输油臂的接口误差不超过50 cm，如果通过船舶自身动力来调整船位，往往会过头，此时可利用拖轮来调整，既省时又省力。船长在使用拖轮时，应综合考虑当时的情况(如风、浪、流、船舶的受载情况等)，确定拖轮的作业位置；在拖轮顶推过程中，要对其摆位作明确要求，随时注意拖轮的摆位情况，确保顺利靠泊。

参考文献：

[1]洪碧光，杲庆林，汤国杰.船舶操纵[M].北京：人民交通出版社,2008.

[2]熊振南，翁跃宗，张寿桂.超大型船舶靠离泊操纵中拖轮助操的应用[J].集美大学学报：自然科学版，2009(3)：260-264.