某散货船锚唇设计缺陷分析

黄荣杰

摘 要：本文对某散货船海试时抛锚试验失败的事故进行分析，找出该散货船型锚唇设计存在的缺陷，制定后续船改进措施，为同类型船舶锚唇的设计提供借鉴。

关键词：散货船；锚唇设计；抛锚试验

中图分类号：U662.2 文献标识码：A

Abstract： This paper analyses the failure of anchoring test for a bulk carrier during sea trial， finds out the design defect of hawse pipe ring and provides improvement suggestions for subsequent vessels.

Key words： Bulk carrier； Design of hawse pipe ring； Anchoring test

1 前言

某散货船因各种原因进行了两次试航，两次试航中抛锚试验均出现锚机高速档无法起锚的情况，后来用低速档起锚转高速档，但起锚速度不满足规范要求的情况。后经过修正锚唇再次进行抛锚试验，结果顺利通过了船东和船检的认可。

2 抛锚试验失败原因分析

经分析，该散货船型共使用过两种型式的锚唇，本船使用的是改进后的錨唇型式，而改进前的锚唇型式已应用在二十几艘船舶上均未出现类似的问题。下面就改进前后两种型式的锚唇情况及效果进行分析。

2.1 改进前的锚唇型式

见图1。

锚唇型式为R100等宽圆环。实船拉锚调试存在以下问题：①锚收紧后很难做到四点贴合（锚筋两点、锚爪两点），其中一个锚爪有间隙；②锚收紧时锚杆贴在锚唇出口的下边缘，风浪大时易导致锚杆上下晃动。

2.2 改进后的锚唇型式

见图2。

船东要求锚在收紧状态下锚杆必需贴着锚唇出口的上边缘，以避免船舶在大风浪中航行时锚上下晃动。锚唇修改后实船拉锚调试存在以下问题：锚在收紧状态下锚杆均能顶到锚唇出口的上边缘满足船东的要求，但其中的一个锚爪还是有间隙，做不到5点贴合（锚筋两个点、锚爪两个点、锚杆一个点），船东同意锚台面板上锚爪有间隙的位置贴板或用堆焊以消除间隙问题。

2.3 改进后的锚唇型式在其它系列船上的应用

由于本船型系列船较多，将改进型的锚唇型式应用到其他系列船上，结果某船在抛锚试验时出现了如下问题：①抛锚试验时锚机高速档无法起锚，用低速档起锚后转高速档，但起锚速度不满足规范要求；②起锚过程中锚机压力过大，起锚速度慢，锚唇磨损严重；③锚收紧后做不到五点贴合（锚筋两点、锚爪两点、锚杆一点），其中一个锚爪会有间隙。

2.4 抛锚试验失败的原因分析

上述锚唇改进型出现的问题，其中问题锚收紧时存在锚爪贴合不牢问题是锚唇改进前后型都存在的，跟整个锚系设计、建造误差、安装精度等都有关系，因不是导致抛锚失败的直接原因这里不作重点分析。而对于出现上述①、②问题的原因分析如下：

（1）由于不等宽圆环型锚唇安装角度误差造成锚链链环在锚唇下口接触点处的弧度变小，锚链与锚唇间的摩擦力增大，锚唇磨损严重，甚至被磨出了很深的凹槽，导致锚机起锚速度变慢甚至拉不动。下面对比锚唇改进前后两种型式锚唇与锚链链环在锚唇下口接触点的变化情况。

如图3所示，为便于定性分析，假设锚机的拉力T由锚链自重G和摩擦力f组成，支反力R仅由拉力T引起，即

上述公式中G和n为常量，β角变化时α角基本不变，由此可以看出β值与锚机拉力T的关系，β值越大即R作用点越偏离链环中心线位置，则锚机拉力T越小，反之β值越小即R作用点越靠近链环中心线位置，锚机拉力T越大。

从放样图可以看出，改进前后两种型式锚唇锚链链环与锚唇下口第一接触点位置变化不大，理论上这两种型式的锚唇对锚链链环所产生的摩擦力是相差不大的。但如果锚链进出锚链筒位置发生了变化（即不在改进型锚唇下口的最宽位置），则锚链链环与锚唇下口第一接触点偏离链环中心线会有较大的变化，锚唇对链环所产生的摩擦力也因此变得更大，锚机拉力相应增大。

从实船拉锚情况可以看出，抛锚试验出现问题的船其锚链与锚唇下口接触点的位置偏离锚唇最宽位置较远，而锚链与锚唇下口的接触点位置基本接近于锚唇最宽位置的船，实船拉锚试验这些船锚机压力和速度都是正常的。

（2）本系列船的锚台设计型式为锚可以在锚台面上旋转收紧，虽然也满足设计标准要求，但并非最优设计，因为建造误差实船锚旋转收紧的位置很难确定，锚链进入锚链筒位置也会有相应变化。

（3）锚链筒中心线及锚台安装角度偏差会导致锚链链环与锚唇下口圆弧接触点位置变化，从而会导致锚链上升运动时摩擦力增加，使锚机压力变大，速度变慢。

理论上锚链筒中心线与水平面夹角越小，即锚链筒安装的越平缓则锚链上升时所受到的摩擦力就越大。由于发现缺陷时船舶已在码头上无法准确测量偏差值从而无法预估影响的程度，但在码头用全站仪测量锚台平面度及锚链筒中心的偏差情况，数据分析显示出现问题的船舶锚台平面度及锚链筒中心均有一定偏差，且船舶左右舷锚台的情况也有差别，其测量结果及偏差值与现场实际拉锚存在问题程度相吻合。

（4）不同锚机厂家的泵站功率和效率都有差异，厂家在设备选型时都能满足规范和标准要求，但富裕量存在差异，富裕量差异有可能会导致某些船锚机在实际使用时压力和速度满足不了使用要求。

（5）锚机的链轮与锚链的啮合情况也是影响锚机起锚时压力变大的因素之一，锚链轮与锚链啮合不良会导致跳链、滑链、链轮磨损严重等情况，造成抛起锚失败。据实船观察，出现抛锚试验失败的船舶锚链轮磨损也比较严重。由于锚链轮与锚链的啮合部位-链环承窝难以进行机械加工，铸造时如何保证尺寸公差和形位公差至关重要，并且锚链轮在浇铸前必需进行模型与链条啮合试验，铸造后进行工厂台架试验以尽可能减少实船上出现问题。

综上所述，造成本船抛锚试验失败主要原因可归纳为如下两点：

（1）锚链筒、锚台、锚唇等锚系设备的安装精度误差不一样，有些船没有问题，有些船有问题，且问题严重程度不一，即使同一艘船左右舷的情况也有差异；

（2）锚系的设计不合理：①锚唇下口的弧度偏小，本船φ64 mm的锚链其锚唇下口弧度应该在R200左右比较合适，也就是应为锚链直径3倍以上；②锚台设计型式不合理，即锚可以在锚台上旋转收紧。由于建造精度问题实船锚旋转的位置无法准确确定，从而会导致锚贴合、掣链器定位、锚链摩擦、跳链、翻链等一系列问题。

3 在制船的处理方案

（ 1 ）对锚唇已安装的船舶测量其锚唇安装精度及安装角度，如果安装角度测量结果偏差值比本船小，则建议不做修改，仅根据码头掣链器调试情况做局部修整；如果錨唇安装角度偏差值比本船大，则建议将锚唇更换，用相同规格的锚唇重新定位安装。

（ 2 ）锚唇尚未安装的船舶，采用新型式的锚唇重新做木模拉锚试验，并重新订货和定位安装。

4 后续新船的改进措施

（ 1 ）锚机设备选型时，要注意相关设备参数的选取，由厂家提供相关的计算，证明锚机的额定速度及拉力达到规范要求，并留有适当的裕度。锚机出厂验收时，重点关注锚机拉力试验以及锚链轮制造精度等。

（ 2 ）加强锚系设计图纸的审核和把关。锚系的设计尤其锚链筒布置、锚台、锚唇的型式等设计，其质量好坏将直接影响到锚的使用效果，一个好的设计能减少后续实船大量现场工作并能使锚达到良好的使用效果，所以前期设计工作是重中之重，应注意以下几点：

①锚链筒角度的选择应结合具体船型，一般为35°～45°，对于球首的大型船舶为40°～50°，同时应综合考虑锚杆在锚链筒的收藏状况、锚收放时与外板间隙、锚链锚杆能否顺利进出锚链筒等各种因素。

②锚台及锚唇的设计应重点考虑：沿锚链筒中心线垂直剖面锚台、锚唇设计角度，应与锚自身的最大夹角相符合，以保证锚能收紧贴合；沿锚链筒中心线水平剖面锚台、锚唇的端面，需垂直于锚链筒中心线，这样可有效避免锚收紧过程中转动而造成锚爪贴合不牢；锚处在收藏位置时锚杆应顶到锚链筒内口的正上方，这样可避免船舶在大风浪中航行时锚上下摆动。

③应重视拉锚木模试验。木模试验应关注试验中存在的问题，并作出合理修正以达到理想的拉锚效果。应明确拉锚验收合格的状态：锚链、锚杆能顺利进出锚链筒；锚筋、锚爪贴合牢固，且锚杆位于锚链筒上边缘；起锚过程中锚与外板的间隙达到设计要求等。

锚台锚唇的设计需保证使掣链器在一定范围内前后移动而不影响锚的贴合。

整个拉锚试验过程锚链受力均匀，没有被卡紧或突然受力增大情况。

完工图纸必须与模型试验状态相吻合；根据模型拉锚试验数据，修正锚系生产设计图纸用于实船的制作及安装。

④锚链筒、锚台、锚唇的制作和安装工艺要合理，要便于施工及精度控制，要有详细的工艺控制点、测量点、相关精度要求等，所有数据均应测量报验记录在案，以备后续进行拉锚效果分析。

5 结束语

船舶锚系的设计和安装是船舶建造过程中一项重要的工程项目，其结构复杂、技术难度大、专业涵盖面广。严格控制好锚系的设计和安装质量，能有效地缩短码头掣链器调试周期，节约造船成本，降低船舶后续营运的风险。

参考文献

[1] 船舶设计实用手册-舾装分册[M].国防工业出版社， 2002.

[2]袁红莉、熊云峰.运输船舶锚链筒和锚台的设计和放样[J].江苏船舶，2009（06）.