浅析锚链筒与暗式锚穴设计

申常云 王轩

摘 要：本文主要介绍锚链筒与暗式锚穴的设计原则、设计流程和验证方法，以及设计施工中容易出现的问题和解决措施，以作为类似项目的参考。

关键词：锚链筒；暗式锚穴；设计

中图分类号：U664.6 文献标识码：A

Abstract： This paper mainly summarizes and analyzes the design principles， design flow and verification methods of anchor hawse pipe & hidden pocket， as well as the problems and solutions that are easy to appear in design and construction， so as to serve as a reference for similar projects.

Key words： Hawse Pipe； Hidden Anchor Pocket； Design

1 前言

拖船、供应船、客船、客滚船、港口船等，因工作性质通常用船首部靠泊其它船舶、海洋构造物或码头，突出在船外的锚容易碰撞或损坏其它船舶、构造物或码头，因此这几类船常采用设置锚穴的方式以使船锚不突出船外壳板。作为锚穴形式的一种，暗式锚穴的特点是当锚收紧后，锚爪完全收存在船体内部，船外只看到锚冠的底平面，外形比较美观，因此暗式锚穴得到广泛的应用，是现代船舶上较为先进的一种锚链筒结构。

下面以几型船AC-14锚的锚链筒与暗式锚穴设计为例，简要分析锚链筒与暗式锚穴的设计原则、流程及验证方法等。

2 设计原则

锚链筒是船抛、起锚时供锚链通过、航行时收藏锚杆（锚柄）与部分锚链链环的船体上的管筒构件，是船舶锚设备的一个重要组成部分。暗式锚穴位于锚链筒舷侧外板下出口端，能收藏锚并使锚不突出于舷外的穴状结构。实际设计中，当锚型选定后需把锚链筒与暗式锚穴作为一个整体来考虑，并与总体、船体结构专业充分协调配合，进行优化设计。

具体到AC-14锚的锚链筒与暗式锚穴的设计，应遵循锚泊设备布置设计的一般原则，其中以下几个方面应特别注意：

（1）對于AC-14锚，锚链筒轴线与暗式锚穴顶板平面的夹角应取40°～ 45°，以适应AC-14锚的锚爪与锚杆之间的理论夹角35°值；

（2）抛、起锚应方便灵活：抛锚时，锚可以只依其自重无阻碍地从锚链筒中抛出；收锚时，不管锚爪处于何种状态，锚均可以顺利地进入锚链筒、锚穴，且锚爪可贴紧锚穴顶板；

（3）锚穴下口一般应高出满载水线面约2 m距离，以避免航行时收存于锚穴中的锚冠部分引发水波，增加船舶阻力；

（4）锚在进入锚穴、锚链筒之前应能与船外壳板相碰。当锚在进入锚穴、锚链筒时若不能与船外壳板相碰，就会出现锚爪不能翻转而钩在船壳外板上的情况；

（5）锚链筒的筒身长度应足够收存锚杆和部分锚链链环；

（6）对于有多层甲板的船舶，锚穴与锚链筒结构应尽可能处在两个上下相邻的甲板层之间，而不会同时穿过两层甲板；

（7）暗式锚穴顶板与锚链筒交接处的锚唇、锚穴与船外壳板的交接处应采用圆弧足够大的结构，以便锚链可以顺畅地通过这些过渡区域，减少锚链的磨损；

（8）锚链筒与暗式锚穴的设计涉及总体、船体结构和舾装等专业，设计中需各专业充分协作。

3 设计流程

锚设备布置设计通常在总布置图、型线图、锚链舱位置基本确定后进行。选定锚型后，需根据锚的规格与锚生产厂家联系，要求提供锚的外形尺寸图作为后续设计的基础。

锚机、锚链筒与暗式锚穴、锚链管及锚链舱之间的位置相互关联。一般而言，锚机、锚链管的位置在锚链舱的上部；锚链筒的上口位置大致在锚机、锚链轮的前方，锚链筒的长度由锚杆和部分锚链链环需占用的空间确定。选定锚链筒甲板开口位置后，根据锚链筒的长度就可在外板上确定锚链筒的下出口；最后，考虑锚的收藏以及锚爪与锚穴板的贴合情况，并且经详细的图形求证或模型试验后才能决定。上述四者之间的关系非常复杂，一般可先做某些假设再找出它们之间的联系，如最后的结果不理想，则需修正最初的假设，通过不断地尝试，一步一步逼近期望的结果。

AC-14锚的锚链筒与暗式锚穴的具体设计流程如下：

（1）初定锚链舱的位置及形状，锚链管的位置应尽量使锚链收后堆放的尖顶位于锚链舱水平截面的中心部位；

（2）锚机位于锚链舱的正上方，锚机、锚链轮的轴线位于锚链管上口中心往船首约（1～1.5）d处（d为锚链公称直径），锚链轮往船首约（60～70）d处为锚链筒的上口中心位置；

（3）在过锚链筒中心线的垂面内，按型线图确定锚链筒中心线与竖直线的夹角，该夹角值应在20°～45°之间（具有球鼻首的船可取50°～55°）；

（4）锚链筒的中线与船中线面夹角，一般不超过45°；

（5）最后，根据所选用锚的实际收藏要求以及锚链筒的位置，作出能表达暗式锚穴各个构件的具体形状和尺寸的三面视图，即水线面视图、纵剖面视图、横剖面视图。

4 验证方法

考虑到锚的主体为铸钢件，各零部件的尺寸会有偏差，加上锚链筒与暗式锚穴处的形状较复杂，故有较大设计难度，现阶段还难以给出完全满足要求的锚链筒与暗式锚穴设计。因此，锚链筒与暗式锚穴等整个锚设备布置设计完成后，一般都要进行验证，验证标准主要分为三个方面：一是锚、锚链筒、暗式锚穴与首部线型的配合尺寸及安装位置的合理性；二是锚收放时锚和锚链能否顺利进出锚链筒与暗式锚穴，且收锚时锚爪是否贴紧暗式锚穴顶板；三是船体与锚的间隙（锚的最大回转半径），是否满足船舶纵倾0.02倍垂线间长和船舶横倾1o 时锚收放都不碰船体，且正态时船体与锚的间隙不小于300 mm等要求。

根据设计的具体情况，验证的方法有如下几种。

4.1 虚拟仿真验证

目前三维设计仿真技术的发展及应用为锚链筒与暗式锚穴的设计提供了一个较为快捷有效的手段，在三维设计环境下能够快速方便地建立锚、锚链、锚链筒与暗式锚穴结构构件及周围场景等三维模型，形成具有一定功能的仿真系统，让系统具有一定的动态性能，并结合实际拉锚过程中锚和锚链进入锚链筒与暗式锚穴的运动规律，按仿真运动的结果，在可视化的交互环境中修改设计方案，最终获得满足要求的锚链筒与暗式锚穴设计（见图1）。

此方法主要在设计阶段采用，可以直观地查看锚链筒与暗式锚穴的生成，提高设计精度和效率，且建好的三维模型可为下步拉锚仿真服务，摸拟拉锚试验来检验锚链筒与锚穴的设计性能和贴合性。但是，因三维建模时进行了一定的简化假设，故还需结合其它方法来共同检验锚链筒和锚穴的设计。

4.2 木模拉锚试验

锚链筒与暗式锚穴设计图提交船厂后，要求船厂在锚链筒与暗式锚穴施工前制作木模，进行收放锚的模拟试验后再施工，以保证收放锚顺利和航行时锚爪能与暗式锚穴顶板贴紧并收藏于锚穴内。

此方法在船厂施工前采用，主要验证锚的垂向运动。因钢质锚和木质锚的实际重量与摩擦系数的区别，钢质锚和木质锚模型的重心位置、锚爪初始偏角、临界转角等都有差异，且一般用缆索连接木质锚进行试验，试验结果与实际情况存在较大的不同，故在设计、施工时需对此进行考虑。

4.3 船台分段拉锚试验

在船体分段装配阶段进行锚链筒与暗式锚穴的装配时，只把锚链筒与暗式锚穴构件暂时分段搭焊、定位，待大合拢后在船台分段上做拉实锚试验，检验锚、锚链筒、暗式锚穴与首部线型的配合及安装位置的合理性，按试验结果修正后才最终施焊。这种试验是用实锚做试验，试验结果比较有说服力，有条件的可安排进行。

4.4 实船抛起锚航行试验

在航行状态下，按规定的条件和项目，检查包括锚链筒与暗式锚穴在内的航行首锚设备工作的协调性、稳定性、安全性以及主要功能、性能指标等是否符合设计要求。此方法为设有航行首锚设备的船舶常规的试验方法，可对锚设备进行全面验证。

通過以上几种模拟、试验，再考虑锚、锚链筒、暗式锚穴的误差对各设备的位置进行适度调整，最终获得各个组件配合顺畅、抛起锚效果理想的锚泊设备。

5 设计施工中容易出现的问题及解决措施

因船外壳面、锚外表面都是不规则的三维立体曲面，锚和锚链运动时与船外壳面、锚链筒与暗式锚穴的相互作用和运动的过程是比较复杂的，锚和锚链加工尺寸以及锚链筒与暗式锚穴等的装配误差不可控，故在设计建造中会出现一些问题，需要设计建造人员处理解决。

5.1 锚收入锚穴后锚爪不能紧贴锚穴顶板

某型拖船的AC-14锚、锚链筒与暗式锚穴的设计提交船厂后，船厂按常规要求进行了木模拉锚试验：在试验时收放锚顺利，锚爪也能贴紧暗式锚穴顶板；在航行试验时，抛、起锚可以顺畅进行，但AC-14锚在暗式锚穴内的收藏存在问题，表现为锚链收到位后锚爪尖顶到锚穴后封板，锚爪不能与暗式锚穴顶板贴紧、锚杆未能完全收入锚穴的现象。经勘验现场并分析原因，主要是锚、锚穴等的尺寸误差累积，造成锚爪与锚穴顶板不能紧密贴合。后经现场测量取值，在锚链筒与暗式锚穴顶板交接处按所取尺寸往下局部增设了垫板，问题得以解决。

5.2 收锚时锚爪不能翻转顶住外壳板自锁

某船选配AC-14锚，设计时锚链筒与暗式锚穴图中明确要求船厂施工时应进行木模拉锚试验以确定锚链筒与暗式锚穴最佳尺寸，但船厂为赶工未做相关试验，船下水后进行锚设备系泊试验时发现锚爪与船壳面的接触角近90o 、锚爪不能翻转顶住外壳板而自锁卡顿的情形。经现场观察了解，提出了三种解决方案：一是锚、锚链筒与暗式锚穴不变，在暗式锚穴下口处增设尺寸尽可能小且同时可顺利收锚的导向板；二是锚链筒与暗式锚穴不变，将锚由标准的非平衡锚改为AC-14平衡锚；三是锚不变，在暗式锚穴下口处往内切掉一部分后，再设满足收锚要求的板（见图2）。

经比较各方案的可行性和工程量大小后，最后确定将锚改为AC-14平衡锚，问题得以解决。

5.3 锚穴周边过渡不顺滑导致锚链通过时卡滞现象

设计虚拟仿真、拉锚试验等方法主要验证锚和锚链在重力作用下的垂向运动，不能反映锚链在其它外力下的运动，设计中常出现只在暗式锚穴外口的下半部分设置了过渡圆弧（见图3），但实船锚泊时锚链可能与锚链筒下口及暗式锚穴结构的任一处（包含上口边缘）摩擦、刮蹭或碰撞，补救办法是在锚穴外口增设圆弧过渡结构件，最根本的方法是暗式锚穴顶板与锚链筒交接处的锚唇、暗式锚穴与船外壳板的交接处应采用圆弧足够大（4～5）d的结构（见图4），以便锚链可以顺畅地通过这些过渡区域，减少锚链的磨耗。

6 结束语

从几型船选配首锚并采用暗式锚穴的设计建造过程来看，有些比较成功，有些出现了未预见到的问题，后续处理也费时费力。通过这些设计实践，取得以下经验教训：（1）设计前应认真研究锚的特性及首部线型，设计过程中尽可能进行各种条件下的模拟，设计图中明确相关要求及注意事项；（2）要求船厂进行相关试验，试验中注意观察锚的运动轨迹。由于受锚型、首部型线、锚机、布置等多种因素的影响，多数锚链筒与暗式锚穴的设计不可能一次成功，设计人员需持续关注，可参考本文方法调整锚机定位、锚链筒中心线角度、锚穴定位等，以求得合理可行的设计。

参考文献

[1]CB/Z 280-2011海船首锚泊设计导则.

[2]船舶设计实用手册（第3版）舾装分册[M]. 国防工业出版社， 2013.