锚缆参数对船舶锚泊系统的影响

赵 强

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300461）

0 引言

在海洋工程领域，船舶经常用于海上吊装、铺管、打捞等作业，作业期间通常采用抛锚的方式保持船位。锚缆的数量、长度、弹性模量、预张力等设置的不同，会对锚泊系统性能产生不同程度的影响。应用MOSES软件计算锚缆最大张力和船舶运动幅值，对比分析在相同海况下，锚缆参数的变化对锚泊系统的影响。

1 锚泊分析方法

MOSES软件是固定式和浮式海洋结构分析计算的通用程序，适用于单体船（如轮船和驳船）、多体船、半潜式平台等。应用MOSES软件进行锚泊分析的过程如下：

（1）船体建模。船体建立势流理论模型，船体上部结构以受风面积的形式加入到模型中。本文选取船舶总长102 m、型宽35 m、型深7.5 m、吃水 3.6 m，其水动力模型如图1所示。

（2）系泊缆建模。将系泊系统几何位置和锚缆参数组合到船体模型中。

（3）计算船体在不同波浪频率下的幅频响应算子（RAO）。

（4）根据船体的RAO和相应波谱，在指定海况条件下计算锚缆的最大张紧力和船体运动幅值。

海上施工的海况限制条件一般是6级风以下，故本文锚泊分析选取环境参数为5级风最大值13.8 m/s，有义波高1.5 m，流速1 m/s。风浪流同向，从船艏到船艉每隔45°选取一个环境荷载方向。

在上述海况下，分别调整锚缆数量、长度、弹性模量、预张力，对比锚缆最大张力和船体运动幅值，从而研究锚缆各项参数对锚泊系统性能的影响。

2 锚缆数量的影响

根据锚泊布置经验，船上锚缆一般均匀布置在船的四角,以便有效抵御来自周围各个方向的环境荷载。在锚泊分析中，船体四周分别设置4条缆绳、6条缆绳、8条缆绳，缆绳均为600 m，如图2所示。

图1 船体水动力模型

对3种锚缆布置分别进行锚泊分析，锚缆最大张力和船体运动幅值如图3所示。增加锚缆数量，可以降低锚缆张力，并有效减小船体运动。

3 锚缆长度的影响

在锚泊分析中，船体四周布置4条锚缆，缆绳长度分别为400 m，500 m，600 m。

对3种锚缆布置分别进行锚泊分析，锚缆最大张力和船体运动幅值如图4所示。增加锚缆长度，可以降低锚缆张力，但会增加船体运动，但对系泊系统影响不大。

4 锚缆弹性模量的影响

锚缆一般由锚链和钢丝绳组成，其弹性模量一般在110 000 MPa左右。在锚泊分析中，船体四周布置8条长600 m的锚缆，锚缆弹性模量分别选取55 000 MPa，110 000 MPa，220 000 MPa。

对3种锚缆弹性模量分别进行锚泊分析，锚缆最大张力和船体运动幅值如图5所示。锚缆弹性模量越大，锚缆张力越大，船体运动幅值越小，但船上锚缆一般为钢材，弹性模量固定，调节空间不大。

图2 不同锚缆数量的锚泊系统

图3 锚缆数量对锚泊系统的影响

图4 锚缆长度对锚泊系统的影响

5 锚缆预张力的影响

在锚泊分析中，船体四周布置8条长600 m的锚缆，锚缆的预张力分别选取为 5 t，10 t，20 t。

对3种锚缆预张力分别进行锚泊分析，锚缆最大张力和船体运动幅值如图6所示。增加锚缆预张力，会增大锚缆张力，但可有效减小船体运动。

图5 锚缆弹性模量对锚泊系统的影响

图6 锚缆预张力对锚泊系统的影响

6 结束语

增加锚缆数量和长度，降低锚缆预张力，选取弹性模量较低的缆绳材料，均会降低锚缆的最大张力；增加锚缆数量和预张力，降低锚缆长度，选取弹性模量较高的缆绳材料，均会减小船体运动。本文锚泊计算只针对常规海上作业，选取锚缆参数变化范围有限，上述总结规律未必适用所有锚泊系统。