“大洋号”科考船锚系优化

锚系作为保船设备之一，在船舶设计工作中占有重要地位，特别是对于需要经常在海上进行临时锚泊作业进行科考研究的船舶尤为重要。而此类船舶艏锚的布置设计，由于受到其船型线型的限制，布置空间受限，一直是困扰舾装设计人员的一道难题，没有一定技术及现场施工经验的积累沉淀，很难达到完美状态。中船黄埔文冲船舶有限公司建造的“大洋号”科考船锚系的基本设计方案为采用明式锚穴，锚链筒出口处设置锚眼圈。由于该船锚泊设备布置的区域空间有限，为节约布置空间，锚机选用一体式组合锚机，此方案对锚链筒的角度、掣链器的角度与锚唇等设备之间的布置配合提出了更高要求。

“大洋号”科考船锚泊布置难点

一般来说，艏锚在进行设计布置时需满足以下几点基本原则：

一是锚和锚链的提升和收藏需顺畅。收锚时，锚杆应光顺地进入锚链筒，锚爪、锚冠要与锚唇或锚穴板紧贴。

二是锚链筒在舷侧出口要有一定的高度。锚拉起收藏后，通常应高出满载水线2m 以上，且距离艏柱有一定的距离，以避免锚冠收起后突出艏柱。抛锚时应能依靠自身重量，无阻碍地把锚从锚链筒中抛出。

三是若无特殊要求，船体与锚的最大外形尺寸点之间的距离应满足在船舶纵倾2% Lpp (两柱间长)和横倾1°时，锚收放均不碰到船体，且在船舶正浮时船体与锚的最大外形尺寸点之间的距离不小于300mm，或船舶正浮时船体与锚的距离不小于1000mm，取小者。

锚系布置设计如果能满足以上几点要求，在进行拉锚试验时会大大减少可能出现的问题。但由于船型的特殊性，“大洋号”的艏部系泊布置设计并不能完全满足以上几点要求，同时还具有以下特点：

● 锚泊部分空间狭窄，不便于布置。

● 锚机为整体组合式锚机，锚链水平出链，导致两舷的锚链筒布置受限，导致锚机和锚链筒的角度设计受限。

● 锚链管初始设计的直径不够，实际进行拉锚实验时，锚杆卡滞在锚链筒壁上，导致斯贝克锚无法完全贴合锚眼圈。

● 锚拉回收藏后，锚冠距离水线过近，满载水线到锚铰链中心的距离仅约1m左右。

锚链筒的布置优化

锚链筒位置的确定是锚设备布置的关键，“大洋号”船的锚链筒中心线和垂线之间的夹角为24°，锚链管投影中心线和水平线之间的夹角为52°；在设计院的初始设计方案中，锚链筒的内径大小为440mm。根据设计院的初始设计方案进行木模拉锚试验时发现，锚杆进入锚链筒后上端会顶住锚链筒壁，即使加大锚链筒倾角β（即锚链筒中心线与甲板中线之间的夹角），锚杆和锚冠仍然无法顺利的收放，由此可以得出锚链管直径在设计时所选数据不能满足该船锚系布置的要求。

根据《船舶设计实用手册舾装分册》中计算公式要求，锚链筒的内径D（mm）可通过以下三个公式确定：

“大洋号”船锚链筒初始设计的内径选用440mm，满足公式二的计算结果，但是从木模拉锚模拟试验的结果来看，锚链筒内径选用440mm不能满足该船的实际需求。经过综合分析比较，为了保证锚杆能顺利进出锚链筒，锚链筒内径D拟根据公式三的计算结果选用，即锚链筒内径改为520mm。由于受锚系布置区域空间紧凑限制，根据以往类似情况的设计经验，在调整锚链筒位置时，首先应保证锚链筒的出口位置不变，即锚穴中心点不变，同时再通过加大锚链筒倾角β（即锚链筒中心线与甲板中线之间的夹角），即通过调整锚链筒在甲板面上的入口位置，最终根据拉锚试验来确定锚链筒上口最合适的位置。经过数次锚链筒上口位置的调整，最终确定将锚链筒倾角β修改为66°，此时是一个比较理想的状况，木锚可以顺利上下锚链筒，且锚爪、锚冠能较好地贴合锚眼圈，同时锚杆基本能收藏于锚链筒之中。根据设计院提供的锚系布置图纸，结合船厂的拉锚模拟试验结果，确定该船锚链筒、锚与锚唇按照下图A-A视图所示情况布置（见图2）。

图1 “大洋号”锚系布置图

在“大洋号”进行系泊与航行试验时，该设计方案均基本满足船舶锚泊系统运行的各项参数需求。由此可见在设计选取锚链筒直径时，为了最大限度保证锚链的正常上下，船上空间满足锚链筒布置的情况下，锚链筒的内径宜取通过公式一、公式二与公式三计算结果的最大值，同时β角在一定范围内取值越小，及锚链筒布置越陡峭对锚链的进出越有利。

锚穴的后续优化设计

交船后约半年有余，船员反馈：船舶在大风大浪航行过程中，锚时有撞击外板的情况发生，且撞击声响大。鉴于撞击响声太大，用船方要求，在船舶回厂保养维修期间对锚穴及锚的布置进行必要改进，以便消除锚和外板发生撞击而产生的异响。

“大洋号”科考船停靠码头后，经实船勘察，发现船艏锚穴板和锚爪贴合的位置有明显碰撞痕迹，由此可以判定船舶在航行过程中产生的异响是由于锚爪和锚穴外板在航行过程中碰撞时产生的，造成碰撞的原因是锚杆和锚头是通过轴连接的，在海浪拍击载荷的作用下使得锚爪晃动，从而导致锚爪在风浪的状况下不断撞击锚穴部位的外板。解决此问题，从实际施工操作的可行性和节省维修周期两方面考虑，最适宜的办法就是避免锚在收藏状态时锚爪和原锚穴外板产生接触，使得锚爪远离原锚穴外板，同时还需保证锚爪、锚冠紧贴支承点，不会摆动。通过综合考虑，比较可行的方案就是在锚唇的基础上增加设计一个合适的锚台，通过锚台使得锚爪远离锚穴外板，同时让锚杆与锚冠紧贴在锚台上。在该方案实施过程中，通过采用放样数据及拉锚试验数据反复验证，决定将锚台的中心高度设置为300mm，锚及锚台的最终型式见图2，经现场施工人员实船数次安装及调试，在码头进行数次抛锚试验后，锚的最终收存状态和拉锚试验的状态基本保持一致。

从图2的布置可以看出，在锚眼圈基础上增加锚台设计后，锚冠和锚爪都远离了锚穴外板；在锚机收紧锚链后，锚冠、锚爪可紧贴于锚台之上；这样即使在风浪中航行也能避免猫爪和外板碰撞的情况出现。该方案的前期设计评估和后期试验验证都获得了船东方和设计院所相关专业人员的认可，大家一致认为该修改方案能够基本解决目前锚和外板产生异响的问题。

图2 带锚台的锚链筒布置

“大洋号”科考船在我公司进行必要的维护保养后，马上开始了下一航次的作业。不久后船长再次反馈在风浪中航行时，锚穴附近仍然有异常响声产生，但较之此前的情况已经大有改善。鉴于此种状况，我公司技术人员重新对“大洋号”锚系布置图进行了梳理研究，发现锚紧贴锚唇后，锚冠的角度和水线的夹角很小，同时由于“大洋号”锚台中心大约在8000 水线左右，距离满载7000 水线仅有一米，这么近的距离势必会导致船舶在航行时，尤其是在大风浪的情况下，涌起的海浪会不断冲击锚冠，进而将整个锚托起，从而使得锚杆和锚链筒的上缘筒壁产生撞击，产生异响。针对此种情况，我们对锚和锚穴外板之间的受力进行了一个简单粗略的分析。

经过分析计算，根据“大洋号”科考船的实际情况，要彻底解决锚和船体撞击产生异响的问题，必须在保证锚冠和锚唇在贴合的情况下，同时保证锚杆、锚链筒与锚穴出口的上端紧贴，这样才能有效阻止锚在波浪的冲击下产生向上运动的趋势，从而避免锚对船体产生撞击。在船舶再次停靠码头时，我公司对锚台再次进行修整，以保证锚爪紧贴锚唇的情况下锚杆也同时紧贴锚链筒。经过此次优化改进，基本消除了锚和外板由于撞击而产生过大异响的情况。

“大洋号”科考船作为我国独立自主研制的第一艘4000吨级的综合调查船，也是中船黄埔文冲首次建造的大型科考船，该船的按时交付体现了我国在船舶设计和建造方面的进步。我们针对“大洋号”科考船在船厂进行生产设计的过程中遇到的锚系设备产生的异常问题进行了必要的优化，同时还对交船后用船方使用后反馈的相关问题进行一系列的优化。通过不断优化与分析，初步找到锚与锚穴外板产生碰撞异响的原因，并采取了补救措施。为船厂设计人员将来在进行类似产品的锚系设计时积累了宝贵的经验，为设计人员进行锚系设计优化指明了较明确的方向。