大型船舶锚系不良运动状态解决方案

阎 焱，卢晓翔

（上海江南长兴造船有限责任公司，上海 201913）

0 引 言

大型船舶，现在通常指15万t以上的船舶，此类船舶主尺度大，对锚泊的操控要求高；锚系设计完整性强[1]，包含锚机、掣链器、锚链筒、凸台锚唇等，各部分都可能对收放锚造成影响。在船舶营运过程中锚系发生问题，轻则影响锚链收放，降低锚机的使用寿命；重则引起重大安全事故，造成经济损失甚至人员伤亡。如船舶在靠泊放锚时发生问题，就会有碰撞码头或其他船舶的潜在危险；本船锚泊时遇其他船舶失控靠近需紧急起锚时不能操作，也会有避碰失败的问题。因此，锚系出现问题将直接影响船舶的营运安全，值得重视。

1 常见不良运动状态

在大型船舶锚系运动过程中出现的不良状态很多，主要为3大问题：爬链、倒链、收链位置不定。这3个问题互相联系且互相影响。

1.1 爬链的定义和危害

爬链是指锚链在收取过程中，不能在锚唇最低点处保持平衡，锚唇对锚链的反作用力R在水平方向产生分力R1，在水平分力R1的作用下，锚链沿着锚唇弧线向上滑动，达到一个平衡位置时，锚链翻身下落回到锚唇最低点，然后重复这一过程，这就是“爬链现象”（见图1）。

图1 锚唇处正常受力与爬链时受力分析对比

其危害有：a) 对锚唇一侧造成的磨损加剧，影响锚唇的使用寿命[2]；b) 对掣链器滚轮一侧造成的磨损加剧，影响掣链器滚轮的使用寿命；c) 锚链翻转下落过程中给锚机造成瞬间冲击，使锚机的轴系受到伤害，影响锚机使用寿命；d) 通常会产生倒链现象。

1.2 倒链的定义和危害

倒链是指在锚链收好的情况下，应该处于垂直状态的锚链由于受外力影响，不能保持垂直，向一侧倾倒的现象（见图2）。

其危害有：a) 对掣链器滚轮一侧造成的磨损加剧，影响掣链器滚轮的使用寿命；b) 掣链器合扇式闸刀一侧无法合上，掣链器无法正常使用。

1.3 收链位置不定

收链位置不定有两种情况，一是由于倒链造成的合扇式闸刀一侧无法合上；另一种是锚链收起后最终位置不能保持一致，忽前忽后，闸刀位置无法确认。贸然以其中一个位置定位，在抛锚试验时可能会出现其他情况：

a) 闸刀与锚链间距变大，合拢后锚爪太松，航行时反复磨损锚唇，影响锚和锚唇的使用寿命；b) 闸刀与锚链间距变小，闸刀卡住，不能顺利合拢，船东必然会提出重新修改位置甚至再次试航。

2 问题分析和解决方案

根据受力分析来判断问题产生的原因并解决问题；通过改变受力，来减轻和消除锚链收放过程中的3大问题。

2.1 爬链原因分析及解决方案

由图1可知，水平分力R1就是导致爬链的罪魁祸首。这个R1在YZ平面之内，对比左边的正常受力分析图，有这个力的存在，说明整个锚唇处的受力并不是仅仅在XY平面之内，即锚链拉力不是仅仅沿着X轴向的，在安装中就表现为锚机滚轮中心、锚链筒中心、锚唇最低点不在同一平面XY内（见图3）。

严格意义上讲，由于常见船舶锚链筒口处的外板具有双向曲度，锚链也不能完全看成绳状柔性体，因此锚唇最低点不一定是在X轴上，但也十分接近了，为简化受力分析，就默认锚唇最低点就是在中心线上了。

爬链现象会直接导致后续倒链和闸刀无法定位，因此这个问题是危害最严重且最为棘手。

解决方案 1：旋转掣链器。锚机滚轮中心、锚链筒中心、锚唇最低点不在同一平面XY内，实际上就是锚链筒或是锚唇装偏了，这时通过掣链器旋转角度变化，使得受力重新落在同一个平面X'Y，减少或消除水平分力R1（见图4）。

图3 爬链状态在布置图中的显示

图4 旋转掣链器改善爬链

这样修改会有一些弊端，如锚链在锚链筒中偏向一侧，加剧了锚机滚轮的磨损，还有可能加剧倒链现象。如果锚唇最低点偏差较大，掣链器转动较大，锚链偏中现象会很明显，船东可能会不接受。

修改实例：某船由于前期精度控制不利，锚唇安装角度偏差，最低点偏中，通过此方案修改，改善了爬链现象，虽出现锚链偏中和轻微倒链的现象，但实际抛锚试验还是比较成功，船东接受。

方案 2：锚唇增加凸块。直接作用于问题根源点，在锚唇上增加凸块（见图5），给锚链一个反作用力，直接消除水平分力R1。

此方案虽效果很好，但实施起来困难很大，存在很多问题：如凸块的尺寸和位置难以确定，需反复试验；铸钢件焊接工艺复杂；施工位置悬空，安全性很差。

因为这一方案工艺和工期方面的问题，罕有实船采用，也少有相关数据的积累供分析。有待进一步研究。

图5 锚唇增加凸块

2.2 倒链原因分析及解决方案

倒链是由于a) 爬链产生的后续影响，掣链器滚轮也会给垂直状态的锚链一个类似Rx的水平方向外力，导致侧倒；b) 收链时锚翻转时转环旋转不灵，锚爪在锚唇上滑动的扭转力矩N不能消除，传递到垂直状态的锚链上，导致侧倒。针对由水平分力Rx或扭转力矩N的不同情况，有不同的处理方案。

解决方案1：倾斜掣链器（见图6）。

图6 掣链器受力分析

图6（a）所示，在水平力Rx和（或）扭转力矩N的作用下，锚链会向右侧倒；如果反向倾斜掣链器，支撑力F就会在水平方向产生分力Fx，减小甚至抵消Rx，而变大的F也会增加锚链和掣链器滚轮之间的摩擦力，其力矩也会在一定程度上抵消扭转力矩N的作用（见图6(b)）。

修改实例：某船出现倒链的现象，按此方案倾斜掣链器，明显改善倒链现象，倾斜的角度也在厂家许可的范围内。实际抛锚试验工况正常，船东接受。

需要注意的是，倾斜掣链器需多次少量逐步调整，观察锚链受力情况的变化，不应一次性修改过大。

方案2：润滑转环。在没有明显爬链，却出现锚链侧倒的情况下，这是由于扭转力矩N导致的。首先，应排除转环旋转不灵的情况。

在收紧状态下，在转环内外用石蜡笔划一直线，再收放几次，直线偏开则说明转动良好，如一直不变，说明转环已卡死。在转环内加入牛油润滑，确保转环旋转自如。

方案3：水平锚链下方增加凸块。有时转环已经正常旋转，但还有倒链，说明仅靠转环还未消除扭转力矩N。在这种情况下只能采取直接干预，在倒链的锚链下一节的水平锚链下方加上凸块，支撑力矩直接抵消扭转力矩N（见图7）。

修改实例：某船出现倒链的现象，采取方案1和方案2反复调整均无效果，最终采取增加凸块干预的办法，倒链现象消除，但这是非常规修改，船东勉强接受。加凸块与倒链相比，船东还是不希望出现这种非常规的修改方式，可以适当放宽倒链的接受程度，尽量通过常规方法调整掣链器。

方案4：采用深槽掣链器滚轮。掣链器滚轮分为深槽和浅槽。浅槽是水平链环与滚轮表面相离，竖直链环与滚轮槽底接触；深槽是水平链环与滚轮表面接触离，竖直链环与滚轮槽底相离。

但如果对链环的强度没有把握，建议尽可能采用槽较深的浅槽滚轮。

图7 水平锚链下方增加凸块干预倒链

2.3 收链位置不定原因分析及解决方案

该现象是由于a) 倒链造成的闸刀一侧无法合上，显然原因归结于倒链；b) 锚链收起后最终位置不能保持一致，又有几种可能。原因一：锚系液压系统有问题，液压油不洁或有跑冒滴漏现象，造成系统拉力反复，不能顺利定位；原因二：锚爪和锚唇之间由于多次收放产生磨损凹痕，在数次拉力不足的情况下会造成凹痕加深，锚爪会卡在这个位置，再不能到达正确位置；原因三：锚的左右角度可能不完全一致，国标规定的误差为±1°，另外锚左翻转、右翻转、不翻转几种情况下锚爪最后在锚唇上的贴合位置也不一定一致，这也可能造成锚链收起后最终位置的不确定。

解决方案：问题a）已由2.2部分解决，在此不再叙述，主要解决b）所述的3个原因。

方案1：针对第1个原因，检查液压系统，确保工作状态良好。系统安装是否正确，是否有跑冒滴漏，压力能否达到要求，冷却系统是否运转等等，均应该在液压系统检查范围之内，必须认真仔细，不放过可疑之处。

也有些客观原因会导致压力变小，如系统运转时间过长会导致油温升高，液压油粘性下降，压力降低，此时可以开启冷却系统或停止泵运行，回复正常状态。

修改实例：某船初期调整时出现了几次收链位置不同的情况，前后位置相差近 100mm，经过液压系统检查，发现液压系统中一个法兰有问题，平法兰变成了凸肩法兰，有压力损失。修改后顺利定位。

方案2：针对第2个原因，在锚唇上涂牛油，光顺锚爪的运动。仅在船厂调整时使用，应注意CCS技术通函-《美国环保署关于“船舶油水界面使用环保润滑油”的规定》的要求。

方案3：针对第2个原因，掣链器微调一个角度，改变收锚时锚爪的位置。不要看只是微调，但实际上确实可以在一定程度上改变受力情况，可能由此就改变锚爪卡住的情况。不能保证一定有效，但一定要尝试。

修改实例：某船经过吊笼近距离观察锚唇处发现锚爪卡住的问题，加牛油润滑后，同时改变掣链器一个小角度，之后锚爪运动正常，系统顺利提交。

方案4：针对第3个原因和数据统计，取最优点来定位。锚爪的角度和翻转情况均是不可控的，只有多次试验取最合适的点来定位。多次试验，尽量覆盖每一种状态。多次试验，在掣链器上对应标注收链后需卡住哪节锚链的不同停靠位置，取出现概率最高最密集的几个位置为基准定位，以此作为定位基准点来重新调整掣链器，忽略其他位置。在实际校验中，收放锚链可允许一两次失败的，以备查找故障原因。

3 相关工艺和精度控制解决方案

锚系是一个不可分割的整体，任一部分出现问题均会影响锚链的运动状态。如等到最后提交时再来解决问题已经晚了，而且解决效果也不一定好，最好把问题扼杀在萌芽之中。

严格控制锚台、锚唇、锚链筒安装精度，锚机中心、锚链筒中心、锚唇最低点三点一线必须要保证好；锚唇偏中，一定会有爬链和倒链的现象，光靠掣链器的调整根本无法彻底解决！

前面实例中也提到，虽然通过掣链器的调整减轻了爬链，能达到规范要求，船东也接受了，但凭心而论，收放链的效果并不是很好。所以，在分段安装阶段，必须控制好安装精度。

为此，编制了“锚台、锚唇、锚链筒装焊工艺”。利用划线定位安装，严格按照工艺图纸尺寸开孔、安装定位等。

如锚链筒安装需：依据分段船体中心线、锚链筒中心位置肋位线、锚链管中心位置肋位线，分别划出锚链筒在主甲板上的中心点和锚链管在主甲板上的中心点；在外板上找出的肋位基准线、甲板边线，按照围长数据划出锚链筒在外板上的中心点（由专业人员使用全站仪校核锚链筒在外板上的中心点）。

通过给出细致的的安装划线尺寸图纸和严格的精度控制要求，可以确保安装时对中良好，降低锚系不良运动状态发生的可能。

4 优化设计

选择合适的掣链器型式，可以减少调整的难度。常见掣链器的型式有：闸刀掣链器、螺旋掣链器、滚轮闸刀掣链器、导轨滚轮舌型等等。常用的掣链器型式为滚轮闸刀掣链器和液压式导轨滚轮合扇式掣链器（见图8、9）。

图8 滚轮闸刀掣链器

图9 液压式导轨滚轮合扇式掣链器

在不同类型掣链器的调整过程中，发现掣链器型式不同对锚链运动调整也有很大的影响。

通过两种不同的掣链器型式的对比（见表1），虽然液压式导轨滚轮合扇式掣链器在操作性和锚链运动稳定性上有着一定的优势，但对锚系运动出现问题的容错性很差，一旦出现问题，就将会给锚链调整带来很多困难，特定的情况下，有的问题几乎无法解决。而滚轮闸刀掣链器构造简单，使用方便，在调整过程中更加具有适应性。

表1 两种掣链器的性能对照表

5 结 语

大型船舶的建造过程中，锚系是一个主要系统，直接影响船舶的安全和营运，船东必将越来越严格要求，这意味着锚系的交验过程将越来越困难。由于锚系运动不良的情况而导致锚唇重新安装甚至更换艏部分段的情况也时有发生。这对船厂提出了更高的要求。

对锚系不良运动进行了归类，主要归结于3大问题：爬链、倒链、收链位置不定。通过受力分析的方法得出这些问题产生的原因，并有针对性地提出解决办法，同时对问题的预防也从建造工艺、精度控制以及设计选型方面提出了见解，希望对大家有所帮助。

锚系运动的问题都可以通过受力分析的方法来找原因。然而实际上锚链运动的状态和受力情况都相当复杂，并不是简单的分析就可以全面覆盖的。所以在理论分析的同时还需现场不断的调整，结合现场调整的实际情况进一步完善受力分析。

反复的尝试是有益的，只要有想法，都可以在调整的过程中进行尝试，往往一个小小的角度变化，都可以带来令人振奋的结果。

[1] 中国船舶工业集团公司、中国船舶重工集团公司、中国造船工程学会. 船舶设计实用手册-舾装分册[M]. 北京：国防工业出版社，2013.

[2] 凌世豪. 船舶锚唇设计[M]. 北京：国防工业出版社，1979.