第3章 锚缆和拖轮的作用

第三章锚、缆和拖轮的作用,一、锚的用途二、锚抓力及其影响因素,第一节锚的运用,1、操纵中用锚（1）制动用锚（2）拖锚调头（3）拖锚倒航（4）抛开锚（5）脱浅用锚（6）应急用锚2锚泊用锚,一、锚的用途,锚的抓力实质上就是锚与海底的摩擦力。锚在海底运动时产生的摩擦力称为动摩擦力或动抓力；锚在海底静止时产生的摩擦力称为静摩擦力或静抓力。1、操纵用锚的抓力操纵中用锚时，锚多数是运动的，因此，其抓力是动摩擦力或动抓力。动抓力的大小可通过拖锚试验获得。（1）影响锚的抓力的因素试验表明，锚的抓力Pa可表示为：Pa(AS，Wa，h，La，FB)其中：AS锚型Wa锚重h水深La出链长度FB底质,二、锚抓力及其影响因素,（2）操纵用锚的抓力系数由试验获得的抓力可用动抓力系数来表示：上式中的锚重Wa为水中锚重，Wa（水中）0.87Wa（空气中）由于锚的抓力与很多因素有关，因此，很难给出通用的结果。一般情况下，当地质为泥沙时，一般锚的动抓力系数如下：,二、锚抓力及其影响因素,（3）操纵用锚的抓力计算（4）拖锚淌航距离的估算船舶在低速情况下，用锚的动抓力停船是操纵中常用的方法。拖锚停船距离通常是通过试验获得，在试验条件有限的情况下，也可以用近似公式进行估算。船舶拖锚过程中，船舶由船速V0降为V1时，根据动能定理得拖锚淌航距离ST的计算公式：,二、锚抓力及其影响因素,静水中，在余速为3节以下时，假定拖锚过程中，假定锚的抓力为常量；忽略船舶阻力R和船舶的附加质量mx，将m用排水量代替，则，船舶由船速V降为0时，上式简化为：式中，为船舶质量（t）；V0为抛锚时船舶的余速（kn）；Pa为拖锚时锚的抓力（t）；S为拖锚淌航距离（m）。,二、锚抓力及其影响因素,例：某轮排水量13500吨，船长135m，锚重5t，静水中靠泊余速3kn，抛单锚拖锚淌航45m后，又抛出另一锚制速，若双锚均出链一节入水，两锚的抓力均以水中锚重的2倍计算，试求全部拖锚淌航距离。解：.将质量m=13500吨，船速v=30.514m/s，拖锚时锚的抓力Pa=59.810.87kN分别代入，可解得全部拖锚淌航距离S为116.6m。,二、锚抓力及其影响因素,（5）操纵用锚注意事项拖锚制动仅仅适用于万吨级及以下的中小型船舶，且船舶对地的速度也仅限于23kn以下。大型船舶则很少采用，而多采用拖轮制动。及时备锚，做到抛得出，刹得住。进入狭水道或进港前，要及早备锚，先用锚机将锚放至接近水面处，刹紧刹车，松掉离合器。备锚要双锚都做好抛出的准备，当接到船长的抛锚命令后，只要松开刹车就能立即将要抛的锚抛出。出短链拖锚制动时，所需的链长应一次抛出，立即刹牢。否则，边刹边松，不易刹住，并将影响整个操纵计划的实施。,二、锚抓力及其影响因素,锚链已经吃力时，松链要十分注意，一次不要松的太多，否则由于抓力突增较多，不容易刹住。在港内或狭水道，应注意有关禁锚区的规定，以防损坏海底电缆、管道等设施。当发现拖单锚不能有效地刹减船速时，切忌盲目加大出链长度，否则容易造成丢锚断链的事故。必要时可以抛下另一锚以刹减船速。抛锚后，不应使用过大的车速。,二、锚抓力及其影响因素,2、单锚泊用锚的抓力（1）单锚泊用锚的抓力的组成船舶在锚泊中，出链长度S分为两个部分：SsL其中s是悬链链长；L为卧底链长外力T0作用于锚链上的力由锚和卧底链长部分与海底的摩擦力来抵抗。因此，单锚泊时，总的摩擦力为：,二、锚抓力及其影响因素,其中：Pa为锚抓力；Pc为锚链抓力；a为锚的抓力系数，它是锚抓力与锚在空气中重量的比值；Wa为空气中锚重；c为锚链的抓力系数，它是锚链的抓力与锚链在空气中重量的比值；Wc为空气中每米锚链的重量；l为卧底链长，它等于出链长度Lc减去悬链部分的长度S；,二、锚抓力及其影响因素,（2）单锚泊用锚的抓力的抓力系数锚泊用锚的抓力为静抓力，因此，不能采用动抓力系数。对于一般情况，通常a取35；c取0.751.5。锚的抓力系数a主要取决于锚型、海底底质、锚的抓底姿势和锚链的出链长度等因素。锚型不同，锚的抓力系数也不同。下表是1987年6月中国船舶工业总公司第108研究所在铁板细砂中拖曳试验的结果。,二、锚抓力及其影响因素,（3）单锚泊锚链悬链长度及其作用根据数学分析中的悬链线计算公式，得悬链部分长度公式：其作用为：缓冲由于偏荡引起作用于锚链和锚上的冲击力。（4）单锚泊安全出链长度所谓安全锚泊就是防止锚的移动。从力学角度分析，安全锚泊的条件为：,二、锚抓力及其影响因素,即抓力大于外力，则有：总出链长度S0为：,二、锚抓力及其影响因素,（5）单锚泊用锚的安全出链长度的经验公式当风速为20m/s时当风速为30m/s时正常情况下锚泊船的出链长度一般不应低于表27所列的值。长江口急流地区（水深约20米），出链长度一般不低于表28所列的值。,二、锚抓力及其影响因素,第二节缆的运用,一、靠泊用缆二、系泊用缆,一、靠泊用缆,1、倒缆的作用顶流、顶风靠泊时先带前倒缆，其作用避免船舶前冲2、头缆的作用顺流、顺风靠泊时先带前倒缆，其作用避免船舶后退,二、系泊用缆,1、倒缆的作用顺流，顺风离泊时，单绑后流前倒缆和尾缆，其作用避免船舶在风、流的作用下前冲。2、头缆的作用顶流、顶风离泊时，单绑后留头缆和尾倒缆，其作用避免船舶在风、流的作用下后退。,第五节拖船的运用,一、拖船的种类及其特点二、拖船的使用方法三、拖船作用下的船舶运动四、协助操船所需拖船功率的估算,一、拖船的种类及其特点,一般在自力操纵发生困难时，运用拖轮来协助操纵。拖轮的种类：（1）远洋拖轮远洋拖轮一般用于远洋拖带和海难救助，其特点是抗风、抗浪性能好，续航能力强。（2）沿海拖轮沿海拖轮一般用于沿海拖带和沿海海难救助，其特点是马力大，续航能力强。（3）港作拖轮港内拖轮一般用于港内拖带和港内作业，其特点是体积小，操纵性能好，但续航能力较差。,一、拖船的种类及其特点,港作拖轮在操纵中的作用：（1）在水域受限时，协助大船转向；（2）大船或恶劣天气情况下，协助大船系、离泊；（3）航道中航行时，协助大船控制航向。,一、拖船的种类及其特点,1港作拖轮的种类（1）可变螺距推进器拖轮（CPP）它是靠改变螺旋桨的螺距角的大小来改变螺旋桨推力（或拉力）的大小，船舶变向由舵来控制。（2）平旋推进器拖轮（VSP）它是靠改变直翼的角度来改变推力的大小和方向，船舶变向由推力的方向来控制。（3）Z型传动推进器拖轮（Z型）它是靠改变螺旋桨的转数来改变推力的大小，靠电机带动竖轴来改变推力的方向，船舶变向由推力的方向来控制。（4）定距螺旋桨推进器拖轮（FPP）它与普通螺旋桨船基本相同。,一、拖船的种类及其特点,2港作拖轮的特点：（1）船型尺度船长较小，一般在30米左右；B/L较大，一般为0.220.31（2）稳性GM较大，以抵抗缆的作用产生的横倾力矩。（3）拖力三种拖轮的系柱推力的比较，见表（4）操纵性能由于港内水域受限，操纵频繁，因此，要求具有良好的操纵性能。拖轮对航向稳定性要求较低，主要考虑其旋回性能，因此，其K值较大。（5）港作拖轮的特性各种港作拖轮的主要特性如拖轮的主机操作、启动停止性能、旋回性能、横移性能、耐波性能、标准拖力等比较如表2-9所示。,一、拖船的种类及其特点,一、拖船的种类及其特点,从上表可以看出，ZP拖轮和VSP拖轮的操纵性能比较好，ZP拖轮每100马力所能给出的拖力为最大，CPP的耐波性能最差，有时拖力可下降一半。FPP拖轮的性能最差。,二、拖船的使用方法,1、吊拖方式或称直拖方式，适用于拖带方向变化较小的情况，单拖轮吊拖的特点是只是单方向牵引。例如，船舶靠泊多用顶推方式。2、顶推方式适用于顶推方向变化较大的情况。例如，船舶靠泊多用顶推方式。3、傍拖方式适用于顶推无动力船，斜侧靠拢大船，作动力用4、作舵使用在一侧水域有限的情况下，为了防止船舶向该侧偏转，而且在舵效不足的情况下，往往在另一侧船尾加一艘横向拖轮，作舵使用。,二、拖船的使用方法,5、组合拖曳,如图所示，船舶在拖轮的作用下，其运动方程如下：,三、拖船作用下的船舶运动,三、拖船作用下的船舶运动,1、被拖船的旋转运动从上式第三个方程可见，要想获得较大的转头角速度，必须使角为90度（控制力分方向）和Xa最大（远离船舶中心，增大回转力臂）。在上图中，这时，船舶转心约距离船尾1/3船长处。2、被拖船的平移运动从上式第一、二个方程可见，要想使船舶仅进行平移运动，而不发生转动角角速度，必须使合外力距为0，即角为0度（控制力的方向）或Xa为0（在船舶中心，减小回转力臂）。达到这一目的有两种方法：一种是使单拖轮作用点在G处，另一种如图所示。,三、拖船作用下的船舶运动,3、拖轮作用的本船速度极限分析拖轮的运动状态可知：随着船速的提高，阻力也逐渐增大，推力不断下降。因此，随着船速的提高，拖轮的效率也不断下降。当航速达到一定程度时，拖轮不起