船舶操纵第三章 锚 缆 拖轮的作用

1、WUT NC,Yang ya dong,第三章 锚、缆、拖轮的作用 锚、缆、和拖轮是船舶操纵中的重要工具. 第一节 锚的作用 一.锚的用途: 大致可分为：停泊用锚、港内助操用锚和应急操纵上用锚三类。 1、锚泊 用锚设备使船舶安全的停泊在水面上的状态，称为锚泊。常用的抛锚操作方法有单锚泊和双锚泊两种。 2、港内用锚助操 1) 抑制船速 2) 控制船身横向移动 3)协助掉头,WUT NC,Yang ya dong,第三章 锚、缆、拖轮的作用 3、应急操纵上的使用 1)避免碰撞、触礁、上滩 2)保证狭水道航行安全时使用 3)海上漂滞时使用 4)系泊时缓和船体受外力的摇动 5)搁浅后固定船体以及协助脱

2、浅,WUT NC,Yang ya dong,第三章 锚、缆、拖轮的作用 二.锚抓力与出链长度 1.锚的抓底性能 为了充分发挥抛锚的作用，必须确保抛锚过程中锚、链、锚机各部分受力合理， 锚泊时，必须使锚抓力大于船体所受的风、流动压力，才能拉住船舶；抛锚制动时，必须使锚抓力小于船体所受的风、流动压力，锚才能被船拖动；要想使锚既能拉住船舶，又能被船拖动，就要使锚抓力大致等于船船惯性冲力，以便开车时能把锚拖动，停车时锚能拉住船。 锚抓力的大小，一方面取决于锚型、锚重、链长，另一方面取决于水深、底质和海底地形等。对于某一船舶而言，水域确定后，唯一可变的因素就是锚链长度，因此控制松链长度是影响用锚成败的重

3、要因素之一。 用锚的目的不同，对锚抓力的要求也不一样。松链长度要根据具体情况作具体分析。,WUT NC,Yang ya dong,第三章 锚、缆、拖轮的作用 2. 助操用锚的抓力及出链长度 根据试验，当底质为泥砂时，锚的抓力与链长、水深的关系如表31所示。（P46） 由表可知，当出链长为水深2倍时，锚的抓力只相当于1倍锚的重量，随着出链长度增加，抓力将逐渐增大。所以，为了充分发挥拖锚效果，又不致锚拖不动或发生事故，通常情况下，万吨以下重载船在拖锚靠泊或顺流掉头时，出链长度以水深的25倍以内较为妥当。 为了安全起见，载重量1万吨的船舶采用拖锚时，余速应控于2kn以下，拖描调头则仅用于万吨以下的船

4、舶，超大型船舶由于锚机刹车制动力不足以抵御拖锚制动力的作用，故应避免采用，上述操纵方法。,WUT NC,Yang ya dong,第三章 锚、缆、拖轮的作用 3、单锚泊时的锚抓力及出链长度 1)锚的抓底性 锚的抓底性能的好坏是由锚抓力和锚啮土后的姿态稳定性共同决定。抓底性能良好的锚不仅能提供较大的抓力，而且应能在锚体因外力影响而拖动时不发生以锚干为轴的横向自转，具有高度的稳定性。锚型不同，抓底性能也不同。图4一l为无杆锚和有杆锚的抓底性能的比较。 由图31可知，无杆锚在抛出后，随着在海底的拖动，锚爪插入底土，抓力增大，至某一时刻抓力达最大值。此后，若最大抓力大 于外力，则锚爪姿势稳定；若最大锚

5、抓力不足以抵抗风、流等外力时，锚就开始以锚杆为轴而转动，在拖动中二锚爪所受底土的作用力不同，造成锚抓底姿态的失衡，最终双爪翻转过来，抓力大为减小；如图中的曲线C。根据霍尔锚在砂底水槽中的拖锚试验表明，抓力的最大值约为锚体自重的35倍。在锚干自转角达到35 一45 时，锚拖动的距离达5倍锚长左右，锚的抓力开始出现下降，当锚的移动距离达锚长的9一l0倍时，双爪向上翻出底土，抓力顿减，仅剩下锚与海底的摩擦力，约为锚体自重的1.3一1.5倍。,WUT NC,Yang ya dong,第三章 锚、缆、拖轮的作用 有杆锚由于锚杆的稳定作用，在抓底之后能够始终发挥最大抓力，不会因锚被拖动而有所下降，如图中的

6、曲线B。因此有杆锚的抗走锚能力比无杆锚好。 2) 单锚泊锚抓力 锚泊船在锚稳定抓底时，锚抓力在数值上等于锚的抓力与链的抓力之和。其中链的抓力实际上是卧底倔链与海底之间的摩擦力。单锚泊时锚抓力可用下式表达 锚型和抓力系数 锚的种类霍尔锚斯贝克锚波尔锚AC-14型通常锚泊 时抓力系数:见表 地质与抓力系数：细沙类泥底、泥底、沙底、石底 抓底姿态与抓力系数：当锚干仰角为5 时， 抓力系数约减少1/4；当仰角为15 时；抓力系数约 减少1/2。,WUT NC,Yang ya dong,第三章 锚、缆、拖轮的作用,WUT NC,Yang ya dong,第三章 锚、缆、拖轮的作用 3).单锚泊出链长度

7、(1) 根据外力大小计算 根据 可得： 即 卧底链长 而悬垂链长根据理论推导，可得到其计算公式为 (2) 经验估算 当风速为20m/s时为： 当风速为30m/s时为： 在潮流湍急的水域，在无风5kn流的水域为： （锻钢链） （特种钢链） 在天气良好，水流微弱，一般底质的锚地抛锚，出链长度一般可取水深的5-7倍。,WUT NC,Yang ya dong,第三章 锚、缆、拖轮的作用 四. 拖锚淌航 靠泊操纵时为抑制船速、减小船身横向移动常抛外档锚进行拖锚制动，或者在采用前进抛法抛单锚时，锚抛出后，船将拖锚滑行一段距离。为能使锚准确地按计划抛至预定倔位，驾驶人员应掌握当时拖锚淌航距离，以便确定抛锚的

8、时机。 拖锚淌航距离是指船舶在大致保向的前提下，从抛锚点开始凭借拖锚阻力刹减余速使船制动，直至停船点之间的距离。 拖锚淌航距离与当时的船舶排水量、余速、拖锚时的锚抓力、船体阻力及流速有关。实践中需测定本船在不同载况、余速、出链长度情况下的拖锚淌航距离。 则可用下式估算拖锚淌航距离：,WUT NC,Yang ya dong,第三章 锚、缆、拖轮的作用 第二节 缆的运用(The use of mooring lines) 缆是船舶操纵和停泊作业中的重要工具。在靠离泊操纵和船间拖带以及绞缆移泊等操纵中应用极为广泛。缆运用的好坏有时直接影响到船舶安全。 一、系泊用缆的名称与作用 二、靠泊带缆(系缆)的

9、先后顺序 l一般情况下带缆的顺序： 一般情况下是先带头缆 吹开风或吹拢风较强时先带首横缆。 2吹开风或吹拢风较强时的带缆顺序 3尾部出缆先后顺序。,WUT NC,第三章 锚、缆、拖轮的作用 三、离泊用缆 l离泊前，主机备车中均要试车。 2备车完毕后的离泊单绑(single up) 备车完毕后，为了离泊操纵顺利进行，需先进行离泊单绑。单绑从广义上来讲就是先行解去操纵中用不着的各缆。 离浮简单绑，是根据实际情况适时解掉单头缆，首尾只留回头缆。 3离泊时倒缆的运用 静水港内，主机功率不大的中小型船舶离码头时，通常采取使船尾应摆出一定角度，然后倒车退离码头的办法，俗称尾离。在有流港口，中小型慢速船在顶

10、流吹拢风时离泊，如请一艘拖轮协助拖首离泊，为使船尾先离开码头，也采用尾离的办法，先用车、舵甩尾，将船尾摆出一个角度，然后再拖首离泊。 尾离前，前倒缆要选强度大、质量好的缆绳，尽可能地将其系于贴靠码头边，而又接近船中部的缆桩上。并将其挽牢，以使它有足够长度，减少其所受应力。对重载大船，微进可能已超出倒缆的安全负荷，而且还未必能在顶流稍大时使尾离出。 4.溜缆：一般只使用钢丝缆，操作人员应位于溜出相反一侧，一策安全。,WUT NC,第三章 锚、缆、拖轮的作用 四、绞缆移泊(warping the berth) 船舶停靠中，常由于某种原因需要使船向前或向后平移若干距离。若风小、流缓，在平移距离内无任

11、何阻碍，不用车、舵，仅凭绞缆即可达到移泊的目的，这种操作称之为绞缆移泊。在驾驶台统一指挥下，首尾同时分别绞首缆和尾倒缆，使船身平行前移。 在绞缆移泊中须注意： 始终保持船首有一根首缆和一根首倒缆随时得力，使船首不致偏出码头过远而危及船尾的车、舵；船尾保持有一根尾缆在受控状态，以保持船身平行前移或控制前移速度；在续缆的同时适度松出反向作用的缆绳；适时挽桩； 绞缆时要前后配合，相互呼应。绞缆速度不宜太快，也不要硬绞，以防断缆。 如果风大流急，用车舵配合和(或)借助拖轮更为稳妥。,WUT NC,第三章 锚、缆、拖轮的作用 五、用缆时的注意事项 1停泊中各系缆要受力均匀。停泊中因潮汐、装卸、风流等影响

12、，原来受力均匀的各条系缆，由于出缆长度及空间角度木同，会出现新的受力不均匀状态，因此要勤查看并及时加以调整。 2操纵中防止缆绳受顿力。操纵中由于船的质量大，动能也大，远超过缆绳的弹性储能范围，所以要防止所用缆绳突然受力而绷断。 3，尽量减小磨损。凡出现缆绳与之摩擦部位应及时加以衬垫，减小磨损。 4使用角度应适当。根据用缆的目的正确选择使用角度以适应具体条件。各条系缆因为只有水平分力为有效分力，所以各系缆俯角应选至最低处，如条件允许，应力争使各缆系桩远些，以便降低俯角；两条倒缆的主要作用在于防止船舶前后移动，为发挥其有效拉力应尽可能使其与码头线平行。但在吹开风时，倒缆的主要作用防止首尾外偏，则应

13、与码头线保持较大角度更有利；首、尾缆与码头线交角也要适中，大一点有利于抵抗吹开风的影响，大一点有利于抵御顶流或顺流较强的影响，可根据具体情况作调整。,WUT NC,第三章 锚、缆、拖轮的作用 5缆绳挽桩要牢固。在双系桩上挽缆时，挽的道数要足够且每圈要挽紧；钢丝绳挽紧后还需加以小链条捆住防止钢丝绳弹出。如果未挽牢，一旦滑出，轻则影响缆绳的强度和使用寿命，重则影响系泊安全。 6系离浮筒时的系解缆问题。系浮时各单头缆应受力均匀，回头缆不宜受力。前后浮筒泊位如有他船系浮时，应及时检查并调整本船系缆的不均匀情况。离浮时，先解下流处的单头，后解上流处的单头。若风流较大，估计回头缆难以抵御风流时，应缓解迎风

14、流；端的单头，待拖轮带好后再解不迟 7. 增加系缆时，应尽可能使用同材质同直径的缆绳，并尽量调整至同样受力状态。一般从第三根缆算起只能按一半的破断强度计算。,WUT NC,第三章 锚、缆、拖轮的作用 第三节 拖轮的运用(The use of tug) 一、港作拖轮的种类及其特性 1港作拖轮的种类 现用的港作拖轮因其推进装置之不同主要有：可变螺距推进器拖轮(controllable pitch propeller)简称CPP型；平旋推进器拖轮(Voitchschneider propeller)简称VSP型；Z型转动推进器拖轮简称Z型；固定螺距推进器拖轮(fixed pitch proe11er

15、)简称FPP型。老式的带普通舵的FPP型虽越来越少，但目前国内仍在使用，而使用最多的是z型拖轮。 2港作拖轮的特性 四种类型的拖轮主要特性比较如表5一l所示。,WUT NC,第三章 锚、缆、拖轮的作用,WUT NC,第三章 锚、缆、拖轮的作用 由表列可知： (1) VSP型的拖力要比CPP型稍差，但机动性能良好，横向牵引力可达到直向的45%左右，可正横方向进车。 (2) CPP型前进推力很大，但后退拉力和运动性能稍差。另外，CPP型拖轮的拖力受波浪影响很大，有时甚至可降至一半；而VSP和Z型拖轮因耐波性能好，故波浪对多极微。 (3) Z型采用的是360 旋转式螺旋桨，牵引力很大且操纵性能也佳，

16、可向任意方向提供 强有力的推力。因它的轴系成Z形，而得此名。 二.港内拖轮的用途 1. 协助慢航大船提高舵效 2. 协助大船港内掉头 3. 协助大船靠泊 4. 协助大船离泊 5. 协助大船过急弯 6. 拖带无动力大船,WUT NC,第三章 锚、缆、拖轮的作用 三、运用拖轮的方式及带缆 按照不同的操纵环境与要求，根据拖轮的性能和特点，使用拖轮的方式大致分为五种。 1.吊拖（leading ahead） 为了充分利用拖轮的有效拖力及操纵灵活性,应使拖缆水平俯角越小越好;一般情况下应使之小于15即拖缆长度应大于被拖船拖缆出口至水面高度的4倍,如该高度很低,拖缆长度也不应小于45m。实用上,拖缆长度取

17、拖轮长度的2倍左右,但还要视实际操纵水域确定。 2.顶推(pushing) 3.傍拖(towing alongside) 4.作舵船用 5.组合拖曳,WUT NC,第三章 锚、缆、拖轮的作用 四、拖船的配置 1拖带方式及拖轮的选择 1) 最适合吊拖的拖轮是带导流管式的CPP型。Z型也适用，因它可360 回转，能充分发挥其推力，故用于顶推、傍拖时比吊拖更有效。 2) 吊拖与顶推的选择原则： 在操船上需要较长时间向同一方面拖带时，以吊拖方式为宜，如果方向或位置变动频繁，则以顶推方式为好。吊拖的拖缆位置一般在大船首、尾端，回转力矩较小。吊拖方式时，若拖缆较短，则其螺旋桨排出流打在大船上，推力损失大，

18、而顶推方式可充分发挥其拖力。大船前冲后缩过大时，吊拖方式之拖船难以保持平稳，易出现横拖、倒拖，而顶推则比较容易保持原姿势。若拖船的上层建筑设在前部，其拖钩位置大致是在其转心附近，因此，在拖航中拖船的行动比较自由亦容易操纵，适用于吊拖；若上层建筑配置在船体中部，则其拖钩设置在船体的较后部，因而在拖航时，拖轮自身的行动受到阻碍，所以适用于顶推。 3) 对于大型油船，更有效的方法是将拖船配置在大船尾部。大型专用船(PCC)满载时，其重心在船中之前，因此，欲使其回转，更有效的方法是将拖船配置在大船尾部。,WUT NC,第三章 锚、缆、拖轮的作用 2.单拖船助转时各种配置方法的效果 以单拖协助低速运动中

19、的满载大船回转时，其配置方法对助转效果影响极大。如图59(a)所示，协助低速前进的大船向左回转时，助转效果的好坏顺序是a、b、d、c。低速前进的满载大船，其重心即回转中心在船中之前，故安置在船尾顶推的a助转效果最好；b姿态控制比a差，拖力比a小。d与c相比，d更容易控制拖船姿势，因此较有利。 如图59(b)所示，协助低速后退的大船向右后方回转时，助转效果的好坏顺序是d；a 、c、b。d 不受大船倒车排出流影响，且易控制姿势；a虽受大船排出流影响，但可以控制姿势； c 很难控制姿势，但不受大船排出流影响， b既受大船排出流影响，又不易控制姿势。,WUT NC,第三章 锚、缆、拖轮的作用 五、使用

20、拖轮时被拖船的运动 使用拖轮时，被拖船的运动状态与拖轮的就位位置，拖力的大小和方向以及拖带方式有关。 1单拖船垂直顶推(吊拖)时被拖船的运动 设被拖船静浮于水面，有一艘拖轮以垂直于大船首尾线方向顶推或吊拖，并设拖力为T， 在被拖船既有横移又同时转头的运动中，如同操舵转船一样也存在一个转心P点。在该点处由于转头线速度与横移至度等值而且反向，故横向速度为零。转心距重心的距离GP 直可由下式估算： GP(0.35L)2GC 式中L为船长；GC为拖力作用点到重心的 距离。 由上式可知：当GC0.4L时，GP0.3L，,WUT NC,第三章 锚、缆、拖轮的作用 即当拖轮配置在首时，其转心约在距尾1/3船

21、长处； 当拖轮配置在尾时，其转心约在距首1/3船长处。 如图511所示。 2拖轮斜向拖曳大船的首与尾（见图5-12） 3协助前进中的船舶回转 本船航行中拖轮转头效果的极限航速 经验表明，前进中本船的拖轮效果 的极限航速一般为5-6节。,WUT NC,第三章 锚、缆、拖轮的作用 六、所需拖轮的总功率和数量 将拖力换算成功率时，为简便起见，在作粗略估算时，通常采用“100马力为1吨”的换算率。 当风速低于15ms、流速低于0.5kn时，可利用经验公式来概略估算所需拖轮的总功率 DW万吨级船舶： (DWT)74(kW)；(GT)11(kW)； (DWT)10(hp) VlCC满载时： (DWT)5.

22、15(kW)；(DWT)70(hp) VlCC空载时： (DWT)3.68(kW)；(DWT)50(hp) 对于载重量为4-15万吨的大型油轮,通常条件下可用下列经验公式估算所需拖轮的总功率 所需拖轮的总功率(kw)=5.44(DWT)0.6 简易算法:10000载重吨所需功率735kw(1000马力),这是拖轮用量的最低限度.,WUT NC,第三章 锚、缆、拖轮的作用 七、使用拖轮的注意事项 l. 严防横拖(girding)与倒拖(rcversed towing) 横拖是在拖轮吊拖大船时，若拖缆与拖轮首尾线交角大于45，由于大船过大的前冲后缩，则使拖缆对拖轮的拉力T1和拖轮本身推进器所产生的推力T2之合力T，当其方向与拖轮首尾面垂直时而出现的拖轮被横拖的现象。如图517所示。严重的横拖可能导致拖轮大角度的横倾甚而倾覆。 倒拖是在拖轮吊拖大船时，若拖缆与拖轮首尾线一致，由于大船过大的前冲后缩，经由拖缆，反而拖动拖轮倒行，因而使拖轮在拖缆的张力T和倒行中所受的水动力Fw之合力F作用下，很快地接近大船，甚至触碰大船的现象。如图5一