吳衛(wèi)兵，王 越

(大連海事大學(xué)，遼寧 大連 116026)

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船艉靠泊碼頭的抗風(fēng)操縱方法

吳衛(wèi)兵，王 越

(大連海事大學(xué)，遼寧 大連 116026)

依據(jù)某船舶成功抗風(fēng)靠泊碼頭的事例，分析風(fēng)的作用、纜繩和錨鏈的受力情況以及對(duì)應(yīng)的船舶姿態(tài)的變化，總結(jié)出車、舵、側(cè)推器相配合的抗風(fēng)操縱方法和注意事項(xiàng)。

船艉靠泊；錨鏈；纜繩；抗風(fēng)；側(cè)推器；操縱方法

絕大部分船舶靠泊都以左右舷靠泊為主，但是對(duì)于一些特種船舶，如重大件運(yùn)輸船、半潛船等，考慮到其裝卸貨方法的特殊性，經(jīng)常需要船艉靠泊。絕大多數(shù)的船舶抗風(fēng)研究局限在船舶航行、錨泊和舷靠碼頭時(shí)，且很多學(xué)者將船舶的航行抗風(fēng)能力、船舶在大風(fēng)天氣條件下的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)作為研究的重點(diǎn)[1-4]。也有關(guān)于海上建筑物、船舶上層建筑的風(fēng)載荷的相關(guān)的研究[5-6]，以及對(duì)航行船舶和舷側(cè)靠泊的船舶抗風(fēng)方法進(jìn)行的研究[7-8]。對(duì)于船艉靠泊碼頭時(shí)的船舶抗風(fēng)操縱的研究非常少。

船艉靠泊對(duì)于一些特種船舶因其特殊的裝卸貨作業(yè)方式而經(jīng)常使用。如圖1所示，船艉靠泊時(shí)通常依靠船舶自身纜繩來控制船艉的運(yùn)動(dòng)，而船艏主要依靠錨和錨鏈來控制船艏的運(yùn)動(dòng)，在抗風(fēng)期間雖然也會(huì)增加船艏與碼頭之間的連接纜繩，但是因纜繩長度太長，纜車的功率有限，很難讓纜繩均勻受力等因素導(dǎo)致船艏的纜繩作用有限。如遇風(fēng)力強(qiáng)且風(fēng)向接近正橫，船舶2舷還有他船靠泊的情況，僅僅依靠錨鏈和纜繩的作用來控制船舶是很難實(shí)現(xiàn)的。因此，必須正確地操縱船舶自身的車、舵、側(cè)推來配合錨鏈和纜繩進(jìn)行操縱，以達(dá)到控制船舶的目的。一旦操縱不慎將會(huì)出現(xiàn)斷纜導(dǎo)致船舶與碼頭或他船發(fā)生碰撞的事故。為此從一起抗風(fēng)靠泊事例出發(fā)，分析船舶受力，總結(jié)船艉靠泊時(shí)船舶抗風(fēng)的操縱方法和注意事項(xiàng)。

圖1 船尾靠泊示意

1 船艉靠泊抗風(fēng)案例

“海洋石油225輪”(以下簡稱225輪)為艏駕駛樓型甲板重大件運(yùn)輸船，船長153.2 m；船寬38 m；載重量17 289.18 t；雙車，功率2×3 089 kW；雙舵；配有首側(cè)推，功率為350 kW，實(shí)際艏推功率只能利用到50%左右。225輪船艉在靠泊天津海工碼頭，裝載海上鉆井平臺(tái)上的生活樓和電器間模塊期間，遇到最大風(fēng)力達(dá)到九級(jí)，陣風(fēng)十級(jí)的橫風(fēng)。

泊位情況見圖2，225輪左舷距離浮吊船“濱海108輪”(以下簡稱108輪)右舷約10 m，右舷為上風(fēng)舷且與它船距離較大，不存在危險(xiǎn)。225輪裝載的2個(gè)大型模塊已經(jīng)上船，且生活樓模塊上的飛機(jī)平臺(tái)伸出左舷舷邊約8 m，高度與108輪的主作業(yè)吊機(jī)的吊臂相差不大。225船艉纜繩為船舶自身纜繩，左右2舷共4根纜繩(見圖中1中①②③④)為碼頭纜繩，由碼頭絞車控制。做抗風(fēng)準(zhǔn)備時(shí)，225輪船艏增加了1根船上纜繩(圖2中⑤)。

圖2 泊位示意

海工一號(hào)碼頭走向接近東西向，當(dāng)時(shí)風(fēng)向?yàn)槠黠L(fēng)。約05:00時(shí)風(fēng)力約6級(jí)，此時(shí)船艏開始有偏轉(zhuǎn)，錨鏈的作用力能使船艏左右轉(zhuǎn)的角度能控制在一定范圍內(nèi)。108輪處于225輪的下風(fēng)舷，船長較225輪小50 m左右，因此108輪受到的風(fēng)作用力小，船艏出現(xiàn)偏轉(zhuǎn)的幅度很小。當(dāng)225輪船首轉(zhuǎn)到最左側(cè)時(shí)2船船舷之間的距離約8 m。風(fēng)力逐漸增強(qiáng)，約12:00時(shí)，風(fēng)力約8級(jí)，225輪船艏向左偏轉(zhuǎn)的幅度越來越大，操縱側(cè)推全速向右，在纜繩和錨鏈的作用力下基本能使船艏穩(wěn)定。2船船舷之間的距離約5 m，225輪的生活樓飛機(jī)平臺(tái)與108輪吊臂的距離最近約3 m，船艉左舷已經(jīng)接觸到碼頭的碰墊。風(fēng)力還在繼續(xù)增強(qiáng)，因碼頭系泊絞車功率有限，船艏右側(cè)的碼頭系泊纜繩已經(jīng)無法絞緊剎牢，因此225輪船艏再增加一根纜繩(見圖2⑥)，但是船上絞車也無法將船艏向右絞動(dòng)，只是依靠纜車的剎車力對(duì)船艏能施加一定的控制力。船艉增加向右的3根的纜繩(見圖2⑦)，右車微速倒車，側(cè)推全速向右，在錨鏈和纜繩的共同作用下，基本能控制船首繼續(xù)向左轉(zhuǎn)。約14:00時(shí)，風(fēng)力達(dá)到九級(jí)，陣風(fēng)十級(jí)，實(shí)測最大風(fēng)速達(dá)到27.5 m/s。右車后退一，勉強(qiáng)能控制船艏偏轉(zhuǎn)，但是風(fēng)暴潮情況下的高潮潮高使船艉封板高出碼頭面，不能繼續(xù)倒車，否則船艉將坐在碼頭上。左車前進(jìn)一，右滿舵，基本可以控制船艏偏轉(zhuǎn)，且船艉左舷離開碼頭約1 m的距離。約14:30時(shí)風(fēng)力開始有減小的趨勢，減車直至停車，停側(cè)推，最后調(diào)整錨鏈和纜繩使船舶回到最初位置。

2 風(fēng)作用下的船舶姿態(tài)

運(yùn)動(dòng)中的船舶受風(fēng)影響主要表現(xiàn)在船速發(fā)生變化，船體向下風(fēng)產(chǎn)生漂移，同時(shí)船艏將向上風(fēng)或下風(fēng)偏轉(zhuǎn)，靠泊中的船舶必須依靠纜繩、車、舵、側(cè)推、錨及錨鏈等來抵消作用于船體水線以上部分所受到的空氣動(dòng)壓力才能保證船舶靠泊安全。

計(jì)算橫向風(fēng)壓力方法很多，如美國海軍設(shè)計(jì)手冊(cè)(MIL-HDBK)、挪威特朗海姆大學(xué)公式，以及石油公司海事論壇(OCIMF)提供的公式等。《港口工程荷載規(guī)范》(JTJ215—98)在10.1.2中提出“風(fēng)、浪和流比較復(fù)雜的開敞式碼頭水域，作用在固定式系船、靠船結(jié)構(gòu)上的船舶荷載應(yīng)通過數(shù)學(xué)模型計(jì)算或物理模型試驗(yàn)確定”[8]。這里采用應(yīng)用較為廣泛的OCIMF計(jì)算式[9]。

(1)

式中：FXw為橫向風(fēng)壓力,kN；CXw為橫向風(fēng)力阻尼系數(shù),按圖3求取；ρw為空氣密度,t/m3；Vw為風(fēng)速的橫向分量,m/s；AL為船體水面以上橫向受風(fēng)面積,m2。

圖3 風(fēng)力阻尼系數(shù)(CXw)

結(jié)合225輪實(shí)際情況，各參數(shù)取值情況如下。

查圖3曲線得橫向風(fēng)力阻尼系數(shù)CXw=0.8;

空氣密度ρw取標(biāo)準(zhǔn)空氣密度0.013 t/m3;

風(fēng)速Vw取實(shí)測最大風(fēng)速27.5 m/s;

因風(fēng)向?yàn)橛艺龣M,按照225輪實(shí)際貨物尺寸以及船體參數(shù)計(jì)算得到AL=1 399.4 m2。

綜合以上取值代入式(1)，得到225輪受到的橫向風(fēng)壓力為FXw≈550 kN。

當(dāng)船舶右舷受橫風(fēng)影響時(shí)，如圖4所示，右舷纜繩和錨鏈將被拉伸，雙錨鏈方向?qū)⑾蛴肄D(zhuǎn)，一旦纜繩和錨鏈對(duì)船舶的作用力能夠抵消作用到船舶上的外力時(shí)，船舶將達(dá)到平衡狀態(tài)，否則船舶將繼續(xù)向下風(fēng)方向漂移。

圖4 橫風(fēng)影響下的船舶姿態(tài)示意

拋錨靠泊過程中要時(shí)刻調(diào)整船舶位置，因此不可能絕對(duì)保證雙錨鏈?zhǔn)菄?yán)格的直線，錨鏈或多或少的會(huì)出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象，當(dāng)船舶收到外力作用后，隨著錨鏈?zhǔn)芰υ絹碓酱?，近船端的錨鏈將被拉直，如外力一直增加則被拉直的錨鏈越來越長，船首將向下風(fēng)漂移，如船首受到的橫風(fēng)作用力足夠大，導(dǎo)致側(cè)推力、纜繩和拖輪所有的外力不足以抵消風(fēng)壓力，船舶將向下風(fēng)漂移，并且掙脫錨鏈及錨的抓力，造成拖錨現(xiàn)象的發(fā)生。

纜繩在拉力的作用下會(huì)伸長，其伸長率取決于纜繩的彈性模量[10]：

(2)

式中：ε為纜繩的伸長率；P為外力；E為彈性模量；F為纜繩橫截面積。

當(dāng)外力加強(qiáng)時(shí)，纜繩的伸長率將增加，纜繩將被拉長，當(dāng)外力一直增加致使纜繩伸長率達(dá)到破斷值，將出現(xiàn)斷纜現(xiàn)象。如出現(xiàn)一根纜繩的破斷，則其他纜繩的伸長率將瞬間增加，很可能導(dǎo)致其他纜繩短時(shí)間內(nèi)相繼破斷。

3 車舵和側(cè)推與纜繩的配合操縱方法

雙車船在回轉(zhuǎn)過程中由于2槳距回轉(zhuǎn)中心的距離不同，引起2槳的來流速度不同，導(dǎo)致螺旋槳的進(jìn)速系數(shù)也不同，使得2槳的推力產(chǎn)生差異，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)艏力矩[11-12]。雙車船使用單車時(shí)會(huì)造成船舶的偏轉(zhuǎn)，船越寬，使用舵配合單車導(dǎo)致的偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象就越明顯。如船艉靠泊的船舶用單車配合的抗風(fēng)過程中，借助舵可以將螺旋槳推力的一部分轉(zhuǎn)換成橫向力。225輪抗風(fēng)過程中使用右車倒車，在船艉方向向右的纜繩的拉力和錨鏈拉力的共同作用下，有一部分的倒車力轉(zhuǎn)化成船艏向右的橫向力來抵消一部分橫風(fēng)作用力；同理左車進(jìn)車，加之右舵，在船艉方向向右的纜繩的作用力下，也有一部分的推力轉(zhuǎn)化成船艏向右的力。進(jìn)車抗風(fēng)，船尾纜繩尤其是方向向右的纜繩受力非常大。225船在抗風(fēng)過程中優(yōu)先選擇使用了右車倒車，左車進(jìn)車是在潮高不允許的情況下才采取的措施，主要是因?yàn)楫?dāng)時(shí)船舶左舷船尾已經(jīng)貼靠碼頭，這樣右車倒車的倒車力有一部分是不需要纜繩來承擔(dān)的，而是直接作用在碼頭上的，這樣能減小纜繩和錨鏈的受力程度，使斷纜或斷鏈的可能性減小。一般情況下，錨鏈的破斷負(fù)荷要遠(yuǎn)大于纜繩，因此即使是左舷沒有貼靠碼頭的情況也應(yīng)優(yōu)先選擇倒車。

側(cè)推器的使用主要是控制船艏的偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其作用力直接為橫向作用力可以直接抵消掉一部分橫風(fēng)作用力。因此在抗風(fēng)過程中首先考慮使用側(cè)推，如側(cè)推不足以控制船艏的偏轉(zhuǎn)，再考慮使用車舵。

4 船艉靠泊抗風(fēng)操縱的注意事項(xiàng)

1)大風(fēng)來臨之前，應(yīng)盡量增加纜繩的數(shù)量，且盡可能讓所有纜繩均勻受力。一旦大風(fēng)來臨要調(diào)整纜繩的受力會(huì)很困難且很危險(xiǎn)。

2)將雙錨鏈盡量收緊，讓船艉盡可能離開碼頭3～5 m的距離。因?yàn)槭艽箫L(fēng)影響，錨鏈將會(huì)拉直，上風(fēng)舷錨鏈角度將會(huì)增加，下風(fēng)舷錨鏈角度會(huì)減小甚至過船艏，這樣船舶會(huì)有一定的后退和偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象，偏轉(zhuǎn)的角度越大則錨鏈作用力能抵消的橫風(fēng)作用力也越大。如有可能在大風(fēng)來臨前解纜起錨重新靠泊，則應(yīng)增加上風(fēng)舷錨鏈的偏開角度，減小下風(fēng)舷錨鏈角度或下風(fēng)舷拋直錨，以便在受橫風(fēng)作用后雙錨鏈拉力的橫向力能較大程度地抵抗橫風(fēng)作用力。

3)使用車舵和側(cè)推配合時(shí)，首先考慮使用側(cè)推，再考慮使用車舵，如必須使用車舵時(shí)也應(yīng)優(yōu)先考慮使用倒車。

4)車舵和側(cè)推配合操縱時(shí)，逐漸加車至能穩(wěn)定住船舶即可，如將船舶控制到起初位置，則船舶需要的推力和側(cè)推力就會(huì)增加，從而導(dǎo)致纜繩和錨鏈?zhǔn)芰^大，容易出現(xiàn)斷纜或斷鏈的情況。

5)長時(shí)間用車和側(cè)推配合操縱時(shí)，應(yīng)要求輪機(jī)長在機(jī)艙值守，并督促輪機(jī)員注意設(shè)備的工況，出現(xiàn)問題及時(shí)匯報(bào)。尤其是主機(jī)，因?yàn)殚L時(shí)間高負(fù)荷工作容易造成排煙溫度升高，必要且可行時(shí)應(yīng)左右車交替使用。

6)抗風(fēng)過程中如出現(xiàn)斷纜現(xiàn)象，依靠船舶自身能力控制船舶基本不可能實(shí)現(xiàn)，因此建議在需要用車之前與岸基相關(guān)應(yīng)急部門或人員取得聯(lián)系，爭取岸基支持。

7)船艉靠泊抵抗八級(jí)以上的橫風(fēng)是很危險(xiǎn)的，因此在大風(fēng)來臨前如能將船舶轉(zhuǎn)移至錨地避風(fēng)將更為穩(wěn)妥。如實(shí)在無法離泊也應(yīng)要求碼頭相關(guān)部門確保本船與2舷的他船有足夠的安全距離并采取增加纜繩等其他必要的措施。

8)單車船舶船艉靠泊抗風(fēng)時(shí)車舵的操縱方法與雙車船類似。但單車船螺旋槳位于船中，其推力轉(zhuǎn)換成抵抗橫風(fēng)的作用力相對(duì)較小，倒車的偏轉(zhuǎn)效應(yīng)也很差，因此可能需要用較大的進(jìn)車配合舵才能實(shí)現(xiàn)抵消橫風(fēng)作用力的目的，此時(shí)尤其應(yīng)注意各纜繩的受力情況，以防斷纜。

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[3] 楊興晏,陳敏.關(guān)于船舶受風(fēng)面積計(jì)算方法的探討.[J].港工技術(shù),2013(1):19-21.

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The Manoeuvring Method for Wind Resistance Based on Vessel Getting Alongside by Stern

WU Wei-bing, WANG Yue

(Dalian Maritime University, Dalian Liaoning 116026, China)

From a successful case of wind resistance for getting alongside by stern vessel, the force condition of the mooring lines and anchor chain was analyzed, so as to summarize the manoeuvring method by coordinating the main engine, rudder and side thruster, and put forward precautions during the course of manoeuvring.

getting alongside by stern; anchor chain; mooring line; wind resistance; side thruster; manoeuvring method

10.3963/j.issn.1671-7953.2017.04.046

2016-12-05

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)專項(xiàng)資金 (3132015014)

吳衛(wèi)兵 (1979—),男,碩士，副教授

研究方向：航海技術(shù)

U675.5

A

1671-7953(2017)04-0202-04

修回日期：2016-12-26