系泊设备的指南

系泊设备指南

第一章系泊原则

1.1常规性

系泊指的是将船舶固定到码头的系统。油船最普遍的码头是支柱和海岛，然而，其他的舰载操作例如单点系泊、多浮标系泊、紧急拖拽、拖曳处理、驳船系泊、运河通航、轻量化和抛锚可以将系泊分裂为几个大类，因此需要特别的配件和设备。船级社规定抛锚设备，因此，这些设备不被这些指南规定所包含。

图1.1展示油船码头一个典型系泊缆布局

图1.1典型系泊缆布局

一个有效的系泊系统的作用是保证船舶、她的船员、码头和环境的安全性，如何优化系泊系统来抵抗各种压力的问题可以通过回答以下问题来得以解决：

船舶上的力有哪些？

决定力如何作用在系缆的一般原则是什么？

如何将以上的原则应用在建立一个良好的系泊设备？

由于无系泊设备拥有无限的能力，为了处理这些问题，将需要准确地理解一艘船舶成功系泊所预期的是什么。

1.2作用在船体上的应力

船舶系泊必须抵抗各种力，部分或者全部产生于以下原因：

风

水流

潮汐

相遇船舶的汹涌

波浪/涌浪/湖震

冰

变化的气流

这节主要介绍常规停泊的船抵抗风力、水流力和潮汐力的系泊系统的发展。一般，如果系泊布置设计成可以承受最大风力和水流力，则对抵抗其他可能产生的缓和的力的储备强度是足够的。然而，如果在一个极限情况下存在相当大的浪涌、波浪或者冰况，船舶的系泊会承受相当大的载荷。分析这些力是很困难的除非通过模型试验，现场测试或者动态的计算机程序。停靠在这样特别条件存在的极端情况下的船应该注意可能超过标准环境条件并且需要采用适当的方法。

系船具所承受的力由于船高随着潮汐波动或者载重或者卸货操作变化必须要用适当的趋势线补偿。

1.2.1 风力和水流力

这些力的计算过程在这些指南的第二节和参考3中介绍过（OCIMF出版物“巨型油船的风力和水流力的预报”，1994）。尽管这些计算是专为大型船舶所用的，为小船分析的附加试验已经解释过，风力系数对于大多数情况不是特别重要。因此，参考书目3出版的大型船舶系数可能被用于载重量小于16000t的尾桥楼油船。

图1.2说明了船上的风力合成是如何随风速和风向变化而变化的。简单起见，船上的风力能够分为两个部分：平行于船体纵轴的纵向力和垂直于纵轴的横向力。

船体上的风力同样跟随船体气流浸润面积大小的变化而变化。因为逆风行驶时只会冲击油船总气流浸润面积的一小部分，所以纵向力相对很小。另一方面，横风在船舶侧面气流浸润面积施加很大的横向力。对于给定的风速，在大型油船上最大的横向风力大约是最大的纵向风力的5倍。对于一艘50节载重量250000t 的轻型油船，最大的横向和纵向风力分别是大约320吨（3138kN）和60吨（588kN）。

如果风从横向和船艏（船艉）方向的任何四等分方向冲击船舶，将会同时产生横向和纵向压力，原因是它同时冲击船艏（或船艉）和船侧。对于任意给定的

风速，由于四等分方向风产生的横向和纵向风力将会比同样风速的正横或者迎面风所产生的相应压力小。

图1.2船上风力

当风向是正横风或者是正迎风或者正顺风时，合成风力不会像风一样有相同固定的方向。比如说，对于一个载重量250000t的油船，迎面45o的风产生的合成风力的方向将是大概背离船艏80 o。

图1.3龙骨下水深对水流力的影响

评估一个系泊装置时，必须要将作用于船上的水流力加到风力里面去计算。一般的，水流力的大小变化取决于水流流速和流向，所遵循的模式同已讨论过的风力相似。龙骨以下的水深使得水流力的计算更加复杂。图1.3说明水流力随龙

骨下水深的减少而增加。大部分船尾或多或少的调整为平行于水流，因此来降低水流力。然而，风向有一个偏离船体纵轴的小角度（比如5o）能够产生一个很大的必须要考虑的横向力。模型试验表明，在一艘龙骨下水深为2米的载重量为250000t的油船，1海里每小时的首向水流将会在船体上产生大概5公吨（49kN）的水流力，然后再加上一个1海里每小时的横向水流时，对于同样龙骨下水深的此船将会产生230公吨（2268kN）的水流力。

1.3系泊布局

专业术语系泊缆布局指的是船舶与锚位之间系泊缆的集合布置。

对于给定的环境载荷，最有效的缆向是布置为与载荷相同的方向。理论上，这意味着所有的系泊缆的方向应该布置为环境载荷的方向并固定在船舶纵向布置上将会导致合成载荷和约束从一点到同一位置。这样的系统不具实用性因为不能灵活地适应不同方向的环境载荷和在不同码头处不同的系泊点位置。对于一般对象，系泊缆布局必须能解决任意方向的环境力。它最好能够将那些力分成纵向和横向两部分，然后计算如何最有效的抵抗这些力。然后，一些缆绳应该被布置为纵向（斜系船缆），一些布置为横向（横缆）。尽管码头真实装置的方向并不总是允许缆绳那样实施，但这就是对于一般对象的一种有效的系泊缆布局的控制原则。由于偏离最适宜的导向而产生的效率降低如表格1.4和表格1.5所示（在表格1.4中比较情况1和情况3，最大线路负载从57吨（559kN）到88吨（863kN））。

斜系船缆和横缆在功能上的基本不同必须被设计者和施工者理解清楚。弹簧绳抵抗船舶在两个方向（向前和向后）的力；横缆仅仅抵抗一个方向（背离锚位）的力，锚位方向上的约束由防撞垫和系缆柱提供。然而，所有的横缆在背离环境力的方向上紧绷，只有在船尾和船首处斜系船缆一般才会紧绷。如果对斜系船缆施加预力，那么只会在相对位置的斜系船缆的力不同处产生一个船舶纵向约束。关于恒力绞车的此方面问题将会在第七章提及。

一些系泊缆布局包括布置为纵向和横向之间的首尾缆绳。纵向部分的作用同斜系船缆相同，横向部分则与横缆相同。在拉力下，首尾缆绳的纵向部分互相抵消，因此，在船舶纵向约束中不起作用。如表格1.5所示，首尾缆绳在提供横向约束中起到部分作用。如果它被安置在横缆结合处，由于弹性作用首尾缆绳将会损失很大的高效性。

一条系泊缆的效率受两个角度的影响：垂向角度上缆绳排列在码头甲板上，水平方向上缆绳排列在船舶平行边板上的。缆绳的曲线越陡峭，抵抗水平载荷的效率越低。例如，缆绳方向布置为垂向450时，它束缚船舶的作用同垂向200相同。相似的，缆绳和船舶边板之间的平行角度越大，缆绳抵抗纵向力的作用越差。