第3章 系泊设备

• 单十字带缆桩主要在小艇或起放救生 艇和工作艇用 • 当桩径＞200mm时，双十字带缆桩采用 双底板式
带缆桩的应用
• 带缆羊角是羊角状的系索栓，固定在 甲板上或舷墙与甲板室侧壁上，供固 定缆绳用
带缆桩的选用
• 在潜艇上，常用升降式带缆桩。潜艇 下潜时，可将带缆桩收入非耐压壳内， 以减少航行阻力 • 带缆桩可按系缆绳的强度选用标准件 (GB/T554-1995) • 带缆桩是系缆设备的重要部件，应有 足够的强度，特别情况或需要采用非 标准桩时应进行强度校核
3.2 系缆停泊时的外力及计算
• 船舶在系缆停泊时所受到的外力主要 有风力、潮流及波浪力
• 为了保证系缆设备能安全地系结船舶， 在设计和选用系缆设备时，应对这些 外力做正确、合理的计算
• 简介日本《JSDS造船舾装设计基准》 中规定的大型船系缆设备的设计条件 及外力计算方法
《 JSDS造船舾装设计基准》
布缆形式
• 无风无水流时只需首尾缆即可
• 若有流的影响需加设倒缆
• 若风和流影响较大，为防止船舶沿岸 线移动或离开岸线，在首尾及中部均 需设置附加缆 • 在强烈的潮流和顶风的情况下，还需 抛锚辅助
2、首尾系泊
• 利用首尾缆将船系结于港内或河道 中浮筒的停泊方法
3、船尾系泊
• 将船舶尾端系结于码头的一种系泊 方式
• Vw—潮流速度(m/s) • Vs—靠岸时船移动速度(m/s)
AW 1.7TL / T
• T—船舶吃水 • L—船长
• ▽—排水体积
3、推进器阻力：Fra Baidu bibliotek
Rp 26.4D (VW VS ) 9.8 (N)
2 2
• 式中：
D—螺旋桨直径(m)
VW—潮流速度(m/s)
VS—靠岸时船移动速度(m/s)
第3章 系泊设备
• 3.1 概述 • 3.2 系缆停泊时的外力及计算 • 3.3 系缆 • 3.4 系缆具与系缆机械 • 3.5 系泊设备的配置
第3章 系泊设备
3.1 概述
• 系缆停泊是船舶的另一种停泊方式 • 利用系泊设备将船安全牢固的系结 于码头 ( 岸边 ) 、浮筒、船坞或其它 船(水上建筑物)上 • 系泊设备主要由系缆、系缆具和系 缆机械三个部分组成
在靠岸系泊中
• 总外力R2可视为横向作用力 • 此时所用缆绳数目通常为 首部3根(首缆、首横缆、首倒缆) 尾部3根(尾缆、尾横缆，尾倒缆) • 较大型船另增设附加绳，总数可 达8~12根
靠岸系泊中每根系缆所受拉力
R2 T2 (m cos A cos B)
• m 为系缆靠岸时实际使用的系缆 根数 • A＝60°(同前) • B＝0(同前)
4、形状阻力：
VS ) 9.8 (N) Rv 73.2As(VW
AS —水线以下船体侧投影面积(m2)
V s —靠岸时船舶移动速度(m/s)
— 潮流速度 (m/s) Vw
系缆停泊的两种工况
• 船舶在系缆停泊时主要有两种工况， 靠岸移动和靠岸系泊 • 计算船舶在靠岸移动中的总外力R1时， 风力按最严重情况计算 • 假定风正对着船舶的侧面吹来(船的 纵向风力为零)，横向风力达到最大 值，取横向风速Va=10m/s
安全系数的确定
• 计算方法中，系缆的安全系数n： 钢缆取2.5； 白棕绳取3.25 合成纤维缆取3.8 • 选用的系缆许用负荷[T]＝Tb/n • 保证系缆[T]>max(T1,T2) • 系缆的破断拉力Tb应超过有关规范要 求值 • 系缆长度应按规范确定
3.4 系缆具与系缆机械
1、带缆桩
• 带缆桩是固定在甲板上，用于系 缚缆绳的桩柱
系泊模式
• 系泊模式是指船与码头之间系泊缆索的几何布 置方式
基本方式：倒缆、横缆
首尾缆
系缆停泊的四种方式
• 船舶系缆停泊的方式随船只大小、码 头情况而异
1、船侧(舷)系泊
• 将船横向系结于码头 (或其它船)边， 是最常用的系泊方式 • 系缆索的直径及根数视所受外力而定
船侧(舷)系泊的布缆形式
• 1—附加尾缆；2—尾缆；3—尾横缆； 4—首倒缆；5—尾倒缆；6—首横缆； 7—首缆；8—首附加缆
钢缆的基本力学特性
• 钢丝的抗拉强度、弹性模量、钢 缆的破断负荷等 • 在设计时，可根据需要选用具有 一定特性的钢缆 • 弯曲半径过小，影响强度，过大 使用不方便，选取合适的绞车卷 筒和导缆器等
（2）植物纤维缆
• 制成材料不同其名称不同 • 用白麻筋植物性焦油浸制而成的叫 油麻索 • 用芭蕉纤维制成的叫白棕缆 ( 马尼 拉绳) • 用龙舌蓝纤维制成的叫西沙尔索 • 上述几种习惯上都称麻索
• 钢缆的规格特征主要包括： 钢缆的直径、股数 每股的钢丝根数 钢丝是否镀锌 钢缆有无油麻芯及捻搓方向
钢缆中的材料
• 钢缆中的油麻芯可以增加其柔软度， 减少钢丝间的摩擦 • 油麻芯能不断渗油使钢缆不易吸水， 减少腐蚀 • 一般情况下，钢丝直径细、股数多、 麻芯多的钢缆柔性好，容易弯曲，便 于系缆操作 • 系泊用钢缆必须防腐镀锌
单点系泊系统(1)
• 在这种系泊系统中，浮筒是通过呈 放射状布置的锚与链(呈悬线状)固 定在海上 • 油轮通过系缆系结在浮筒顶部转台 上 • 外力变化时，油轮将绕着浮筒旋转， 直至平衡在一个受力最小的位置上
单点系泊系统(2)
• 单浮筒系泊系统在浮式采油作业中获 得应用 • 在远海区建造单浮筒系泊系统，可利 用油轮将海底原油输送到岸上，这要 比铺设海底管道经济得多 • 浮筒中央的旋转接头和油轮之间的浮 动软管相连，油轮通过软管进行装卸 作业
带缆桩的受力
• 带缆桩承受的外力 是引向岸上或浮筒 一端缆索上的张力 T1
• 每圈缆上张力为Ti • 带缆桩上外力是绕在 桩上各圈缆绳张力之 和记为R • R离固定端距离为h
带缆桩受力计算
• 缆绳以8字形绕在缆桩 上，自由端的拉力随绕 在桩上圈数增加而减小 • 可按下式估算
T2i 1 T1e
靠岸移动总外力
• 式中：
R1 R R
2 L
2 T
RL—作用在船体上的纵向力
RT—作用在船体上的横向力
R1 R R
2 L
2 T 2 2
(R W R P ) (R a R v )
船舶在靠岸系泊中总外力
• 计算船舶在靠岸系泊中总外力R2时， 因船舶无移动，所以
Vs 0, R v 0
• 当系缆的一端与岸上系结后，将 系缆拉紧 ，按 8 字形式围桩柱绕 3～5圈便可将系缆固定
系缆8字形式绕桩图示
带缆桩分为铸造与焊接两种
• 铸造带缆桩有铸钢、铸铁、铸铜(青铜) 等几种 • 铸造带缆桩重量大，用螺栓固定在甲板 上，易引起漏水，对缆绳的磨损较大
• 除油船采用铸铁带缆桩，游艇采用铸青 铜带缆桩，铝质游艇使用铝质带缆桩外， 铸造桩已很少采用
2if
公式
T2i 1 T1e
2if
T1— 外力
i — 8字形缆索圈数
f — 摩擦系数，钢索为0.01～0.015 纤维索为0.3～0.4
• 焊接带缆桩全部由钢板焊接而成，安 装方便，因此使用广泛
• 焊接带缆桩与船体的连接有插入式和 带底板式之分 • 直径大的带缆桩常用双底板式 • 按结构型式，带缆桩又可分为直式、 斜式、单、双十字式和羊角式四种
带缆桩结构型式图示
直式带缆桩实物
带缆桩的应用
• 直式带缆桩有无档板和有挡板之分(挡 板的作用是防止缆绳向上滑脱) • 斜式带缆桩不用挡板，依靠倾斜角度 防止缆绳滑脱
4、单点系泊
• 为了解决超大型 船舶的停泊，或 在海上供油站进 行装卸作业
• 在60年代发展起 来的一种单浮筒 系泊方式 (SBM)
单点系泊系统(OCIMF)
• 按单点系泊标准系泊的船舶所使用 的系泊设备包括船上系泊设备和单 点系泊设备 • 船上应设首导缆孔、首制链器和导 向滚轮 • 单点系泊应配备系泊首缆、防擦链、 拣链索和漂浮设备
• 便于维护保养，可减轻劳动强度 • 合成纤维缆有横向强度弱、易伸长、浸水 后强度降低且会被突然拉断等缺点，在确 定安全系数时应对此加以考虑
2、系缆的配备
• 根据规范，按舾装数大小配备
• 拖缆和系缆可采用由植物纤维，合成 纤维或钢丝与植物纤维组成的缆绳 • 对于油船，建议拖、系缆全部采用植 物纤维或合成纤维的缆绳
• 在系泊中的风力可能较大，因此规定 横向风速Va=15m/s
• 其外力可按前面相同的公式计算
系泊总阻力
3.3 系缆
1、系缆的性能与规格
• 系缆应用重量轻、强度高、柔软、富 有弹性和耐磨损的缆索 • 在船上用作系缆的有钢缆、植物纤维 缆和合成纤维缆
（1）钢缆
• 强度高、单位重量轻，耐腐蚀，可用 作系缆、锚缆和拖缆
靠岸移动的总外力(1)
• 在大多数情况下，港内潮流不超过2 节 • 船舶在防波堤内停泊，一般不受潮流 的横向作用(即潮流方向沿船舶的纵 向流动) • 可以认为潮流力RW沿船舶纵向作用 • 在计算潮流力RW时，可取纵向潮流速 度VW=2节
靠岸移动的总外力(2)
• 在计算形状阻力RV时，可假定横向潮 流速度 VW 0 • 在靠岸移动中，假定船舶没有纵向位 移，船舶横向移动速度取为0.167m/s • 按以上假定，船舶在靠岸移动中的总 2 2 外力R1为 R1 R L RT
麻索的性质
• 油麻索耐潮，抗腐蚀性能好，但 柔性及抗张力较差 • 西沙尔索不耐潮，易腐烂，抗张 力也低，但价格低廉 • 白棕缆除具有耐潮抗腐的性能外， 且质地松软、弹性好，具有浮性， 强度也高
油麻的规格
• 白棕缆常作为小船和油船的主 缆，在大中型船舶上只作为备 用缆 • 油麻的规格习惯上以周长计， 每卷长220m或110m
• 在 R L / R1 10% 的设计条件下，可 假定 R1 为船体所受到的横向作用 力，即R1=RT • A 为在水平面内系缆与中横剖面 的夹角 • 简便起见，假设各系缆的 A 角相 同，计算中A取45o
算式
T1 R1 /(m cos B cos A)
• B 为在垂直面内各系缆的俯仰角，计 算中假定B=0 • m 为靠岸移动中，系缆绞车所收绞的 系缆根数；在大型船舶上常在船首 和船尾各同时使用两台系缆绞车， 此时m=4 • 为系缆拉力不平衡系数，在靠岸 移动中若在船首尾同时使用 4 台绞车， 则 取1.25
2 4
R a Ka Aa Va 9.8 (N)
2
• Aa—水线以上风压方向投影面积(m2) • Va—相对风速(m/s) 2、潮流阻力：
R W 0.1212A W [(VW VS ) 0.33(VW VS )] 9.8 (N)
2
潮流力计算式中
• Aw—设计船浸水面积(m2)
• 使用植物或合成时，其周长应不小于 63mm(d≥20mm)
系缆尺寸的计算方法
• 大型船舶也有按设计标准，通过计 算选定系缆绳的要素 • 计算船舶在靠岸移动中的总外力R1 • 靠岸移动中，用于首尾系缆绞车的 每根系缆所受拉力T1为
T1
(m cos B cos A)
R1
计算式 T1 R1 /(m cos B cos A)
船尾系泊的适用场合
• 一般在码头岸线长度受到限制的情况 下采用 • 风、流较大时，可在船首抛锚
• 船尾系泊方式多用于小船、小艇
• 舰艇编队采用船尾系泊方式可在紧急 启航时缩短驶离码头时间
船尾系泊的其他方式
• 多船并列 系泊时， 应同时在 各船间做 横向系结 • 某些内河船、渡船，也有采用船首 系泊的方式
• 适用船型 油船－100000DWT～200000DWT 矿砂船－25000DWT～65000DWT 散货船－10000DWT
《 JSDS造船舾装设计基准》
• 船舶在港口内系缆停泊时，可不计 波浪影响，此时船所受的外力有 1、风阻力： R a Ka Aa Va 9.8 (N)
2
0.0755（横向受风）（kg s /m ）； Ka 2 4 0.0429（纵向受风）（kg s /m ）；
（3）合成纤维缆
• 合成纤维缆种类很多，应用较广
• 常见的有聚酯、尼龙、聚乙烯、 聚丙烯等缆绳 • 这类缆绳质地软、强度高、重量 轻，在相同的破断拉力下，重量 约为钢缆的1/3，为白棕绳的 1/4~1/2
合成纤维缆的性质
• 有不蛀、不腐蚀、寿命长的优点
• 对交变负荷，颠跳、震动等工作条件的适 应性好