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系泊设备指南
第一章系泊原则
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。
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。
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。
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80o。
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。。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。
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。(,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张力,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。关于恒张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。,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。
系泊缆的弹性是衡量它在载荷下延伸能力的标准。在给定载荷下,一条弹性绳会比僵硬的绳延伸更长。弹性在系泊系统中起很重要的作用,原因如下:
l 弹性越好能吸收更大的动态载荷。因为这个原因,对于船对船转货操作或者在码头阻碍摇动和肿胀,高弹性是很让人满意的。
l 另一方面,高弹性意味着船会在泊位上移动更远,这会引起装卸臂或者装卸软管的一些问题。这样的移动还会在系泊系统上产生额外的动能。
l 第三并且最重要的一方面就是弹性会影响几根系泊缆上力的分布。,但是仅适用于轮船或者很小的船。由于个别缆绳的尺寸限制,很多缆绳必须用于更大的船。通常都实现了最优约束如果所有缆绳,除了斜系船缆,被强调为它们抗断强度的相同百分数。如果能理解下面的原则,就能实现好的负载分配。
总则是如果两根不同弹性的缆绳连接船在同一点,弹性差的那一根通常承受更大载荷(假设设置有绞缆机刹车)即使方向都精确地一样。原因是两根缆绳都必须延伸相等的距离,就因为这样,弹性差的那一根承受更大载荷。受载的相对偏差会取决于弹性的不同,并且会非常大。
系泊缆的弹性取决于下面的因素:
l 材料
l 结构
l 长度
l 直径
。最需要注意的点是钢丝绳和纤维缆绳在弹性上有显著差异和缆绳长度对弹性的影响。,例C展示了一个适宜的系泊,即每根绳索都被适当地施加自己相应的抗断强度的相同百分比的力。
钢丝系泊缆非常僵硬。6*37结构的钢丝绳在使材料开始永久变形的载荷下的延伸大约有原长的百分之一。(更完整的讨论见第六节)。在相同的载荷下一根聚丙烯绳的延伸量可能是钢丝绳的十倍。因此如果一根钢丝绳和纤维绳索并行,钢丝绳会承受几乎所有的载荷,而纤维绳索几乎不受力。不同类型纤维绳之间的弹性也具有差异性,虽然这种差异没有纤维绳和钢丝绳之间的重要,但也会影响载荷分布。比如芳纶纤维绳的弹性比其他合成纤维绳小,在和其他常见合成纤维并行时就会承受大部分的载荷。
材料对载荷分布的影响是具有决定性的,并且应该避免使用混合系泊在类似使用上,比如前倒缆。在一些案例中,纤维缆绳可能几乎不受力,而在同时某些绳子承受重负荷,可能接近它们的抗断强度。不同弹性的混合纤维缆绳也一样,即使差异很小。
,通过比较例1和例2(注意轻载荷是纤维绳2,4,11和13,钢丝绳上的载荷从最大57公吨(559KN)增长到最大88公吨(863KN))。
载荷分布也必须考虑线长的影响。线弹性跟线长有直接的关系,并且对线载荷有很大的影响。一条60m长得绳承受的载荷大约仅为一条同尺度、同结构、同材料的30m长的平行的和相近绳的一半。给定类型的绳的弹性会随着它的直径和构造变化而变化。通常这个因素不需要很关心,因为与绳强度有关的负载是决定性因素而不是绝对负载。
,由此产生出系泊指南。指南假定被系泊的船舶可能会从任意方向突遇强风或者强水流。
系泊绳应该尽可能均衡安置在船舶中点。(一个匀称的布置相对于非匀称的布置更有可能确保一个好的负载分布。)
横缆应该尽可能垂直船体纵向中心线以及尽可能远离船首和船尾。
斜系船缆应该尽可能平行于船体纵向中心线。
首尾缆绳在锚位处束缚船舶一般不会有效。拥有好的横缆和斜系船缆的系泊设备能够更有效地系泊船舶,事实上是在自己本身长度以内。首尾缆绳的作用需要两个额外的系泊柱和降低一个系泊缆布局的总约束效率由于一部分有用的缆绳收到限制。这是由于它们的过多的长度,导致了更高的弹性和更差的适应性。它们只能用在特需的操作目的或者必须的当地的码头结构、汹涛力或者天气条件。显然的,为大船恰当地设计的小船台由于码头结构可以使用首尾缆绳。
系泊缆绳的垂向角度应该保持到最小值。
系泊缆角度越平缓,缆绳能更有效的抵抗所施加在船舶上的水平载荷。
,一艘船一般在它自身长度内能够更加有效的系泊。尽管在每一种情形下所用的缆绳数目相同,当时情况1导致了更好的载荷分布,是没一个单独的缆绳上的载荷最小。
一般的,相同的尺寸和类型(材料)的系泊缆用作为全部缆绳。由于可利用的设备使之不可能,正在使用的所有缆绳,比如横缆、斜系船缆、艏缆等应该是相同的尺寸和类型。打个比方,所有的斜系船缆应该是金属线,所有的横缆应该是混合绳。
岸上的绳子应该是混合绳,即使主要的系泊缆都是金属绳。只要实现了纤维绳不会加到最后的系统约束能力里是可以接受的,除非组内所有缆绳都是同一种材料所制成。
如果艉绳使用金属线,那么同尺寸和类型的艉绳都应该被使用为了运行在同一服务中。
混合艉绳通常被使用于金属绳的尾部用来允许更简单的操作并增加缆绳的弹性。11米的尼龙艉绳的增加将会增加45米长的金属绳的弹性5到6倍()。
系泊缆应该被安置以便在统一服务区内的所有缆绳与在船上绞车和系船柱之间的距离相同。缆绳的弹性直接取决于缆绳的长度,短绳承担更多的载荷。
以上所编制出来的系泊指南是为了优化系泊时的载荷分布。实践中,对于给定的锚位,最后所选的系泊缆布局依然必须考虑当地操作环境和天气情况、码头结构和船舶的设计。比如说,一些驾驶者期望首尾缆绳可以辅助船舶驶进、移动或者驶出锚位,然而其他驾驶者可能用斜系船缆达到这个目的。在系泊点离船舶太近同时不能提供好的横缆的时候,或者在系船柱的位置处以便斜系船缆在轻载状态下将会有过多的垂向角度,首尾缆绳将会很有用。这些过多的角度将会导致降低相当多的约束能力。
来自确定方向的强风和气流可能拥有一个非对称的系泊设备将会很令人满