OCIMF系泊设备规范 1997第二版 第一章译稿
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案例 1: 理想化钢缆系泊 规格均为 42mm 钢缆 MBL 为 115 吨
缆绳号 60 节顺风 60 节 45 度方向船首斜向风 60 节横风
案例 2: 理想化的混合系泊方式
缆绳号 60 节顺风 60 节 45 度方向船首斜向风 60 节横风
缆绳布置同上,但是 2,4,11 和 13 号缆绳改用合成缆
水流方向
图 1.3 码头富裕水深对水流力的影响
在评价系泊方案时,必须将船体水流作用力加到风力的影响中去。一般来说,因流速 流向不同带来的水流力变化与风力作用方式很相象。但是龙骨下富裕水深对水流力的影响很 大,使得水流力评价变得更为复杂。图 1.3 说明了富裕水深的减少使得水流力作用加大。大 多数油码头的布置方向都是顺着潮流方向(稍微有点正负夹角),以尽量减小水流力。但是 一定要了解,即便是船体纵轴与潮流方向夹角很小(比如,5o)也会在船体上产生很大的横 向力。模型试验表明,25 万吨满载油轮在 2 米富裕水深的情况下,1 节的顺流也会产生 5 吨(49kN)的水流推力,而 1 节的横流则会产生 230 吨(2268kN)的水流推力。
图 1.4 系泊型式分析
假定为处于平直
假定为 0 度
艏艉缆
横向约束能力 = 2 × A = 2A 纵向约束能力 = 1 × B = 1B A = 艏艉缆许用工作载荷 B = 倒缆许用工作载荷
倒缆
长度相等
假定为 0 度
倒缆
艏艉缆
横向约束能力 = 2 × A × SIN 300 = 0.87A 纵向约束能力 = 1 × B × COS 300 + 1 × A × COS 300 × COS 300
· 缆绳的垂角必须保持最小。 缆绳越“平坦”,其约束船舶水平受力的效果就越好。 比较图 1.4 中的案例 1 和案例 2 就可发现,码头总长大对于系泊安全并没有好处;码 头系泊区长度与船长相近时系泊效果最好。虽然两个案例中所使用的缆绳数量相同,案例 1 中 (系泊区或码头较短)的载荷分布情况更好,每一根缆绳的载荷都已最小化。
载荷单位:吨
案例 3: 缆绳受力不理想
全部钢丝缆 缆绳号 60 节顺风 60 节 45 度方向船首斜向风 60 节横风
注:计算机程序假定缆绳未伸长或者破断。案例基于 25 万吨油轮压载情况。载荷条件如图所示。一旦风向变化,缆绳会空载(如图中所示);若想使之承担部分载荷的话,
就应当一直监管所有缆绳状态。
艏艉缆只能提供部分的横向限制力(见图 1.5);但是如果考虑到横缆起作用的话,由于缆绳 的弹性效应,艏艉缆的这种作用也会大大降低。
系泊缆绳的效能还受两个角度的影响:与码头面的垂直夹角和与船舷的水平夹角。垂 直夹角越陡,其限制水平载荷的效力越小。例如,缆绳垂直夹角为 45 o 时所起的作用只有其 直夹角为 20 o 时的 75%。类似地,缆绳水平夹角越大其约束纵向力的作用旧越小。
由于潮位升降或者装卸操作引起船体高度变化带来的缆力变化必须通过适当的系缆调 整进行补偿。
Hale Waihona Puke 1.2.1 风和流的推力 图 1.2 说明了风向和风速变化对船体风载荷的作用结果。 船体风载荷还与船体的暴露面积有关。在给定风速条件下,作用在 VLCC 船上最大横 向风载荷将是最大顺风风载荷的 5 倍。例如,空载 25 万吨油轮,50 节横风的最大横向风载 荷是 320 吨(3138kN),而同样风速顺风的最大风载荷是 60 吨(588kN)。
某些方向上有强风或急流时,采用非对称系泊方式回更好。也就是说,在船的一头增加缆 绳(横缆)。
另外一个考虑因素是要优化缆绳长度。所有缆绳的垂直角度都应小于 25 o 。例如,如果船 上的导缆钳高于岸上系缆钩 25 米,则系缆钩与导缆钳的水平距离应当大于 50 米。
从系泊效率和缆绳照管的角度来说,缆绳长一点是有好处的。但如果采用的是纤维缆,由 于缆绳伸长量增加,船舶运动量增大,从会而危及输油臂;所以这反而变成了缺点。图 1.7 演 示了缆绳长度对于缆绳照管的影响。
= 0.87B + 0.75A
纵向约束能力只考虑纵向受力;如果出现横向力的话,由于艏艉缆中相反的力,则纵向约束会进一步降低。而且,本例中忽
视了缆绳弹性影响,而它会进一步降低纵向约束能力。
图 1.5 缆绳方位对约束能力的影响
1.4 缆绳弹性
系泊系统中缆绳的弹性具有很重要的意义: ―― 缆绳弹性越高,它能吸收的动态载荷就越大。因此,在船靠船倒载作业,或者 涌浪较大的开倘式码头,愿意采用高弹性缆绳。 ―― 另一方面,高弹性意味着船舶载系泊时的运动量更大,会使输油臂或者软管出 现问题。增大的运动量还会在系泊系统中产生附加的动能。 ―― 第三,也是更重要的一点是,缆绳的弹性会改变缆绳之间受力分布。上面图 1.5 中上半部所示的简单的 4 绳系泊型式,虽然对于缆绳弹性不敏感,但是只适用于游艇等小 船。由于单根缆绳的截面尺寸限制,大型船舶系泊需要更多的缆绳。除了倒缆之外,如果 所有其他缆绳所分担的载荷,都能达到其破断强度相同的百分比,这样的约束条件才是最 优的。要想实现良好的载荷分担效果,必须理解下列基本原理:
· 如果将两条弹性不同的缆绳从船上系到同一个缆钩上,即使其方位完全相同, 较硬的那一条也总会承担大部分的载荷(假定绞车的制动器已经张紧)。原因在于,如 果两条缆绳必须伸展同样长度,其结果必然是较硬一条要承担大部分载荷。这时,分 担载荷的差异取决于两条缆绳的弹性的差别;通常这种差别相当大。
缆绳弹性的决定因素有: · 材料 · 结构 · 长度 · 直径
1.3 系泊型式 船舶和码头之间缆绳的几何布置方式称为系泊型式。 能够抵抗任意给定的自然环境载荷最有效的缆绳走向就是将其设置成与该载荷方向一 致。但是,由于码头的自然环境和设计形式各有不同,环境载荷的方向和系泊点位置变化极 大,实际上很难做到这一点。一般而言,码头的系泊型式必须能够应付来自各个方向的环境 影响力。 码头的设计者和营运者应当清楚的是,倒缆和横缆的作用是完全不同的。几组倒缆要 在两个方向(前后)上限制船体移动,横缆只是在一个方向上限制船体离开码头;限制船体 靠向码头方向则要靠护舷和靠船墩来承担。如果倒缆被预张紧的话,只有一对倒缆之间的力 差才可用于限制船体纵向移动。这也是为什么不允许使用自张紧绞车的原因之一(参见后面 第七章)。 有些系泊型式中的艏艉缆是作用在纵向和横向之间(约 45O 方向)。这种布置方式中缆 绳的纵向分力起的作用与倒缆相同,而其横向分量起的作用与横缆相同。但是,在缆绳张紧 的情况下,相对着的艏艉缆力的纵向分量会相互抵消,因此对于限制船体纵向移动不起作用。
· 一般而言,布缆时应采用统一规格相同材质的缆绳。如果因为船方设备问题做不到这 一点,则应保证同样功能的所有缆绳(如各条横缆,倒缆,艏缆等)是同样规格材料的。例如, 所有的倒缆都是钢缆,而所有的横缆都是合成纤维缆。
打倒岸上的头几条缆绳可以是合成缆;即便后续的主缆都是钢缆,只要在最后总的系泊约 束能力中不考虑加入这些纤维缆(除非该组缆绳都是同样材料的)的因素即可。
1.7 码头系泊系统的管理 良好的码头系泊系统需要的是严格的规章制度,维护良好的设备,经过培训的操作人员,
中心偏移距离
横风作用力
45 度方向风力
作
增
用
加
在
船
上
的
风
载
荷
顺风作用力
作 用 在 船
上 的 风
载 荷 参 考
值
风速
增加
横风作用力 顺风作用力 风向,从船首看
图 1.2 作用在船体上的风力
O 风力
5 倍吃水,或以上 1.6 倍吃水
0.5 倍吃水 0.2 倍吃水
出了绝对顺风、绝对背风,或绝对横风之外,风力的作用方向并不会与风向角度完全 相同。例如,25 万吨油轮船首 45o 方向吹来的风,其风力作用点则是在船首 80o 方向上。 力作用点将偏向船体横轴中心线,使船体产生偏航运动。
1.6 系泊操作注意事项 上面的系泊指南只是考虑了对系泊载荷分配进行优化的原则性问题。实际上,在特定的码
头最终选择系泊型式时还要考虑当地的气象条件、操作条件、泊位几何形状,以及船舶设计条 件。例如,在帮助靠泊和离泊时,有的船长愿意使用艏艉缆,而有的则可能会用倒缆。有些泊 位的系缆钩太靠近船体,而且横缆的带缆条件又不好;或者系船柱的位置使得倒缆在空载情况 下的垂直夹角太大(此夹角过大将大大降低约束能力),这时使用艏艉缆可能更好。
OCIMF 系泊设备规范 1997 第二版 第一章
QZJ 译
PDA, 2007.10.04
第一章 系泊原理
1.1 概述 1.2 作用在船舶上的力
·风 ·海流 ·潮汐 ·过往船舶引起的涌浪 ·波浪 ·冰 ·吃水变化
通常,如果系泊方案是按照适应最大的风和流载荷来设计的,则其储备强度足以抵抗 其它可能出现的中等外力。但是如果码头现场有明显的涌浪、波浪和冰况,就应当单独考虑 其对系泊载荷的影响。除了通过模型试验、现场测量、或者进行动态计算机模拟之外,很难 对这些力进行分析。在那些存在上述特殊情况的码头,当船方有所反映时,就应当意识到可 能是超出了正常的泊稳条件,应当采取相应的测量措施以查明情况。
缆绳长度对载荷分配的影响不容忽视。如果两条并行的缆绳,其直径,结构和材料都 一样的话,一条 60 米长的钢缆所承担的载荷只有那条 30 米缆绳的一半。
缆绳种类相同时,其直径和结构形式也会影响其弹性,只不过相比之下不如缆绳材料 和长度的影响那么大。
A) 缆绳材质的影响
钢缆 聚丙烯缆
尼龙缆
不可接受
缆绳直径和 类型相同
艏艉缆对于这种码头的系泊安全基本上不起多大作用。如果横缆和倒缆布置良好的话 就可以对船舶有效地系泊(事实上在其船长范围内系泊才有效)。若要使用艏艉缆,不但需要多 增加两个系船墩,而且在可用的缆绳数量受限制的情况下,会降低此系泊型式总的系泊约束效 果。其原因在于艏艉缆的更长,由此带来弹性更大,以及布置方向不佳。通常只在需要做机动 安排,或者码头布置几何形式及现场涌浪和气象条件需要时才用到艏艉缆。显而易见的是,小 船靠在大码头上时,由于泊位长度的原因可能会要用到艏艉缆。