船锚的工作原理蕴含着精妙的力学原理。当船舶需要停泊时,船员将船锚抛入水中,船锚在自身重力和锚链拉力的作用下迅速下沉至海底。船锚的锚爪是其抓入泥土的关键部分,锚杆的作用使得锚腕所在平面垂直于水底,此时锚爪与水底接触。由于船舶的锚链长度往往大于水深,在水底部分的锚链处于平躺状态。
当船舶受到风浪、海流等外力扰动时,锚链被拉动,处于水底的锚在锚链连接处受到一个水平力的作用,同时船锚自身的重力作用于锚爪与水底的接触点,两力合成使得锚向斜下方运动,这便是锚入土的过程。锚拉入水底之后,便如同在海底生了根,为船舶提供停泊的能力。锚抓力是锚入土后所能承受的最大水平拉力,大约为锚重的5 至 7 倍左右,最大可达 10 倍 ,它与锚重量和每米链重成正比。而链的抓力则为卧底锚链与海底之间的摩擦力,锚链越长,与海底的摩擦力就越大,提供的抓力也就越强,船只也就越不容易被海浪推移。
船舶稳守“阵地” 的关键因素(一)锚地选择
锚地的选择是船舶稳守“阵地” 的第一步,也是至关重要的一步。在选择锚地时,需要综合考虑诸多自然条件和环境因素。海底地形和底质是影响锚抓力的关键因素,软硬适度的沙底和粘土质海底抓力较好,泥沙混合底次之,硬质泥底较差,石底则不宜抛锚。锚地的海底地形以平坦为好,若坡度较陡(等深线较密)则将影响锚的抓力,容易出现走锚。水深也是一个重要的考量因素,一般来说,所选锚地的水深应在船舶吃水的基础上,考虑潮高、波高及船舶的摇摆状况,确保在低潮时具备足够的富余水深。同时,要注意锚地最大水深一般不得超过一舷锚链总长的1/4 ,否则将会影响锚的抓力,老旧船舶甚至可能出现起锚困难。
此外,水流和风浪的情况也不容忽视。水流宜缓而方向稳定,以减少对船舶的冲击力;水域周围的地形应能成为船舶躲避风浪的屏障,以保证锚泊水域海面的平静,避免在其出口常为迎风的水域锚泊。所选锚地还应远离航道或水道等船舶交通较密集地区,以及无海底电缆等水中障碍物的水域,以确保船舶的安全。
(二)抛锚操作
抛锚操作是船舶稳守“阵地” 的关键环节,需要船员具备丰富的经验和熟练的技能。抛锚的方式主要有三种:一是船速接近零让锚自由落下,这种方式适用于浅水区(水深 25 米以内)且海底为软质的情况;二是用锚机下放并刹车控制,先用锚机把锚送到距海底 10 米左右时,脱开锚链离合器后用刹车控制下锚,适用于水深 25 米到 50 米的范围,但存在锚撞击到坚硬岩石底质可能损坏锚的风险;三是锚机直接放至海底,抛锚时船对地不得有前进速度且船对地后退速度不得超过锚机马达的速度(通常等于小于 0.3 节),控制船速至关重要,否则易造成锚机的损坏,适用于水深超过 50 米的情况 。
在抛锚过程中,合理控制锚链长度和速度是确保锚能有效抓底的关键。下锚的锚链卧底水平长度对锚的抓力有重要的作用,船级社指导范围为6 - 10 ,如果此比率过小,可能会将锚链从海底提起,从而导致锚抓力的降低,易导致走锚。最初抛出锚链长度在水深的 2 倍左右,待确定锚已抓底后,再徐徐松出锚链至要求长度。在大风浪或者水流较急的水域,将锚链松至计划出链节数的最后两节时刹住,若锚链很吃力则松,这样连续重复几次,以防止锚链受损或断链,直到松出所需节数时刹牢,既安全又省时。
(三)锚泊值班
锚泊值班是船舶稳守“阵地” 的重要保障,值班人员需要时刻保持警惕,密切关注船舶的状态和周围环境的变化。在锚抛下时,应立即测定船位,并在海图上标出锚位和回旋范围,对锚地的潮汐、流向、水深、底质、周围情况及当地气象应做好记录并记入航海日志。情况许可时,应经常利用固定航标或岸上容易辨认的物标,校核船舶是否保持在锚位上。
值班人员要确保维持有效的瞭望,注意周围锚泊船的情况,尤其是位于上风或上流方向锚泊船的动态,以防他船走锚危及本船安全;关注来泊船的锚位是否与本船有足够的安全距离,如若过近,应设法通知对方并报告船长;如过往船舶或邻近锚泊船起锚离开时距本船过近,应严密注视其动态,如判断对本船有威胁时,应以各种信号警告对方。同时,要以适当的时间间隔巡视全船,注意船舶吃水、龙骨下富余水深以及船舶的一般状态,观测气象、潮汐和海况的变化,注意锚位、锚链受力、船首偏荡的情况,在转流时,注意船身回转及周围船舶动向,必要时采取紧急措施。
(四)锚链与设备维护
锚链与设备的维护是船舶稳守“阵地” 的基础,定期的检查和保养能够确保锚设备的正常运行,提高船舶的安全性。锚链在长期使用过程中,会受到磨损、腐蚀等影响,因此需要定期检查链环、卸扣是否有裂纹、变形和结构松动情况及磨损程度,注意锚链标记是否清晰,如有脱落应及时补做。锚链的最大厚度磨损不允许超过其直径的 12%,若发现已损耗接近这个临界值,则使用时要非常小心以免超过其负荷。平时要轮流使用左右锚,以减少锚链的磨损。
对于锚及相关设备,如D 型卸扣、转环、锚机、刹车等,也需要进行细致的检查和保养。日常注意检查 D 型卸扣的磨损和变形情况,并观察插销是否松动,发现问题要及时消除隐患;检查转环是否正常灵活;定期检查锚机刹车是否良好,离合器要勤加油,保证操作灵活轻便;链轮的齿轮箱内要经常加油并保证油质清洁无杂质,注意观察齿轮和刹车杆的螺纹等的磨损状况。锚链制链器平时要保持活络,经常除锈油漆;锚链筒上下口的口唇处易磨损,应经常检查其磨损情况,修船时进行堆焊磨光。
应对挑战:恶劣天气下的船舶锚泊
恶劣天气是船舶锚泊时面临的最大挑战之一,强风、巨浪、急流等恶劣天气条件会对船舶锚泊产生严重影响。强风会增加船舶的受力,使锚链承受更大的拉力,容易导致锚链断裂或走锚;巨浪会使船舶产生剧烈的摇晃和颠簸,影响锚的抓地力,增加走锚的风险;急流则会改变船舶的位置和方向,使锚链受力不均,也容易引发走锚事故。
为了应对恶劣天气的挑战,船员需要提前关注天气预报,了解天气变化趋势,做好防范准备。在恶劣天气来临前,应适当增加锚链长度,以增加锚的抓力和船舶的稳定性。一般来说,在正常天气下,锚链长度与水深的比例为3 - 5 倍,而在恶劣天气下,这个比例可增加至 5 - 7 倍甚至更多。加抛止荡锚也是一种有效的应对措施,止荡锚可以减少船舶的偏荡,降低锚链的受力,提高船舶的稳定性。使用车舵配合也能起到一定的作用,通过调整船舶的航向和速度,使船舶的受力更加均匀,减少锚链的受力。
在恶劣天气下,船舶走锚是一种常见且危险的情况。当船舶受到的外力超过锚和锚链的抓力时,就会发生走锚。走锚可能导致船舶与其他船舶或障碍物发生碰撞,造成严重的事故。为了及时发现走锚,船员可以利用雷达、GPS 等设备勤测船位,观察船舶的位置变化;也可以注意锚链的状态,正常锚泊时,锚链常有周期性地松紧、升降现象,若锚链表现为持续保持拉紧状态或突然松动的现象,说明有可能在走锚,此时用听觉或手感到锚链间歇性地剧烈抖动。一旦发现走锚,应立即采取措施,如加抛另一锚并使之受力,通知机舱紧急备车,谨慎松长锚链,动车以减轻锚链受力等 。
总结与展望
船锚在船舶稳守“阵地” 中发挥着不可替代的关键作用,它是船舶安全锚泊的核心设备。保障船舶锚泊安全需要综合考虑锚地选择、抛锚操作、锚泊值班以及锚链与设备维护等多个要点。在锚地选择上,要充分考虑海底地形、底质、水深、水流和风浪等因素,确保锚地的安全性和适宜性;抛锚操作时,要根据不同的水深和底质选择合适的抛锚方式,合理控制锚链长度和速度,确保锚能有效抓底;锚泊值班人员要时刻保持警惕,密切关注船舶状态和周围环境变化,及时发现并处理异常情况;定期对锚链与设备进行维护,能够确保设备的正常运行,提高船舶的安全性。
展望未来,随着科技的不断进步,船舶锚泊技术也将迎来新的发展方向。智能化锚泊系统的研发和应用将使锚泊操作更加精准、高效和安全。通过引入先进的传感器和控制系统,实现对锚泊设备的实时监测和远程控制,提高设备的智能化水平,现在新造CAPE 船基本都配套智能锚机系统,具备机旁操控、驾驶室操控和岸基远程操控三种控制功能,还配置了一键备锚、一键抛锚和一键收锚三项智能功能 。新型材料和结构的应用也将为船舶锚泊技术带来新的突破,采用新型高强度材料,如碳纤维复合材料、钛合金、铝合金等,能够降低锚泊设备的重量,提高其承载能力和耐腐蚀性,同时优化锚的结构设计,提高锚的抓力和稳定性。相信在未来,船舶锚泊技术将不断创新和发展,为船舶的安全航行提供更加可靠的保障。
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