岸基滑車(chē)在開(kāi)敞式碼頭加強(qiáng)系泊中的應(yīng)用

岸基滑車(chē)在開(kāi)敞式碼頭加強(qiáng)系泊中的應(yīng)用

增設(shè)纜繩約束船上安裝的所有類(lèi)型的系泊電纜的數(shù)量和比例都確定了。船舶系泊于開(kāi)敞式碼頭時(shí),如果現(xiàn)場(chǎng)有較大的風(fēng)、浪、流等異常環(huán)境作用力,就需要額外提供附加纜繩,對(duì)船上已有的纜繩約束進(jìn)行補(bǔ)充,以避免產(chǎn)生因斷纜、松纜等事故導(dǎo)致的船舶漂移,及由此引發(fā)的船舶擱淺、碰撞等海事災(zāi)害。在大連港VLCC泊位系泊系統(tǒng)改造中,我們做了一些加強(qiáng)系纜方面的研究工作,取得較好的應(yīng)用效果。1一般加強(qiáng)系統(tǒng)分布方法及比較目前,碼頭加強(qiáng)系纜的方法主要有以下3種:1.1輔助纜繩不壓緊開(kāi)敞式碼頭上常用的系纜設(shè)施有快速脫纜鉤和系船柱。需要加強(qiáng)系纜時(shí),會(huì)臨時(shí)使用由港方提供的纜繩或使用船上的備用纜繩,一頭系在碼頭脫纜鉤或系纜柱上,另一頭挽到船上的纜樁上。這樣的輔助纜繩其兩端都沒(méi)有帶纜機(jī)械,纜繩很難張緊;靠人工搬動(dòng)沉重的鋼纜來(lái)挽樁也很不容易。由于纜繩預(yù)張緊力不同、纜繩彈性也可能不同(岸纜和船纜混用時(shí)),導(dǎo)致整個(gè)系泊系統(tǒng)的纜繩受力不均,容易產(chǎn)生依次的脫/斷纜事故。所以這種加強(qiáng)系纜方法的約束效果有限,在大噸級(jí)碼頭正常營(yíng)運(yùn)中很少采用。1.2纜系與船纜不同有的碼頭采用將船用系泊絞車(chē)安裝在岸上,從碼頭向船上提供岸纜的方法來(lái)加強(qiáng)系纜。這種方法的缺點(diǎn)在于:1)岸纜及其尾繩的材質(zhì)、直徑等參數(shù)很可能與船纜不同,造成纜繩間彈性有異,難以平衡纜力;2)岸纜和船纜需要港方和船方分別照管,在纜繩的調(diào)整和看護(hù)上很難保持一致性。尤其在出現(xiàn)緊急情況需要快速脫纜離泊時(shí),難以統(tǒng)一協(xié)調(diào)行動(dòng),易出現(xiàn)差錯(cuò);3)系泊絞車(chē)體積龐大,而且還需要配套岸上導(dǎo)纜器。而墩式碼頭平臺(tái)或一字碼頭前沿的面積狹小,在絞車(chē)與脫纜鉤的排布上有困難,壓縮了碼頭操作人員的活動(dòng)空間。所以,岸基絞車(chē)法并不被看好,不太適合用于油、氣碼頭。1.3岸基滑車(chē)法trt文獻(xiàn)中介紹了一種國(guó)際上已經(jīng)常見(jiàn)的加強(qiáng)系纜方法,即采用可快速脫放的岸基滑車(chē),將船上的纜繩繞過(guò)岸上的滑車(chē)再送回船上去,業(yè)界稱(chēng)之為“打回頭纜”法。除了滑輪可以轉(zhuǎn)動(dòng),使兩側(cè)拉力平衡外,這種滑車(chē)的基本原理與快速脫纜鉤類(lèi)似,它可以實(shí)現(xiàn)絞纜、帶纜、應(yīng)力監(jiān)測(cè)、快速脫纜和遠(yuǎn)程脫纜等多項(xiàng)功能。岸基滑車(chē)在油碼頭和LNG碼頭都有應(yīng)用先例,例如德國(guó)威廉港煉廠VLCC碼頭和印尼邦坦LNG3號(hào)泊位等。岸基滑車(chē)法的優(yōu)點(diǎn)是:1)將船上的1根纜繩變成了2根,而從船上放纜的作業(yè)方式不變,對(duì)原有的帶纜作業(yè)沒(méi)有影響,仍屬于船方照看纜繩;2)所增加的纜繩還是船纜,材質(zhì)、直徑等參數(shù)不變,除需注意尾繩長(zhǎng)度變化引起纜繩彈性波動(dòng)(可用增加備用尾繩方式解決)外,整條船的纜繩彈性相近;3)與現(xiàn)場(chǎng)使用的快速脫纜鉤一樣,可快速脫纜;4)可安裝測(cè)力傳感器,便于碼頭應(yīng)用中央纜力監(jiān)控系統(tǒng);5)體積小,占地面積小。便于系纜墩上設(shè)備布置,從而適應(yīng)船上各種出纜口形式,避免交叉帶纜。岸基滑車(chē)法的缺點(diǎn)是:1)拖帶更長(zhǎng)的纜繩較為困難,特別是不采用帶纜艇而在碼頭直接帶纜時(shí);2)尾繩盤(pán)回甲板時(shí)特別要注意防止磨損;3)將尾繩栓到船上的纜樁上,相當(dāng)于2根纜繩只用了1根尾繩。尾繩長(zhǎng)度縮短,就降低了纜繩的彈性。故必要時(shí),應(yīng)再串用1根備用尾繩。計(jì)算系泊約束能力時(shí)必須考慮這一點(diǎn)。2實(shí)際使用工作需要做多做相比其它兩種方法,岸基滑車(chē)法的優(yōu)點(diǎn)是明顯的。但實(shí)際使用時(shí)還需要做不少工作。OCIMF文件并未給出有關(guān)應(yīng)用岸基滑車(chē)更詳細(xì)的資料,如帶纜操作方法,岸基滑車(chē)在碼頭上的布置形式等。2.1基滑車(chē)系泊墩上的纜布置在開(kāi)敞式碼頭采用岸基滑車(chē)進(jìn)行系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì),應(yīng)考慮下列問(wèn)題:1)岸基滑車(chē)主要參數(shù)應(yīng)滿(mǎn)足相應(yīng)國(guó)際規(guī)范,與VLCC的系泊設(shè)備相適應(yīng);2)岸基滑車(chē)在系泊墩上的布置形式,應(yīng)能適應(yīng)與VLCC油輪的出纜口組態(tài)形式的變化,避免交叉帶纜。3)除岸基滑車(chē)的回頭纜利用輔纜導(dǎo)纜孔外,其它纜繩均利用主纜導(dǎo)纜孔。4)回頭纜盡可能從本組絞車(chē)的備用導(dǎo)纜孔挽回。5)每個(gè)系纜墩上帶纜的數(shù)量受限于墩體穩(wěn)定性設(shè)計(jì)指標(biāo)。在VLCC系泊情況下,每個(gè)系纜墩的帶纜數(shù)量不超過(guò)4根。6)岸基滑車(chē)的帶纜操作應(yīng)盡量方便;拖帶回頭纜的作業(yè)時(shí)間應(yīng)不大于用脫纜鉤系帶1根纜繩正常作業(yè)的2倍時(shí)長(zhǎng)。2.2葉片絞車(chē)之間的安裝形式如何優(yōu)化碼頭墩上滑車(chē)和脫纜鉤的布置,是常常被忽視的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)對(duì)數(shù)十條船舶系泊圖的研究和碼頭現(xiàn)場(chǎng)對(duì)船上出纜口的觀察發(fā)現(xiàn),由于船用系泊絞車(chē)有左、右兩種形式(見(jiàn)圖1),每條船上不同部位選用的絞車(chē)形式可能不一樣,用作橫纜的多臺(tái)絞車(chē)之間的主、輔出纜孔排列組合形式也各異(見(jiàn)圖2)。如果不注意滑車(chē)和岸基絞車(chē)之間的安裝位置問(wèn)題,有可能出現(xiàn)交叉帶纜的情況。例如,采用1臺(tái)滑車(chē)和1臺(tái)(三鉤)脫纜鉤的布置形式(見(jiàn)圖3),就可能會(huì)出現(xiàn)的交叉帶纜情形(見(jiàn)圖4)。3脫纜鉤的設(shè)計(jì)參數(shù)目前,快速脫纜鉤、岸基滑車(chē)等岸上快速脫纜裝置,國(guó)內(nèi)外都還沒(méi)有相應(yīng)的行業(yè)或國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)廠家通常參考起重機(jī)方面的規(guī)范(GB5905,ISO4310)來(lái)選取設(shè)計(jì)載荷等相關(guān)參數(shù)。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),如果按照OCIMF有關(guān)船用系泊設(shè)備規(guī)范來(lái)設(shè)計(jì)似乎更為簡(jiǎn)便。與脫纜鉤一樣,岸基脫纜滑車(chē)最主要的設(shè)計(jì)參數(shù)是其安全工作載荷及試驗(yàn)載荷。國(guó)內(nèi)外主要脫纜鉤制造商的產(chǎn)品規(guī)格見(jiàn)表1。3.1確定滑翔機(jī)的基本特點(diǎn)3.1.1纜系纜樁設(shè)計(jì)荷載岸基滑車(chē)上所系的纜繩,一頭來(lái)自船上的絞車(chē),另一頭又系在船上的纜樁上?；?chē)設(shè)計(jì)參數(shù)也必然與船上的絞車(chē)和纜樁參數(shù)緊密關(guān)聯(lián)。但相關(guān)船舶系泊設(shè)備規(guī)范中的語(yǔ)義和要求并不一致,且同一規(guī)范的不同版本間也有不小變化,如:1)系泊絞車(chē)的制動(dòng)力:船級(jí)社要求取纜繩最小破斷強(qiáng)度(MBL)的80%;OCIMF要求在出廠時(shí)和使用中分別將絞車(chē)制動(dòng)力設(shè)定為纜繩最小破斷強(qiáng)度(MBL)的80%和60%。2)系纜樁的設(shè)計(jì)載荷:ISO3919標(biāo)準(zhǔn)中,取“單繩索的最大載荷”。船級(jí)社(如LR和CCS)要求纜樁設(shè)計(jì)負(fù)荷取“系索破斷強(qiáng)度的1.25倍”,安全工作負(fù)荷則取“設(shè)計(jì)負(fù)荷的80%”。而對(duì)于拖輪上使用的拖鉤(原理與岸基快速脫纜鉤相同),則規(guī)定“拖鉤的破斷強(qiáng)度一般應(yīng)為拖索破斷強(qiáng)度的1.5倍”。OCIMF《系泊設(shè)備指南第二版》(1997)的規(guī)定見(jiàn)表2。導(dǎo)纜器的設(shè)計(jì)載荷考慮了絞車(chē)制動(dòng)力問(wèn)題(0.55MBL)。OCIMF《系泊設(shè)備指南第三版》(2007)規(guī)定見(jiàn)表3。設(shè)計(jì)載荷及試驗(yàn)載荷均與最小破斷載荷與形狀系數(shù)有關(guān);試驗(yàn)載荷與設(shè)計(jì)載荷相等。3)起重機(jī)規(guī)范規(guī)定的試驗(yàn)載荷GB/T5905—1986《起重機(jī)試驗(yàn)規(guī)范和程序》中規(guī)定,試驗(yàn)載荷應(yīng)為1.25P(P=額定起重量)。3.1.2船型資料統(tǒng)計(jì)分析要確定岸基滑車(chē)的安全工作載荷,必需了解碼頭設(shè)計(jì)船型船舶纜力的大小。就纜繩最小破斷強(qiáng)度、絞車(chē)制動(dòng)保持力和纜樁安全工作載荷這三項(xiàng)指標(biāo),我們對(duì)260多條VLCC船型資料進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表4。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果可見(jiàn),“纜繩最小破斷強(qiáng)度”一項(xiàng)的均值和代表值與“纜樁安全工作載荷”一項(xiàng)的代表值相當(dāng)接近。3.1.3按ocimf法驗(yàn)算滑車(chē)的安全試驗(yàn)載荷1)按船級(jí)社規(guī)范關(guān)于拖鉤的要求確定岸基滑車(chē)設(shè)計(jì)載荷和試驗(yàn)載荷設(shè)計(jì)載荷:式中:SWL—岸基滑車(chē)設(shè)計(jì)載荷(安全工作載荷)MBL—纜繩最小破斷強(qiáng)度,按統(tǒng)計(jì)平均值取1150kN。試驗(yàn)載荷:DBL=1.5SWL=3450kN(安全系數(shù)取1.5)式中:DBL—岸基滑車(chē)試驗(yàn)載荷。2)按照OCIMF方法驗(yàn)算岸基滑車(chē)的受力原理與船用轉(zhuǎn)向?qū)Ю|器(圓頭滾輪導(dǎo)纜器)相同。按照OCIMF《系泊設(shè)備指南第三版》(2007)的方法驗(yàn)算滑車(chē)的安全工作載荷:SWL=DBL/GF=345/2=1725kN式中:GF—形狀系數(shù),取2(回頭纜,相當(dāng)于系兩根纜繩)可見(jiàn),按OCIMF新版規(guī)范的方法計(jì)算所得的滑車(chē)安全工作載荷(既纜繩最小破斷強(qiáng)度),其數(shù)值大于VLCC的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中纜繩破斷強(qiáng)度的最大值。說(shuō)明,按船級(jí)社方法的取值偏大一些,更偏于安全和保守。如直接按OCIMF方法計(jì)算的話(huà),應(yīng)取滑車(chē)安全工作載荷(SWL)與最大的VLCC纜繩最小破斷強(qiáng)度(MBL)相等,1450kN;標(biāo)記也是1450kN;滑車(chē)的設(shè)計(jì)載荷及試驗(yàn)載荷均為2900kN。3.1.4vlcc纜繩直徑OCIMF規(guī)定絞車(chē)卷筒與纜繩的最小直徑比必須為16:1。對(duì)VLCC纜繩直徑的統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)圖5?？梢?jiàn),VLCC絕大多數(shù)是42mm鋼纜?？紤]到尚有44mm鋼纜在用并留有裕量,選定岸基滑車(chē)與44mm鋼纜的直徑比不小于16。3.1.5引纜纜繩長(zhǎng)度滑車(chē)的引纜滾筒需要牽引回頭纜,相當(dāng)于牽引兩根纜繩。F=1.5×W×L×2=1.5×8720/100×70×2=18310NF—引纜滾筒拉力;W—百米鋼纜單位重量,44mm鋼纜百米重8720N;L—船上絞車(chē)至岸上滑車(chē)間纜繩長(zhǎng)度,取70m;安全系數(shù)取1.5,纜繩數(shù)量取2根;故選定滾筒額定拉力為20kN。啟動(dòng)拉力為40kN。3.2纜繩系泊線(xiàn)的出纜設(shè)置針對(duì)船上系泊絞車(chē)的兩種基本布置形式,將1個(gè)系纜墩上的系泊裝置布置為:由1臺(tái)岸基滑車(chē)和2臺(tái)雙鉤(或3鉤)快速脫纜鉤成組配置,對(duì)應(yīng)于船上的1臺(tái)雙纜絞車(chē);岸基滑車(chē)居中,2臺(tái)快速脫纜鉤位于兩側(cè)(圖6)。這樣,可以適應(yīng)船上絞車(chē)出纜孔的各種組合形式(圖2)。如此,船上每臺(tái)絞車(chē)都可以可利用岸基滑車(chē)達(dá)到增加1根回頭纜的目的,而且不會(huì)有交叉帶纜的情況。在不需要系回頭纜時(shí),可以將纜繩直接系在脫纜鉤上。確定系泊時(shí)纜繩布置形式和橫纜出纜數(shù)的要點(diǎn)(圖7)是:根據(jù)船上主輔出纜口的具體形式,選用兩側(cè)某1個(gè)快速脫纜滑車(chē)與岸基滑車(chē)配合使用,避免交叉帶纜;優(yōu)先采用將回頭纜從本組出纜孔引回的形式;橫纜帶纜點(diǎn)有不同位置可選時(shí),注意選擇盡可能使橫纜垂直于碼頭前沿線(xiàn)的位置;系泊VLCC時(shí),每個(gè)橫纜系纜墩上最多系4根纜。典型的例子如圖8和圖9所示。圖中,艉橫纜用的出纜口及纜繩布置型式為C-2(圖7),艏橫纜的出纜口及纜繩布置型式為F-2(圖7);艉橫纜和艏橫纜分別采用了2根回頭纜,使艉橫纜和艏橫纜的數(shù)量都由原先船上標(biāo)配的6根變成了8根。增加了2根橫纜,意味著橫向約束能力提高了30%。4滑車(chē)的基本結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)總結(jié)岸基滑車(chē)向廠家定制。其設(shè)備結(jié)構(gòu)參見(jiàn)圖10,技術(shù)參數(shù)匯總表見(jiàn)表5。5岸基滑動(dòng)車(chē)輛用于碼頭應(yīng)用碼頭應(yīng)用岸基滑車(chē)的實(shí)況照片見(jiàn)圖11~13。6系統(tǒng)系泊方案的優(yōu)化,進(jìn)一步提高了港區(qū)系泊安全性,使了本文通過(guò)對(duì)相關(guān)國(guó)際規(guī)范的研究和對(duì)船舶資料的統(tǒng)計(jì)