超航道设计船型尺度船舶通航限制条件分析外文翻译资料

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系泊设备指南

• 1. 总则

术语“系泊”是指将船舶固定到码头的系统。油船最常见的码头是直码头和海岛。然而，其他船上操作单点系泊（SPM），多浮筒系泊（MBMS），浮式生产、储存和装卸船（FPSO）和岸边装卸设施、急救拖缆，拖轮操纵，驳船系泊，，运河通航，船与船间物资转移和锚泊也会属于系泊广阔的范畴，所以需要专门的配件或设备。锚定设备由船级社规定，因此不包括在本指南中。图1.1显示了在油轮码头的一个典型的系泊模式。使用一个有效的系泊系统是保证船舶，船员，码头和环境安全必需的。如何优化系泊抵御各种力量的能力将通过回答下列问题的处理：

bull;有哪些因素对船舶施加力？

bull;什么一般原则如何确定对船施加的力在系泊线上如何分配？

bull;如何将上述原则应用于建立良好的系泊安排？

由于没有系泊装置拥有无限的能力，要解决这些问题，就必须精确地知道什么样的系泊结果是船舶希望达到的。

• 1. 船上承受的力

一艘船在停泊的地方必须用于抵抗一些因素造成的力，或者全部，下列为船舶受力的因素：

bull;风

bull;水流

bull;潮汐

bull;来往船舶造成的波浪

bull;波浪/涌浪/假潮

bull;冰

bull;吃水、吃水差或船倾的改变

本节主要涉及系泊系统在船舶抵御传统泊位上的风，流和潮汐力的发展。通常情况下，如果系泊装置的设计，以适应最大的风力和水流的力量，将足以拥有可以抵御其他可能会出现的温和力量的能力。然而，如果码头出现明显的潮波或冰，考虑到这些条件可以发展船舶的系泊能力。这些力量是很难分析的，除了通过模型测试，现场测量或动态计算机程序来分析。在这些码头停靠的船舶，应注意超过标准的环境条件，并应事先采取适当的措施。由于系泊力因潮汐波动或装卸作业船舶的高程变化而变化，故必须留出富余的力。

1.2.1风和水流的阻力

第2节的附录A中说明了计算这些力的过程。虽然最初的计算是基于大型船舶，较小的船舶进行的额外的测试表明，大多数情况下，风和流的阻力系数没有显着差异。因此，附录A中用于大的船舶阻力系数与尾桥楼船舶具有类似的几何形状，下降到16000 载重吨的大小。图1.2演示了风如何凭借方向和风速对船舶产生变化。为了简单起见，船上的风力可以分成两部分：船舶的纵向轴线的纵向力和垂直于纵轴的横向力。合力启动偏航力矩。船上的风力也随船的暴露面积而变化。由于逆风只触及船舶总暴露面积的一小部分，纵向力相对较小。另一方面，一束风对暴露侧区域的船舶施加一个非常大的横向力。对于一个给定的风速最大横向风对巨型油轮的作用力为约五倍的最大纵向力。对于一个轻型250000载重吨油轮的50节风速的风，最大横向力约为300吨（2943千牛），而前面的纵向力是约60吨（589千牛）。

如果风从船梁和船首（船尾）中间任意一个角度吹来，它会同时给船舶施加横向和纵向的力，因为它同时作用于船首（或船尾）和船舶的一侧。对于任何给定的风速，纵、横向力的斜风作用力小于相同的风吹向正横方向和船首方向的风。例如，对于一艘250000载重吨的油轮，一个与船头呈45°的风导致一个合力的风力约为80°。在这种情况下，力作用点的向前的产生偏航力矩在船横向中心线上。

需要注意的是，本节所使用的符号惯例与水手使用的正常解释有关，即从右前方的力被认为是从0°开始，罗盘的角度是顺时针方向进行的。这是因为科学界的符号规定不同，如研究机构和设计师，认为正后方的力是从0°开始，罗盘的角度按逆时针方向出发。在讨论风力和水流时，第2节和附录A采用了后一种惯例。

在评估系泊装置时，水流给船舶的力应加上风对船舶造成的力。一般情况下，由于水流的流速和方向对船舶造成的变化的水流力模型相似于风力。水流对船舶造成的力显著表现于龙骨下方区域。大多数码头的方向或多或少平行于水流的方向而减少水流的力。然而，即使是一个相对于船舶纵轴小角度的水流（如5°）可以造成一个大的横向力，必须考虑到这种情况。

模型试验表明，由1节船首方向水流对250000载重吨油轮与一个2米的龙骨净空造成的力约为5吨（49千牛），而1节船梁方向的水流在相同的龙骨净空的情况下造成的力约为230吨（2256千牛）。对于2节的水流，在船首方向造成的力约为14吨（137千牛），在船梁方向造成的力约为990吨（9712千牛）。

• 1. 系泊模式

“系泊模式”是指船舶与泊位之间系泊线的几何布置。应当指出的是，该行业以前标准化的概念，一个通用的系泊布局（见图2.1），应同时考虑到环境标准准则。通用系泊布局主要适用于“多方位”的环境和船舶系泊设备的设计。“多方向”是没有单一的方向支配或任何环境力量成为主导因素。

对于一个“定向环境”，即一个具有强水流，风或涌浪的码头，一个特定地点的布局，如一个包括船首部和船尾线和/或额外的横缆和斜系船缆可能会更有效。对于定期向这些码头交易的船舶，可考虑提供额外或更高性能的系泊设备。

最有效的线是“绳索的方向”抵抗任何给定的环境负荷是一个线定位在同一方向的负载。这意味着，从理论上讲，系泊线都应在环境力的方向，并附着在船舶上的纵向位置，由此产生的负载和约束行为通过一个和相同的位置。这样的系统将是不切实际的，因为它没有灵活性，以适应不同的码头的不同环境负荷方向和系泊点的位置。对于一般的应用程序，系泊模式必须能够应付从任何方向上的环境力量。通过将这些力分裂成纵向和横向分量，然后计算如何最有效地抵抗它们，这是最好的办法。因此，这些线应该是在纵向方向（斜系船缆）和线在横向方向（横缆）。这是一般应用的指导原则的一个有效的系泊模式，虽然在码头的实际配件的位置并不总是允许它付诸实践。偏离最佳绳索方向所造成的效率下降如图1.4所示。和1.5（比较案例1和图1.4，其中最大线负载增加从57（559千牛）至88吨（863千牛）。

然而，应该注意的是，对于一个60节风的最高负载线的通用布局是39.5吨，而它特殊布局的是28.6吨。因此，对于位于环境定向的码头，特殊布局实际上更有效。请参阅第1.5，1.6，1.7，2.4和2.5的进一步细节。斜系船缆和横缆的功能有一个基本的区别，必须由设计者和操作者共同理解。斜系船缆在两个方向上抑制船（向前和向后）；横缆基本上部署垂直于只在一个方向（抑制船的泊位），在泊位上方向被护舷和靠船墩约束。虽然所有的横缆都有泊位环境力对其施加的压力，船尾或向前的力对横缆施加压力。为此，斜系船缆和横缆之间的管理方法不同（第1.8.1解释）。重要的是要认识到，如果斜系船缆是预张拉，有效的纵向约束只提供了在相反的斜系船缆之间的张力差异。因此，过高的预紧力可以显著降低系泊系统的效率。同样，在向前和后部斜系船缆之间的垂直角度的差异可能会导致船舶沿码头浪涌。

定向环境的系泊模式可以包括朝向纵向和横向方向之间的船首线和船尾线。这优化约束占主导地位的纵向方向环境力的行为，同时保持一些横向约束一些不太主导的横向环境方向。另一种选择系泊布局与主导纵向力量是增加更多的斜系船缆。此外，系泊线的有效性受两个角度的影响，垂直线的角度与码头甲板和水平的角度线形成的平行侧的船舶。线的方向越陡，抵抗水平荷载的效果越差。作为一个例子，一个垂直于45°角的直线抑制船舶仅为一条直线在一个20°垂直的角度上抑制船舶效率的75%。同样，船的平行侧和线之间的水平角越大，线路抵抗纵向力的效果越不好。

• 1. 缆的弹性

系泊线的弹性是衡量其在荷载作用下伸缩能力的一种量度。在给定的荷载作用下，弹性线的伸长量重要性超过其刚性。弹性在系泊系统中起着重要的作用，有以下几个原因：

bull;高弹性能吸收较高的动载荷。出于这个原因，高弹性是船与船之间运输转移操作首选，或在码头抵御波浪或涌浪。

bull;高弹性也意味着船舶将在她的泊位进一步运动，这可能会使杆臂或软管产生问题。这样的运动也在系泊系统产生额外的动能。

bull;第三点也是最重要的一点是弹性的影响，在几个系泊线之间的力分布。在图1.5的简单的四线系泊模式上半部分显示的是线的弹性不敏感，但只适合小拖船，驳船和非常小的船如沿海船。较大的船舶需要更多的缆，作用于缆间负载分担和相互作用。缆绳的数量增加将使这变得更加复杂。最好的约束条件是除了斜系船缆之外的所有缆绳共同处于断裂边缘的相同百分比的情况下。良好的负载分担，可以完成，如果下面的原则是理解。下面的原则如果了解的话，良好的负载分担是可以实现的。

一般的原则是，如果两个不同的弹性缆连接到一个船在同一点上，更刚硬的缆将始终承担更大的部分负荷（假设设置了绞车制动器），即使方向是相同的。原因是，这两条线必须拉伸相等的量，在拉伸相等量时，更刚硬的线将承担较大的负载的一部分。负载之间的相对差异将取决于弹性之间的差异，并且这个差异是非常大的。系泊线的弹性主要取决于以下因素：

bull;材料和结构

bull;长度

bull;直径。

图1.6演示了上述各因素对负荷分配的影响。最值得注意的是钢丝绳和纤维绳之间的弹性差异和线长对弹性的影响。案例A显示了一个可接受的系泊线使用相同的大小和材料。案例B表示在相同的材料，但不同大小的缆之间的负载分担，每一条都有大约相同百分比的断裂强度。然而，案件C和D的系泊安排，是应避免的例子。系泊缆非常硬。在材料开始永久变形的负荷下，6times;37的施工线的伸长率约为钢丝长度的1%。在同等负荷下，聚丙烯绳的拉伸强度可能是钢丝的10倍。因此，如果导线与传统的纤维线平行，导线几乎承载整个负载，而纤维线路几乎没有。不同类型的纤维线之间的弹性也有所不同，虽然纤维线和线之间的差异一般不显着，这将影响负载分布。例如，高聚乙烯或芳纶纤维的弹性比其它合成纤维线要小得多，如果与传统的合成线平行，则会承受大部分的负载。材料对载荷分布的影响是至关重要的，应用于相似混合系泊，例如前部船缆是可以避免的。在某些情况下，纤维线可能几乎没有负载，而在同一时间的一些导线承受重载，可能超出其断裂强度。也可能是如此，混合纤维线不同弹性虽然差异一般不会很大除非还包括高模量合成绳系泊。

通过比较案例1和2，混合线和合成纤维线的影响如图1.4所示。

（注意在纤维线2、4、11和13，从最高的57吨缆绳载荷的增加，从低载荷（559千牛）到最大的88吨（863千牛））。缆绳长度（从船上固定点到缆桩）对负荷分布的影响也必须考虑。缆绳弹性随缆绳长度直接变化，对缆绳负荷有显著影响。一条60米长的缆绳只承担与其相同大小、结构和材料的30米平行缆绳一半的负载。一个相同类型的缆绳的弹性也随它的直径，结构和使用年限不同而不同。这个因素不是一个重要的考虑因素，因为相对于一个缆绳的强度的负载是主导因素，而不是绝对负载。传统纤维绳随着年龄的增长失去弹性。

• 1. 一般系泊指南

考虑到图1.4中的负荷分布原则，可以得出以下的系泊指南。

他们认为，系泊的船可能会受到强风或水流的影响。

bull;系泊缆绳应该尽可能对称地安排在船舶舯点。(对称安排比一个不对称的安排更有可能确保良好的负载分配)

bull;横缆应尽可能垂直面向船舶纵向中线和尽可能远离船尾和船首，倒缆应尽可能平行面向船舶纵向中线。

首缆和尾缆通常不能有效地限制船在泊位的位置。带有良好的横缆和斜系船缆的系泊设施使船舶能够最有效地停泊，几乎是“在它自己的长度之内”。当可用的缆绳数量有限时，首缆和尾缆的使用需要另外两种系泊系揽柱，并降低了系泊模式的整体限制效率。这是由于它们的长度和顺向更高的弹性和定向困难。它们只能机动地使用，或者当地的码头几何结构、浪涌力或天气状况需要的地方。

小船停泊在适合较大船舶的设施中，由于泊位的几何形状，可能会有首缆和尾缆。

bull;系缆的垂直角应该保持最小。

系泊的角度越“宽”，缆绳抵抗船上水平作用的负载效果越有效。

比较例1和3在图1.4表明船舶通常可以更有效地停泊在自己的长度内。尽管在每种情况下使用的缆绳数相同，但情形1的结果是更好的负载分布，最大的减少了任何一行的负载。

bull;一般来说，系泊缆绳的各头应使用相同的大小和类型(材料)。如果无法实现，所有相同用途的缆，即横缆、倒缆、首缆等应该是相同的大小和类型。例如，所有倒缆可以是钢丝，横缆可以是合成物。

“上岸的第一条缆绳”有时会为非常大的船舶提供协助最初进场与定位船舶旁的定位。这些线通常具有高的弹性，并且不太可能增加系统的最终抑制能力，除非该组中的所有缆绳都是相同的材料。

合成尾通常用于缆绳的末端，用来使其更容易处理和增加缆绳弹性。反面也可以用来增强那些如高模量聚乙烯或芳纶纤维制成的低弹性拉伸绳索 (见6.5节)。

bull;如果使用了上述合成尾， 那么在相同职能的缆绳尾部都应该使用相同尺寸和类型的合成尾。

用聚酯和聚酰胺制成的11米长的合成尾，连接到钢丝和高模量聚乙烯系泊线上，如下图所示。应该注意的是，合成长尾会对总成的弹性有很大的影响。

bull;系泊缆绳的安排应该使得相同职能的缆绳在船绞车和岸边带缆桩之间长度相同。缆绳弹性变化与长度直接相关，更短的缆绳将承担更多的负载。

• 1. 操作事项

1.5节中系泊指南充分优化停泊时的载荷分布。在实践中，最终的系泊模式的选择对于一个给定的泊位还必须考虑当地的操作和天气条件，码头几何结构和船舶设计。例如，一些引航员想要首尾缆协助船只进泊或离泊，而其他引航员可能用倒缆来实现此目的。

首尾缆在以下情况将会很有效：泊位太接近船舶系泊点，无法提供良好的横缆，或者系缆桩在船轻载时有很大的垂直角。这些过度的角度将大大减少约束船舶的

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