特殊设计系泊属具的应用

倪伟平，戴玛丽，王丰

（上海船舶研究设计院，上海 201203）

0 前言

船舶系泊属具主要指带缆桩、导缆孔、滚轮导缆器、滚柱导缆器等服务于船舶系泊和拖带系统的铁舾件（以下简称系泊属具），并依据系泊属具标准对型式、规格、材料、焊接和强度等方面进行约束［1］。作为船舶系泊和拖带的重要组成分，系泊属具并非一成不变， 往往在船舶实际营运中演化和变更，甚至被设计成特殊形式，比如为减少系泊索摩擦而出现的方形导缆孔［2-3］，船用滚轮由A 型和B 型扩充至C 型［4-5］，一种新型导缆孔装置则在导缆孔本体中间增加了滚筒机构［6］，安全系泊式绞车带缆桩则将绞车和带缆桩结合在一起［7］。

船舶系泊设计时， 通常按照系泊属具标准选型，特殊情况则要突破标准，对系泊属具进行特殊设计以优化系泊设计，比如已经用于实船或已取得发明专利的组合带缆桩、双孔导缆器、升高式羊角滚轮和姐妹羊角滚轮。 本文结合不同船舶在系泊设计时遇到的问题，介绍这些系泊属具的设计思路和应用，分析其组成特点和适配性，为其他船舶系泊设计提供参考。

1 组合带缆桩的应用

按照巴拿马运河规则，巴拿马型船舶需在尾部向船首方向12～16 m 之间、24～28 m 之间分别设置指定规格的导缆孔（以下简称巴拿马导缆孔）和与之匹配的带缆桩，以满足运河的系泊和拖带要求［8］。某巴拿马型散货船系泊设计时，在尾部向船首12 m和27 m 处分别设置巴拿马导缆孔，并配置带缆桩，系泊索在上述导缆孔和绞车卷筒之间借助带羊角滚轮导缆器（以下简称羊角滚轮）调整方向，如图1所示。 该区域是甲板立柱、尾部舷梯集中布置区域，位于27 m 处巴拿马导缆孔的带缆桩内侧为通道所需空间，外侧靠近甲板立柱，对系泊索操作有一定影响。

图1 某巴拿马型散货船尾部系泊局部示意图

考虑过道、系缆空间和舷梯存放等因素，需要对系泊设计进行局部优化，即将上述带缆桩和邻近的羊角滚轮进行特殊设计。 根据导缆要求保留羊角滚轮的基本定位和带缆桩自身特点，沿着系泊索走向布置并使其外侧桩柱与羊角滚轮中心保持一致；根据系泊索高度方向调整羊角滚轮高度，保证系泊索顺畅导向； 将带缆桩外侧桩柱适当降低高度，作为羊角滚轮的基座，并保留系缆所需高度；带缆桩内侧较高的桩柱满足系泊索系固和拖带功能。 这种将羊角滚轮和带缆桩进行组合的系泊属具称之为组合带缆桩。 该巴拿马型散货船由于采用组合带缆桩，可有效解决甲板面空间限制问题，保证系泊索导向，满足运河要求的带缆桩系缆模式，其局部优化方案参见图2。

图2 采用组合带缆桩的系泊优化方案

组合带缆桩由带缆桩和羊角滚轮组成，羊角滚轮位于带缆桩桩柱上方， 羊角滚轮可依据标准选型，其在桩柱上的高度可根据需要进行调整，带缆桩为有基座型式和无基座型式。 单式组合带缆桩如图3 所示，双式组合带缆桩如图4 所示。

图3 单式组合带缆桩

图4 双式组合带缆桩

2 双孔导缆器的应用

经过圣劳斯运河的船舶，需要根据船长大小不同， 在首尾不同位置各增加1 个圣劳伦斯导缆器，并规定系缆模式，其中尾部系缆模式是2 根系泊索分别穿过圣劳伦斯导缆器的立柱向上以88°的角度引至圣劳斯运河系泊设备，系泊索在圣劳伦斯导缆器立柱的水平角度为45°［9］。该模式为圣劳伦斯运河特有模式，也被称为圣劳伦斯系泊模式。 某多用途船在尾楼甲板左右舷设置圣劳伦斯导缆器，该导缆器外侧接近最大船宽，对应圣劳伦斯系泊模式如图5所示。 当系泊索从圣劳伦斯导缆器的水平滚柱引出时，角度接近84°，被上层甲板面遮挡，如果系泊索按照88°引出，遮挡量会更大。 由于该船尾楼甲板上含有多层甲板，且有居住甲板和相关设备，不能通过切割上层甲板面的方式解决上述干涉问题。 另外，圣劳伦斯导缆器由相互垂直的水平滚柱和垂直立柱组成，从正面看上去缆孔被限制在一个“方形孔”内，系泊索在通过垂直立柱沿水平滚柱移动时，容易被滚柱卡紧，被锁紧在“方形孔”的角落，不利于系泊索收放。

图5 某多用途船的圣劳伦斯系泊模式

经与运河当局确认，采用双孔导缆器替代该圣劳伦斯导缆器，如图6 所示。 双孔导缆器包含两个导缆孔体， 孔体间距根据甲板面和系泊要求调整，通常小于两个导缆孔并排布置的最小间距，即两个导缆孔连为一体。 系泊索通过孔体的圆弧部分以呈88°向上延伸，可完全避开上层甲板的干涉，保证上层甲板面的完成性。 系泊索在孔体内各方向移动时，没有死角，不会出现锁紧问题。 此外，双孔导缆器可作为巴拿马导缆孔，兼顾其他系泊要求。 同等规格的导缆孔相对圣劳伦斯运河导缆器，所占用空间较小，灵活度较高，更适用于系泊空间狭小的船舶。

图6 某多用途船采用双联导缆孔的系泊模式

3 升高式羊角滚轮的应用

某化学品船在系泊设计时，船东要求最大程度地增加系泊索走向， 并采用直径为350 mm 的滚轮导缆器进行系泊索导向。 以首部系泊布置为例，在锚绞机和位于甲板边缘的导缆孔和导缆滚轮之间设置羊角滚轮进行系泊索导向，其基本系泊布置如图7 所示。 以主卷筒W1 为牵引端的系泊索路径包括W1-E1-D1 和W1-E1-C0/C1， 以主卷筒W2 为牵引端的系泊索路径为W2-D2-E2-C2 和W2-D2-E2-R1， 以副卷筒W3 为牵引端的系泊索路径包括W3-E2-C2/C1、W3-E2-D1、W3-E2-R1 和W3-E2-E1-C1/C0，其中由编号为E1 和E2 的羊角滚轮（以下分别简称E1 和E2）实现系泊索导向。

图7 某化学品船首部系泊布置（右舷）

为保证系泊索能够顺利导向，系泊索应落在羊角滚轮的中心工作区，该区又称导槽。 系泊索在张紧状态下如果超出滚轮导缆槽的高度，会遭受滚轮摩擦，容易发生跳缆、伤人等事故。 系泊索相对甲板面有一定高度，因此羊角滚轮一般将其所在位置的系泊索高度作为其中心高度，并以实船拉线定位为准。 在系泊设计阶段，为确定此高度，通常进行拉缆投影，即将某一系泊索路径投影在垂直面上。 对经由E1 和E2 进行导向的系泊索进行拉缆投影，如图8 所示，同时确定E1 和E2 的中心高度，取整后分别为h1和h2，见表1。

从图8 和表1 可以看出，羊角滚轮的中心高度随着系泊索路径发生变化： 服务于以W1 为牵引端的系泊索时，E1 中心高度从595 mm 增加到820 mm；服务于以W3 为牵引端的系泊索时，E1 中心高度从600 mm 增加到800 mm；服务于以W2 为牵引端、经由D2 的系泊索时，E2 的中心高度不超过600 mm；服务于以W3 为牵引端的系泊索时，E2 中心高度最小为600 mm，最大为925 mm。 对于直径为350 mm的羊角滚轮，其导槽最大高度约为203 mm［10］，E1 和E2 将无法保证所有系泊索导向，需要特殊处理。

图8 某化学品船首部系泊拉缆投影

表1 某化学品船首部拉缆投影时羊角滚轮中心高度

为解决上述问题，可采用可调节高度的羊角滚轮导缆器，即升高式羊角滚轮。 如图9 所示，升高式羊角滚轮由羊角滚轮和基座组成，滚轮可依据标准选型，基座包括固定基座和活动基座。 固定基座依照标准设计，活动基座可通过转动轴和锁紧装置实现滚轮的升降， 从而提高了滚轮导槽的有效高度，扩大了滚轮导向工作区。 升高式羊角滚轮不易被系泊索高度变化限制，增加导缆的灵活性。

图9 升高式羊角滚轮

4 姐妹羊角滚轮的应用

在上述化学品船首部系泊设计中，利用升高式羊角滚轮可实现单一系泊索多向导缆目标，但不能解决多根系泊索的同步导向问题。 以图7 中系泊索路径W2-D2-E2-C2 和W3-E2-R1 为例，以W2 为牵引端的系泊索， 经由D2、E2 和C2 后系固于船舶之外的设备， 系泊索在E2 处于张紧状态，E2 的滚轮部分处于相对静止状态， 当以W3 为牵引端的系泊索经由E2 导向后到达R1 时，E2 因滚轮无法转动而不能实现该系泊索导向。 为实现以W3 为牵引端的系泊索能够在E2 处进行导向， 必须额外增加导向装置，比如在E2 附近增加羊角滚轮。 受甲板空间限制，两个羊角滚轮相互接近，其基座之间狭小，焊接难度增大，而且不利于船员操作系泊索。

为解决不同系泊索独立导向， 兼顾系泊索高度变化， 考虑到甲板空间限制和系泊索操作等因素，将相互靠近的羊角滚轮基座合并，同时根据需要调整滚轮中心高度或滚轮偏转角度， 形成并联式羊角滚轮导缆器， 由于并排布置的羊角滚轮形似一对姐妹，该系泊属具又称姐妹羊角滚轮。 采用高低配置的姐妹羊角滚轮对该化学品船的首部系泊布置进行优化，如图10 所示，不同牵引端的系泊索相互独立导向，突破了不同系泊索对滚轮高度的限制，增加了带缆灵活性，提高了船员操作系泊索的安全性和甲板面的利用率，避免了狭小空间的焊接问题。

图10 姐妹羊角滚轮导缆示意

姐妹羊角滚轮主要由两个羊角导缆滚轮和基座组成，如图11 所示。 羊角滚轮参照标准选定，可为相同型号，也可为不同型号，可水平安装也可倾斜安装，其中心可高可低。 基座一般由钢结构组成，包括围板、滚轮支撑面和内部肘板。 此外姐妹羊角滚轮可根据需要设置3 个滚轮甚至多个滚轮。

图11 姐妹羊角滚轮

5 结语

航经巴拿马运河和圣劳伦斯运河时，船舶需按照运河规则配置特定的系泊属具并满足指定的系泊模式。 为保证系泊的安全便捷，需要根据船舶自身的特点进行调整，在无法配置指定形式的系泊属具时应采用特殊形式的系泊属具进行替代。 羊角滚轮由于自身导槽尺寸限制，很难满足单一系泊索在不同高度的导向要求，而单一羊角滚轮很难实现不同系泊索的独立导向功能，羊角滚轮需借助特殊设计以解决系泊索的导向问题。

组合式带缆桩既能实现系泊索导向，又能保证带缆桩的系固模式，节省甲板空间，便于系泊索操作，具有较强的适配性。 用于替代圣劳伦斯运河导缆器的双联导缆孔充分利用导缆孔的特点，在保持上层甲板面结构完整性的情况下，解决系泊索垂向大角度系泊问题， 同时避免出现系泊索锁紧问题，可用于其他系缆模式， 更适用于狭小的甲板空间。升高式羊角滚轮能够增大导槽有效高度，突破系泊索高度对羊角滚轮的限制，保证系泊索在不同高度平顺导向。 姐妹羊角滚轮可兼顾不同系泊索的独立导向功能，提高系泊灵活性，提高甲板空间的利用率。

特殊设计系泊属具以标准为基础，通过合理设计突破标准，形式灵活多变，适配性更高，对其他船舶的系泊设计具有参考价值。