三用工作船导链装置设计

陈焕东+陈标烘+蒋勇刚+卢园园

摘 要：导链装置是为液压拖曳绞车顺利进行起、抛锚链作业相配套的特殊舾装件。本文结合三用工作船的生产设计和建造过程，描述了导链装置设计的目的、各种约束条件、如何确保锚链装置的正常运行以及制造阶段需要注意的事项等，为类似装置的生产设计、制造和安装提供參考和借鉴。

关键词：导链装置；设计；锚链；轨迹；约束条件

中图分类号：U674.40 文献标识码：A

The Design of the Chain Guild Unit for AHTS Vessel

CHEN Huandong， CHEN Biaohong， JIANG Yonggang， LU Yuanyuan

（ CSSC Huangpu Wenchong Shipbuilding Co.，Ltd. Guangzhou 511462 ）

Abstract： Chain guild unit is a special outfitting for hydraulic towing winch to handle anchor chain. Based on the production design and construction of AHTS， this paper describes the intent of design for the chain guild unit， all restrictions conditions， how the unit ensures the anchor chain keep going on the track and the main attentions for the manufacture.

Key words： Chain guild unit； Design； Chain cable； Track； Restriction conditions

1 引言

三用工作船是为海洋工程配套的辅助船舶，其使用目的的多样性决定了该类型船相对一般常规船型更加复杂。此类船上布置的特种设备，为钻井、采油、修井等各类平台、浮吊进行起/抛锚、拖带、物料供应等生产施工作业提供服务。

由于液压拖曳绞车对于实现该类型船舶作业功能至关重要，在总体布置、技术协议谈判、设备认可、详细设计等各阶段，船东、船厂、设计院及生产（代理）商需要就影响液压拖曳绞车实施起、抛锚作业的相关配套设备及附件的技术要求进行明确。但对于导链装置的方案设计和制造，由于受布置要求、厂家技术服务能力、性价比等因素影响，往往由船厂自行解决。合同规格书对船舶总体性能的要求必须满足，作为总装厂，需完成设计、制作和安装导链装置以满足交船时的性能要求。本文以我司设计建造的6 500 HP三用工作船为例，介绍导链装置的设计过程。

2 船舶概述

6 500 HP三用工作船是一艘为海上石油和天然气勘探、开采工程、建筑设施等提供多种服务的多用途工作船，航行于无限航区。船舶总长70.40 m、型宽14.20 m、型深6.90 m、设计吃水4.80 m、系柱拖力850 kN。主甲板设有木甲板载货区及挡货栏杆，船尾甲板区域设有鲨鱼钳和尾滚筒。

该船在主甲板舯部位置设置了1台大型液压拖曳绞车和高低布置双卷筒。其中，下卷筒两端各带1只锚链轮，左卷筒适配链径为Φ 76 mm的锚链，右卷筒适配链径为Φ 84 mm的锚链。满足中国船级社对守护船、供应船、拖船及消防船的有关要求。

3 导链装置的设计过程

3.1 设计目的

设计目的和使用目的是一致的。经过对规格书和设备资料的研究，以及对现场情况的实际调查，与船东代表讨论船舶进行起、抛锚作业时的具体操作，明确导链装置在使用上需要达到如下目的：

（1）在液压拖曳绞车锚链轮的带动下，锚链从船尾部通过尾滚筒的滚动和鲨鱼钳的约束上到主甲板面，经钢板滑道和木甲板载货区后，通过液压拖曳绞车两旁的铸钢锚链管进入到主甲板下的中锚链舱；

（2）船东提出在中锚链舱装满锚链的情况下，通过借助拖曳绞车锚链轮、尾绞盘及挡货栏杆上移货导向滑轮等装置的相互配合，将锚链牵引到主甲板后部载货区上按序排列。中锚链舱左右舷各一个，分别接收从锚链轮下来的锚链。每舱的结构理论容积为～70 m3，除去舱底木垫板、围壁T型扶强材和舱顶部的无效空间，有效容积为～50 m3。若存放链径为?84 mm的锚链，根据公式V=k1lnd2/100计算，每舱能存放～710 m锚链。

3.2 锚链行进轨迹的设计

锚链行进轨迹是设计导链装置的关键。只有先确定了轨迹，才能考虑如何保持轨迹的顺利行进。

锚链轮处进链方向和方式是确定锚链行进轨迹的重点。因被牵引的锚链较大较重，例如Φ 76 mm的锚链，仅每个有档普通链环的长度就有L=6d=456 mm，宽度为B=3.6d=273.6 mm，每米平均重量为126.5 kg。另外，液压拖曳绞车的锚链轮位置较高，其上轮缘距离甲板面～2.8 m。为了避免装置占用较大空间，所以在设计收锚链时考虑从锚链轮下端进链是较合适的，见图1。

确定了锚链在拖曳绞车处的走向方式，根据船舶作业时的使用目的，结合甲板机械的配置情况，那么锚链从船尾出水到放置到位的整个轨迹就清晰，见图2。

如图2所示，从锚链运行所在的空间位置上分析，该轨迹可划分为3个相互衔接的阶段：

（1）锚链出水后从尾滚筒上主甲板，经鲨鱼钳限位后位于船舶中心线上。在锚链轮的带动下划过钢板滑道和木甲板区域，到拖曳绞车后部两端，该端点（FR55）可设为A点，A点与锚链轮中心的连线平行于中纵剖面。该阶段的特点是，锚链都在甲板面上运动；

（2）锚链从A点开始，到卷上锚链轮，这段轨迹是纵向朝船首方向行进的，且锚链将从在甲板上滑动过渡到在锚链轮上卷动。在此过程中，锚链会在距离锚链轮下端某一位置抬离甲板面，该抬离点设为B点。锚链卷上锚链轮并在其带动下，从链轮最高点下来，导向锚链轮后部两旁距离主甲板600 mm高的铸钢锚链管口（FR61+300）。该阶段锚链基本处于悬空状态，锚链轨迹行进方向急剧变化；endprint

（3）当中锚链舱满舱后，需要用拆卸工具将锚链中的肯特卸扣拆开，拆开点可设为C点，余下的锚链将利用甲板载货区的移货绞车、绞盘、导向滚轮、牵引钢丝绳等作用后滑，一直滑到拖曳绞车后部的甲板面上按序排列。该阶段锚链从悬空状态下降到甲板面，需要注意往船首方向前进的锚链与往船尾方向滑动的锚链，原则上其轨迹不能重叠，并尽量避免两条路径上锚链之间的摩擦碰撞。

3.3 约束条件

由上可知，锚链的轨迹并不是单纯的平面直线，而是由不同平面上的直线和曲线组成的空间线，该空间线中间肯定存在转向点，在转向点上施加约束条件可防止锚链行进轨迹的变形。

对锚链整个行进轨迹所划分的3个阶段进行分析，可得出如下转向点：

（1）鲨鱼钳处：锚链开始由船中位置向两舷偏离一较小的角度。该转向点的约束条件是起锚链时操作鲨鱼钳装置升起，卡住锚链防止其摆动；

（2）第二个转向点为轨迹阶段的A点：该点的约束条件是要抵抗锚链回复船中方向上的横向分力；

（3）第三个转向点为轨迹阶段的B点：该点的约束条件是要抵抗锚链竖直向上的垂向分力；

（4）第四个转向点为轨迹阶段的C点，该点的约束条件是要抵抗锚链横向分力和垂向分力的合力。考虑锚链轮转动较慢，且该位置锚链基本上可在自身重力作用下滑动，所以可认为该点受力较小。

通过以上分析，可以确定除第一个转向点已经有约束外，还需要在第二、三和四转向点上施加约束条件，这是保证锚链轨迹顺畅不变形的必要条件。

另外，除了转向点之外，还必须注意有2个约束曲面的存在：

① 轨迹（B）阶段中，锚链从链轮顶端下降到距甲板600 mm高的锚链管口，这个过程锚链悬空；

② 轨迹（C）阶段中，锚链从锚链管口滑落到甲板面上，这个过程锚链悬空。

除此之外，需要特别注意组合拖缆机设备商设定的一定锚链在链轮上运行的包角数据，由导链装置约束的锚链必须能在其包角范围内运行，作业时不卡链、不跳链，确保作业安全。

综上所述，对锚链行进轨迹上的约束条件是导链装置设计的基础。

3.4 导链装置的方案设计

经过分别对转向点和约束曲面的具体分析，根据主甲板上液压拖曳绞车周围的布置情况，結合船舶甲板舾装的设计经验，构想如下的导链装置设计方案（见图4），并作为生产设计和施工图的绘制前提。

导链装置设计方案的说明：

（1）约束1位置（见图2），由鲨鱼钳功能保证；

（2）约束2位置，锚链轨迹与船中纵剖面有较小夹角，一般小于4°，可以认为接近直线。所以该约束条件设计为截面为菱形的限位孔（见图5），端部加防磨圆钢；

（3） 约束3位于锚链抬离甲板的位置，该位置视链轮的卷动和锚链的松紧程度不同会在一个较小的范围内移动。另外，还应考虑到该约束需抵抗可能出现卡链时的急牵作用力。所以该位置受力较大，设计为一个带花形滚动转轮的限位箱（见图5）来约束较大的受力，防止锚链上链轮前处于不利的纵向扭曲状态，且变滑动摩擦为滚动摩擦；

（4） 约束4的受力相对较小，可以在约束面上制作一简单限位（见图4），防止锚链在下滑的过程当中跳出约束曲面；

（5）对锚链约束面的外形设计，可选择V形槽、U形槽及半方形槽等。考虑滑动锚链的剖切面为菱形（见图4），选择V形导链槽可与锚链滑动面贴合紧密。另外，V形导链槽在制造上也相对比较简单。需要考虑的是V形导链槽的曲面形状，设计合适的曲面形状将会使锚链在锚链槽当中滑行的全过程更加顺畅；

（6） 在锚链行进过程中，导链槽1是必须使用的，导链槽2仅在锚链在甲板上排列放置时才使用。所以将导链槽1设计为固定式，导链槽2设计为活动可拆式，不用时拆下放置在别处以利于节约空间；

（7）导链装置设计需确保锚链在链轮上面的运行包角不小于135?，满足设备安全运行的要求；

（8） 根据导链装置的实际使用情况，整个装置使用厚板制作，并在可能卡链的地方特别是导链槽两端增加圆钢作为光顺过渡以及部分转圆设计，磨损较大的部位增加垫板作为防磨加强。

导链装置设计方案的三维效果图，见图6。

4 制造阶段需要注意的事项

根据导链装置的设计方案和实船建造的经验，在工程制造阶段需要注意如下事项：

（1）因整个导链装置受力较大且复杂，需注意板材之间的焊接质量。较大的垫板和复板上，配开塞焊孔焊接；

（2）注意转轮限位箱内轴承的加工和装配顺序，避免因焊接变形过大而卡死花形滚动转轮；

（3） 转轮限位箱在船上的实际定位，需根据现场情况适当调整，以使锚链能在花形转轮的转动下顺利通过，且不发生明显跳动为准；

（4）V形导链槽的长度在制造时要留适当余量，以备现场修改；

（5）保持菱形限位孔、转轮限位箱和锚链轮的中心线在垂直面上重合，且都平行于船舯剖面。

5 结束语

作为特殊的甲板舾装件，三用工作船导链装置对其实现起、抛锚作业是必须且重要的。设计、加工、安装和试验该类装置，对于船厂的技术能力和制造能力是一个不小的挑战。能成功配套该导链装置，并在以后系列船的生产设计和实船建造中不断优化和改进，对促进公司做好海工辅助船舶、提高船企的配套能力和船型竞争力、扩展海工产品市场，以及为同行提供有益的参考借鉴，具有积极的意义。

参考文献

[1]船舶设计实用手册（舾装分册）[M]. 国防工业出版社，2002.

[2]船舶舾装标准汇编[S]. 中国标准出版社，1999.endprint