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拖轮顶推时摆位对靠泊操纵的影响

时间:2021/10/21 19:28:10 点击:

  内容提示:拖轮的应用...
在船舶靠泊操纵中,由于潮汐、泊位或港口水域限制、船舶操纵性能等原因,多数时候需要由拖轮进行协助来完成靠泊作业。但在使用拖轮的过程中,特别是在船舶接近或临近泊位时,或是在船舶已靠上泊位进行带缆作业过程中,许多船长都发觉有这样一种现象存在:即船舶处于顶流状态,船位已摆正,船速也基本为零,却在拖轮协助下作平移推进的过程中或是靠上泊位后的系缆过程中,船舶会产生前移,而且时间越长,前移现象越明显。这种现象不单在有流港会发生,在无流港也会发生,且空载时比重载明显。对这种现象,有的船长会感到疑惑,其实导致这一现象的直接原因就是拖轮在顶推过程中的摆位(即拖轮艏艉纵向剖面与大船艏艉纵向剖面间的位置关系)不当。

在整个靠泊作业过程中,如何合理地指挥和使用拖轮,对能否顺利完成靠泊作业至关重要。拖轮顶推位置的选择以及其作业过程中摆位的正确与否,将直接影响到船舶的靠泊进程。多数船长在靠泊作业操作中,在选择拖轮作业位置和在拖轮的摆位上, 甚少分析拖轮在不同的位置与不同的摆位时,对船舶移动产生的影响。指挥和使用拖轮时,通常都习惯于凭经验,简单地将拖轮安排在船艏及船艉,对顶推时的拖轮摆位没有明确的要求。拖轮在顶推过程中,其拖轮的摆位全凭拖轮船长在操作。其实,拖轮在顶推过程中,其顶推点不同选择和顶推时摆位恰当与否,都会对船舶移动产生不同的影响。

分析拖轮摆位对船舶操纵的影响,首先从拖轮在顶推时对船舶的作用力方向以及影响其作用力方向的因素上来分析。拖轮在实施顶推过程中,其作用力的方向与拖轮顶推时的摆位密切相关,拖轮的摆位与船体(指船舶纵向剖面, 下同) 成垂直状态,则其作用力的方向也垂直于船体,对船舶产生横向推力,推船舶作横向移动;如果拖轮的摆位与船体不垂直,根据力的平行四边型原理,则其作用力N的分成两个方向, 一个是横向推力N1,推船体横移,另一个力是纵向推力N2,推船舶作前后纵向运动(如图1)。

拖轮顶推时摆位对靠泊操纵的影响

从图1 中可以明显地看出,拖轮作用力的方向与拖轮摆位有直接的关系。那么为什么会产生拖轮摆位不正呢?影响其摆位不正的因素又有哪些呢?如何去避免或消除摆位不正造成的影响呢?

导致拖轮产生摆位不正的原因有三个方面:一是于拖轮船长的操作,二是当时作业环境下拖轮所受的外力,三是作业时相对于大船的位置。而从影响拖轮摆位的因素来研究,主要有以下几种:
①拖轮船长在操纵拖轮时,随意性较大,没有及时调整好拖轮的摆位,使得在顶推时与船体不垂直;
②大船入泊初期的初始速度较快,导致拖轮在跟进过程中,来不及调整其摆位;
③受风流的影响,拖轮在作业是受风流压的影响,致使拖轮不能保持与船体保持垂直,但一般拖轮的上层建筑较小,风压相比流压要小得多,除非是在强风状态下;
④拖轮受风浪的影响,拖轮在风浪中上下颠簸和左右摇摆,不能保持其摆位;
⑤拖轮作用位置不在船体平行部位,使得拖轮与船体不垂直。

导致拖轮摆位与船体不垂直多数情况是上述各种影响因素的合成,而拖轮摆位不正确,对船舶的影响主要在对船舶的移动速度上,如在顶流入泊初期,船尾拖轮在顶推时,感觉到船速下来的较慢,其原因就是拖轮摆位不能垂直与船体,拖轮作用力产生了向前的纵向分力(如图1),导致开始时船速不易慢下来;又如将拖轮过分安排在靠近船艏船艉的曲线部位,致使拖轮无法保持其正确摆位,由于船艉的曲线弧度比船艏大,在船舶进泊过程中,往往会使船舶产生向前的纵向移动,这种现象在空载时尤为明显,由于空载时,船舶的平行船体长度较小,而船舶主要绞缆设备都布置在近艏艉,系带拖轮时往往图方便,将拖轮安排在艏艉附近。当船舶已抵泊位旁或已贴上泊位调整到指定位置时,一般船长的通常做法是令拖轮在外档将船慢慢顶至泊位或是让外档拖轮快速顶住,但在随后的带缆过程中,会发现船会慢慢向前移动,按常理船舶顶流靠泊,外档有两条拖轮顶住,船只会在流作用下后退,不会前移。其前移的原因就是因为船艉拖轮的顶推摆位,受其向前的分力影响所至。虽然船艏的拖轮也可能顶在曲线部位,但船艏的胯部的曲率比船艉胯部的曲率小得多,因此船艏拖轮作用力的向后分量很小,见乎不起作用,除非因操作需要有意让拖轮调整其摆位。

船舶艏艉部的线型与船舶类型有关,通常油轮的船型比货船肥大,因而其首尾部船体的曲线弧度也大,船船的平行船体长度与船长之比要比货船小,一般油船在空船压载状态下,其吃水线附近的平行船体长度不到其船长的50%,以某阿芙拉型油轮为例,其船长为243 米,正常压载装态下,其平行船体长度为112 米,平行船体长度只有船长的47%。而货轮在空船压载装态下,其吃水线附近的平行船体长度与船长之比通常在65%左右,如某 75000 吨的货轮,船长为 225 米,压载状态下的平行船体长度为141 米,占船长比仅为 63%。可见在压载状态下,拖轮作业点如安排不妥,偏向于船艏船艉,就会落在船舶的曲线部位,导致拖轮在作业过程出现摆位不正的现象。而船尾的曲线弧度比船首大,就会产生船舶前移状况。这种状况进靠嵌档靠泊或前方开档不宽裕的泊位时,应特别引起注意,避免产生紧迫局面。

现以上述75000 吨船舶为例, 顶流靠泊,不计风及水深对水动力系数的影响和码头靠把的摩擦力对船体的影响,一艘 3600 匹全回转拖轮,在船尾作全速顶推时,当其摆位偏角α达到多少时,会使船舶产生前移。根据船舶水动力公式:Xw=1/2ρwLdVg2Cw,当拖轮向前的分力N2 大于Xw 时,船舶会产生前移。

式中 ρ w 为水的密度 ,为1.025 Kn×s2/m4;L为船长,取225m;d 为船舶压载时的平均吃水, 取5.9m;Vg 为当时船舶与水相对速度,取0.5 节,约为0.25m/s;Cw 为水动力系数,根据船舶稳性手册查得Cw为0.86;则:Xw=1/2 × 1.025 × 225 × 5.90×0.252×0.86=36.6Kn,Z 型全回转拖轮的推力按经验计算取每100Kw功率约20.0Kn 推力,3600匹拖轮全速时产生的推力  N≈3600 × 0.735 × 20/100=529Kn。N2=Xw=N×Sin(α)=529× Sin( α ),Sin( α )=36.6/529=0.069,α =4.0 度。从上述计算得出,当3600 匹拖在作全速顶推时,当其摆位偏角大于4.0 度其向前的分力N2就会大于Xw,使船舶产生前移的可能,在实际操作中由于风、水深、船船污底、码头靠把摩擦力等,一般当其偏角达到10~15°时,就会前移。同样从上述公式中也可看出,Xw与船舶的吃水成正比,所以在重载情况下靠泊时,发生前移的现象较少,原因是吃水增加,Xw也增加,而且重载时船底下面富余水深变小,至水动力系数增加。

从影响拖轮摆位因素的成因来看,这些因素都是可以克服或是避免的。船长在指挥使用拖轮时,经常注意观察拖轮的摆位情况,及时提醒拖轮船长的操作;控制好初始入泊速度,船长应明白当相对船速超过5~6 节时,拖轮在横向无论顶或拖, 都很难发挥作用的。因此,应尽量选择在流速较缓时去靠泊,大船入泊的速度一般控制在2 节左右, 如果加上流速(顶流),拖轮要摆正其船位,就必须要克服船速和流速,但在初始阶段很难做到。风浪对拖轮摆位的影响也不可忽视,风浪与涌浪的影响在开敞港口较为明显, 如果风浪较大,拖轮会随着风浪上下起伏,很难保持其正确的摆位,即使在拖轮全速顶推的情况下,拖轮在风浪作用下依然会左右摇摆上下颠簸,所产生的作用力方向和大小不能保持稳定。再则,为了减少颠簸的,拖轮船长会有意调整拖轮的摆位,使拖轮顺着风浪,或是不停地用车、舵以保持位置。因此应选择风浪较小的时机去靠泊,在选择拖轮作业位置时,安排拖轮在船舶平行船体的范围内,应尽量避开船艏艉部曲线部位。如果无法满足上述要求,船长应特别注意拖轮的摆位,及时用车控制船舶的前后位移。

拖轮的摆位对船舶移动的影响,既有利也有弊,如靠泊过程中可利用拖轮的摆位来调整船位,一般油轮在靠泊时对船位的要求较高,要求船舶输油管出口与码头输油臂的接口误差不超过50cm,如果采用船舶自身动力动车来调整船位,往往会过头,此时可利用拖轮来调整,既省时又省力。船长在使用拖轮时,应综合考虑当时的情况如风、浪、流、船舶的受载情况等,确定拖轮的作业位置,在顶推过程中,对拖轮的摆位要作明确要求,整个靠泊过程中,船长要随时注意拖轮的摆位情况,确保顺利靠泊。

作者:周章延 来源:船舶讲武堂

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