拖航断缆的原因分析与预防措施

� 跳娜麟� !∀ # 年度救捞论文集 拖航断缆的原因分析与预防措施 广州打捞局 黄贤俊 内容概要 ∃本文从拖缆系统模型分析人手 , 对拖航过程中断缆的原因进行了理论探讨和分析 , 结合实际 操纵 , 提出了相应 的预防措施 。 关键词 ∃拖航 、断缆 、预防 、悬垂度 、原因 、措施 对于海上拖带作业来说 , 拖缆断裂是一个灾难性事故 。断缆事故使得被拖船失控 , 会造成很严重的后果 , 如被拖船与其它船舶碰撞 、被拖船搁浅甚至沉没等 ,并有可能造成海洋污染 、人员伤亡等严重事故 。 因此 , 防 止拖缆断裂一直是拖轮船长和船东关注的问题 。 拖缆断裂的原因很多 , 有拖航配置和布置不合理引起的 , 拖 缆缺陷引起的 , 有人为操作引起的 ,有恶劣海况引起的 , 有几个因素共同造成的 。 我们首先要分析拖缆力学 模型 , 其次在实际操纵中要避免拖缆急顿导致受力过大 , 这样才能有效防止拖缆断裂 , 确保拖航安全 。 拖缆是连接拖轮和被拖物的“生命纽带 ” , 传递着拖力 。 拖缆只是拖曳设备之一 。 拖曳设备 ∃指拖船和被 拖物上专为拖曳作业而设置的设备 , 包括拖缆机 、拖钩 、拖索拱架 %老式拖轮有 & 、拖缆滚筒 、拖力眼板 、拖缆 桩 、拖缆孔和主 、备用拖缆 、应急拖缆 、短缆 、过桥缆 、龙须缆%链&、三角板 、卸扣及拖曳环等 。 拖缆断裂 , 实际上指拖缆系统失 一一 渔渔 伙伙伙 砂砂砂 图 ∋ ∃典型的拖航索具配备情况 改, 从而使拖轮和被拖物失去拖力联系 苗分离 。 按照这个定义 , “拖缆系统 ”通 含包括 ∃拖缆机 、主拖缆 、过桥链 %缆&、 复缆 、三角板 、龙须缆%链 &、拖力点 、连接 印克 。 拖力点安装在被拖物上 , 拖缆机 阳主拖缆安装在拖轮上 , 其余拖航索具 过桥链 %缆&、短缆 、 三角板 、龙须缆 链&、连接卸扣 &视被拖物情况 , 由拖轮 戈被拖物准备 。 图一是典型的拖航索具 配备情况 。 需要明确的是 , 本文所指拖航 , 如 不特别说明 , 指一般商业拖航 , 限于篇幅 ,对于救助拖航本文不作详细讨论 。对于正常营运的拖轮 , 其拖缆机 、 主拖缆 、备用拖缆等机器和拖索具是按照相关规范配备的 。 至于如何配备 , 限于篇幅 , 本文也不作讨论 。 一 、拖航断缆的理论原因分析 断缆的理论原因是作用于拖缆的各种外力共同作用大于拖缆的破断强度 。这是拖航断缆的实质原因 , 也是深 层次原因 。 只有选择合适的拖轮 ,配置合适的拖航索具 , 采用合适的拖缆长度和悬垂量 , 才能从理论上防止拖航断 缆 ,确保拖航安全 。 ∋ � ∋ 被拖物拖航阻力和拖航速度 。 拖航断缆的原因分析与预防措施峨珍组阳谈 拖航之前 , 应该根据被拖物的情况和天 气 、海况 , 计算被拖物在不同海况下和速度 下拖航阻力 ,选择合适系柱拖力的拖轮执行 拖航任务 , 并估算拖航速度 。 拖轮系柱拖力 系指在拖船主机的额定功率下 ,在静水中航 速为零时的拖力 , 是衡量拖轮是否胜任海上 拖带的最主要参数 。系柱拖力通过理论计算 预估 , 最后要通过拖力试验等获得并确 定 。 拖轮的主拖缆 、拖缆机等拖索具就根据 系柱拖力按照有关规定配备好 。 拖带过程 中 , 应保证拖缆的安全强度大于拖带时被拖 物拖航阻力 。 ∋ � ( 拖缆直径 表 ∋ ∃断缆原因和断缆部位统计表∋∋∋ 断断缆原因因 百分比比 断缆部位位 百分比比 拖拖具原因因 ) ∗+++ 拖轮船尾尾 ),+++ 船船员缺乏经验验 ), +++ 尼龙弹力缆缆 (∗+++ 恶恶劣天气气 () +++ 浇注索环 −琵琶头头 .+++ 被被海底刮断断 /+++ 短缆缆 ∗+++ 被被拖物刮断断 )+++ 拖缆中部部 0+++ 拖拖拖拖缆机机 / +++ 缠缠缠缠绕螺旋桨桨 /+++ 龙龙龙龙须缆缆 1 +++ 卸卸卸卸扣扣 (+++ 对于一般的拖航 , 主要是利用主拖缆拖带 。 如前所述 , 一艘拖轮的主拖缆的直径是定值 , 不存在选择的 问题 。 当一艘拖轮拖带几艘被拖船时 , 其中一艘利用主拖缆拖带 ,其余被拖物则要另行选定拖缆 , 即确定拖 缆直径 。 在拖缆其它性能指标均完好的情况下 , 拖缆的安全强度主要决定于其直径 。 钢缆的安全强度 %23 4& 与直径 %5 &之间的关系如下 ∃ 6 二 7 5 − 8 %9& 式中 ∃ 6一拖缆安全强度%:&; , 一拖缆强度系数 , 钢丝缆取 ,� ,1 < ; =一钢丝缆直径 %> > & ; 8一安全系数 , 短程拖带且海面平稳 、海况较好时 , 8 取 1; 远距离拖带或有风浪较大时 , 8 取 /, ∗ 。 衡量拖缆强度还有一个指标 , 即最小破断负荷 , 中华人 民共和国船舶检验局《海上拖航法定检验技术规 则》规定 ∃主拖缆和备用拖缆其最小破断负荷按拖船系柱拖力 ? 由下表决定 。 正常作业情况下 , 拖缆所承受 的负荷应不超过其破断负荷的 < ,+ 。 ∋ � ) 拖缆长度和悬垂量 拖缆 , 具有一定的重量 , 因此 , 在拖船与被拖船之间 ,拖缆形成悬垂线 , 悬垂线长 %2 &即为拖缆长度%严格 来讲 , 拖缆长度还应包括拖轮尾部出缆处至拖缆机的长度 &。 悬垂线最低处距拖轮出缆处和被拖物出缆处连 线的高度即为悬垂量 。 如图 ( 所示 。 适当长的拖缆 , 具有适当的悬垂量 ,有利于缓解因拖船与被拖船运动不协调所产生的冲击张力 , 使拖缆 在风浪中急顿时起到缓冲作用 。 拖缆的长度和悬垂量通常应根据被拖物的拖航阻力大小 、拖带速度 、海况 、水深及拖缆的种类等来决定 。 在浅水区 , 拖缆过长 , 悬垂量过大 , 拖缆刮底造成阻力增加 , 拖缆容易损伤。在深水区 , 拖缆过短 , 悬垂量过小 , 起不到缓冲作用 , 拖缆容易崩断 。 通常 , 拖缆长度 2 可按下列经验公式计算 ∃ 2二≅%4 ΑΒ 4( & %( & 式中 ∃ ≅一系数 , 为 ∋ � <一(� , ,拖带速度高取大值 ; 49 一拖船长度%> &; 皿一被拖船长度%> &。 而根据悬链线理论 , 可得到 ∃ 衰 ( ∃拖缆最小破断负荷和拖船系柱拖力 ?的关系 系系住拖力 ? %≅ 8 &&& 最小破断负荷 %≅8 &&& ΧΧΧ ).((( ) ??? ))) .( Δ ∗∗))) %) � ∗一 ? ∋1 . ∋ &??? ΕΕΕ ∗∗))) ( ? � 目口峨 (。。. 年度救捞论文集 一 Δ ‘0 心皿 一二岁万一 ” ΦΓ( 沪而二不 %) & =二旦%ΦΗ Η ∀一9& 3 %1& 图 ( 拖缆长度和悬垂 : 式中 ∃ 2一拖缆长度 %> & ; =一悬垂量 %> & ; Ι一被拖船阻力%:& , 根据被拖物拖航阻力计算得到 , 也可参考拖缆机拉力计读数 ; ϑ 一每米拖缆在海水中的重量 %咖& , 空气中重量的 ∗0 + , 查拖缆说明书 。 Η一拖缆出口处与水平面的夹角 。 对于如何确定拖缆长度和悬垂量 , 在实际工作中 , 有更加简便的计算公式 ∃ =二 答 Κ石 2 ( ∋%洲&Κ Ι %<& 根据经验 , 当海面平静时悬垂量应不少于 Φ> , 风浪大时应不少于 ∋) > 。 在浅水区拖航 , 拖缆长度要适宜 , 悬垂量要合适 , 既要保证拖缆不刮底 , 又要保证拖缆不急顿 。 正常天气 情况下拖缆悬垂深度保持在 ∋− )一∋∋ ( 的水深为宜 。 在大洋深水区拖航 , 如果水深允许应尽量放长拖缆 。 因为大洋上水都很深 ,不需要考虑拖缆触底的问题 ,拖缆 悬垂量越大 , 对缓冲拖缆张力的效果越好 。 一般在深水海面上拖带时 ,悬垂量宜保持在拖缆长的 /+左右。 二 、拖航断缆的操纵原 因分析 理论上防止拖航断缆还不够 , 实际拖航操纵中 , 还要考虑如下因素 ,避免拖缆受力超过极限 ∃ ( � ∋ 拖缆瞬间急顿 , 造成拖缆受力大于最小破断负荷超过极限强度而导致断缆 。 而形成拖缆急顿又有如 下具体原因 ∃ ( � ∋ � ∋ 恶劣海况条件引起的断缆 原因分析 ∃海上拖航时在大风浪中断缆是断缆事故发生最多的情况 , 涌浪很大时 , 拖轮和被拖物产生剧烈的 上下颠簸跳动 ,造成拖缆的一张一弛 , 拖缆张力出现很大波动 ,有可能瞬间拖力大于拖缆极限强度从而造成断缆 。 预防措施 ∃根据水深情况尽量放长拖缆 , 增加缓冲作用 ;及时针对当时情况采取相应的慢车 、项风滞航等 措施减少拖力 ,保护拖缆 。 特别注意的是 , 大风浪中顺风拖航比顶风拖航断缆的机率要高 。 因为顶风拖航配合慢车 、滞航等措施拖 缆受力相对 比较均匀 , 而顺风拖航时拖轮和被拖物受涌浪的瞬间推动和摇摆 , 造成拖缆张驰变化要 比顶风更 剧烈 , 张力波动更大 , 特别是拖轮在大风作用下冲下浪峰时 , 拖缆张力达到最大值 , 此时容易绷断拖缆 。 ( � ∋ � ( 起拖时断缆 原 因分析 ∃拖轮启动时 , 动车过快 、过大 , 拖轮突然加速启动 , 被拖船还处于静止状态 ,拖缆突然绷紧 , 瞬 间产生的拖力过大 , 崩断拖缆 。 预防措施 ∃在起拖时 ,拖轮慢车启动 , 使拖缆受力逐渐加大 , 被拖物产生运动趋势后再逐步加车 , 直至匀 速航行 。 ( � ∋ � ) 大角度转向 、掉头时断缆 原因分析 ∃为避让他船或修正航线 , 大角度转向 、掉头时 ,舵角用得过大 , 造成拖缆急顿断缆 , 或者是龙须 链%拖力点 &单边受力过大而断裂 。 预防措施 ∃尽量避免大角度转向 、掉头 , 操纵时舵角不宜用得过大 , 同时一定要慢车 。 转向过程中要先用 小舵角使被拖物产生跟踪转向趋势后再逐步改变航向 。 拖航断缆的原因分析与预防措施 � � � � � � ( � ∋ � 1 被拖物偏荡造成的断缆 。 原因分析 ∃被拖物偏荡的原 因是很多的也是很复杂的 。 被拖物偏荡剧烈时会造成拖缆张力波动较大 , 严 重时会引起断缆 , 或者是龙须链 %缆 &磨损断裂 、拖力点单边受力过大而断裂 。 预防措施 ∃根据被拖物偏荡的具体原因 , 减轻偏荡 , 合理用车 , 防止磨损 , 保护拖缆 。 ( � ∋ � < 港作拖轮的不协调配合引起断缆 。 原因分析 ∃拖轮在吊拖被拖物进出港时使用大马力港作拖轮协助 , 由于港作拖轮不协调 , 盲 目用大车对 被拖物进行拖 、顶 , 有时甚至会出现与拖轮倒拔的现象 , 此时容易断缆 。 预防措施 ∃拖缆船长或引航员与港作拖轮船长预先进行沟通 , 确保双方动作的协调 。 ( � ∋ � / 拖缆刮到海底礁石或障碍物造成拖缆损坏或断缆。 原因分析 ∃在沿海拖航 ,如果拖缆放得过长 ,会使拖缆刮到海底礁石或障碍物而造成拖缆磨损 ,容易断缆 。 预防措施 ∃在沿海或浅水区拖航 ,要随时注意水深 , 调整拖缆长度和悬垂量 ,避免拖缆刮到海底礁石或障 碍物 。 在航线设计时 ,避免航经有海底障碍物的区域 。 另外 , 从港 口拖带出海或从海上接近港 口 , 由于水深的逐渐变化 , 应分多次松放或收绞拖缆 , 千万不要 图 方便一次松放或收绞到位 , 拖缆过长会刮底 , 过短容易断缆 。 船长一定要根据气象和港 口附近的水深变化情 况预先做好进出港航行时拖缆的收绞和松放计划 。 (� ( 拖带索具缺陷引起的断缆 。 原因分析 ∃拖带索具质量不好 ,或者保管 、保养不好 , 存在缺陷 , 都会降低其应有强度从而引起断缆 。 在平 时正常气象条件下一般的质量问题也许不会发生断缆事故 , 但遇到恶劣的海况 , 或者由于其他原因引起的拖 带负荷突然增大 , 就会立即暴露出问题 , 引起断缆 。 预防措施 ∃拖轮平时应加强对拖带索具的维护保养 , 始终保持各个部分性能的良好 , 必要时予以更换 。 拖缆琵琶头损坏或浇铸质量问题引起断缆 , 也是经常发生的。 一是琵琶头处拖缆经常处于弯折状态 , 久之此处拖缆容易断丝 , 断丝过多而没有及时发现造成断缆事 故 。 因此要经常检查琵琶头处拖缆情况 , 发现断丝过多应及时重新浇铸琵琶头 。 二是琵琶头浇铸出现质量问题 , 使用过程中琵琶头拖缆脱出造成断缆事故 。 因此 , 浇铸琵琶头需要有经 验的人员指导 , 严格按照要求操作 。 浇铸药水要存放在冷藏库 , 并注意保质期 , 不能过期使用 。 拖航过程中断缆的原因比较多 , 但预防措施也很多 , 本文没有全部列出 。 但总结起来 ,有两点 ∃ 一 、根据被拖物情况和航次情况 ,选定合适拖轮 、配置合适拖索具 、制订切实可行的拖航计划执行拖航任 务 。 拖索具整体状况 良好 , 符合航次拖航要求 。 二 、拖轮操作的正确性 。 拖轮针对不断变化的情况采取符合当时环境和情况的操作方法 � 避免断缆 。 参考文献 ∃ 【9Λ 交通部救助打捞局 《海上救助实用指导手册》人民交通出版社 ( ,,0 9(Λ 中华人民共和 国船舶检验局 《海上施航法定检验技术》∋.. . 9)Λ 广州海上救助打捞局 《海上拖航实务》∋. .< Μ1Λ 应领元 《海上施航》∋... Μ<Λ 陈鹤鸣 拖航中断统的原因与预防浅析 《救捞专业委员会 ( ,,< 年学术交流会论文集》