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独家中文版!《系泊设备指南》第6节——系泊绞车

发布时间:2022-08-18 05:19:08 作者:KOK平台首页 来源:KOK网页在线登录

  本系列连载文章为《系泊设备指南》中文版,为高级船长于雪生结合自身经验经数月翻译而来,全部11节,11万字,PDF140页,图文并茂。信德海事网获授权独家发布。

  按照此前《 的模式,大家后续可以关注本系列文章并复制保存文章供后续参考、学习使用。同时我们也为大家提供了PDF版本下载。不过,为翻译本手册,于船长对此倾注了大量的心血,为表达对船长劳动成果的支持,电子版本提供有偿下载模式,长按下方图片扫描二维码即可下载。

  石油公司国际海事论坛(OCIMF)于1992年首次发行了系泊设备指南,并于1997 年和2008年进行了修订。这些修订涉及码头和船舶设计的变化、系泊缆绳或设备技术的进步以及由事故或操作经验引起的关注。

  船舶系泊仍然是航运业的一项基本功能。对于系泊系统,从系泊设备和布置到系泊实践,有各种各样的标准、指南和建议。然而,伤害船舶和码头人员的事件仍然发生在系泊过程中。OCIMF已在第四版中对系泊设备指南进行了重大修订,重点是船舶和码头人员的安全。它涉及四个重要的关注领域:

  ●从事故中吸取的教训,最明显的是从HMSF 系泊缆绳事故中吸取的教训。●以人为本的系泊设计和系泊作业中的人为因素。●国际海事组织(IMO)关于系泊安全方面新的和开发中的法规和指导。●替代的系泊技术,以及如何将其安全地纳入船舶和码头系泊系统的设计中。

  第1 节 系泊介绍.第2 节 人为因素第3 节 系泊力和环境条件第4 节 系泊安排和布置图第5 节 系泊缆绳第6 节 系泊绞车第7 节 系泊和拖带装置第8 节 结构加强第9 节 泊位的设计和装置第10 节 船/岸界面第11 节 替代系泊技术

  本节提供有关系泊绞车的基本信息以及绞车设计、购买和维护指导。系泊绞车是系泊系统的重要组成部分,确保系泊绞车的功能设计正确,并按设计运行,对于约束船舶和船舶人员的安全至关重要。假定不管是否开发了任何新技术,船舶都将配备系泊缆绳和绞车,以促进全球贸易的兼容性。

  绞车由一个动力传动装置(带有马达)组成,通过变速箱与传动轴相连。传动轴可能连接着一个绞缆滚筒。可能有一个或多个滚筒通过离合器连接到传动轴上。当船舶系泊时,滚筒由主刹车固定系泊缆绳。绞车滚筒通常分为张力部分和储存部分。操作人员用控制装置(按钮或控制杆)来控制绞车的速度和方向,并可以从传动系统中合上或者脱开滚筒(通常使用控制杆)。

  在系泊操作中,当绞入岸上或者拖轮缆绳时,或者部署船舶系泊缆绳时提供机械协助。

  通过缆绳高负荷时引起主刹车的滑动,来保护系泊缆绳、绞车、装置和结构免受过载和损坏。

  在系泊作业期间绞进或者松出缆绳时,系泊绞车的传动装置由操作人员直接控制。当系泊作业结束并且绞车无人值守时,要关闭绞车传动装置、脱开齿轮,绞车滚筒和系泊缆绳由主刹车控制。

  在系泊作业期间绞进或者松出缆绳时,系泊绞车的传动装置由操作人员直接控制。当系泊作业结束并且绞车无人值守时,绞车会自动绞入或松出以保持系泊缆绳上设定的张力。

  当连接货物转移系统时,张力自调式绞车不能在自动模式下使用。在自动模式下,这些绞车可能会在负荷的作用下松出缆绳,使船舶移出泊位,从而对输油臂和软管造成危险。张力自调式装置可能也无法保持与装有主刹车控制的手动绞车相同的负荷。

  绞车的传动装置可通过传动轴上的离合装置驱动多个滚筒。这样可以减少所需绞车传动装置的数量,绞车滚筒也可以与绞缆滚筒或锚机共享一个传动装置。

  单台绞车的传动装置驱动两个滚筒比较常见,但是驱动三个或多个滚筒应该仔细考虑。如果为三个或多个滚筒提供驱动的单个传动装置发生故障,则会对整体系泊能力产生严重的影响。有关绞车传动马达冗余的指导,请参见第6.4.2节。三个滚筒的布置可能需要额外的系泊装置,例如,导向滚轮等,以形成通向船舷的导向。在考虑三个滚筒的布置时,确保所形成的系泊布置不会过于复杂或危险,特别是在系泊空间有限或受限的船上。

  系泊绞车的传动装置由马达、变速箱和传动轴组成。理想情况下,绞车的传动装置应该使缆绳的速度可以连续变化,即小负荷时高速、大负荷时低速。马达的功效不应超过船舶设计MBL的50%,以防止系泊缆绳的过度应力。

  传动马达可以使用诸如液压或电动的动力源。蒸汽绞车虽然完全可以接受,但并没有规定用于新船,也不在本节中讨论。

  如果传动装置的类型未涵盖在本出版物中,则仍然是可以接受的,但应进行评估以确保功能和安全的等效性。

  系泊绞车的传动马达、液压动力单元马达和所有相关的电气设备应符合其所在区域相应的危险等级。

  由中央电力系统供电,该中央动力系统也可用于为其他马达提供动力,例如,用于克令吊或货物绞车。

  低压叶片马达通过一个特殊的节流阀可实现连续变速至额定速度。高速的松缆速度只有通过对传动装置进行适当的修改才能达到,从而以降低扭矩提供高速范围。

  高压可变排量液压马达在某些限度范围内具有理想的速度/松拉特性。为了实现高速的松缆速度,需要提供变速装置。

  低速高压径向活塞式马达产生高扭矩,可通过操纵阀无级变速至额定速度。为了实现高速的松缆速度,电机可以采用双速度级别,无需任何齿轮装置即可实现高速。

  变矩器传动装置具有与高压可变排量马达类似的特性,并且还需要第二个档位以提供高速的松缆速度。

  电动绞车的传动装置与液压传动装置相比,具有操作可靠、维护少以及漏油或污染的风险低等优点。

  变频控制的电动绞车是由一台单速电马达驱动,该电马达由变频器控制,变频器能够无级变速和控制扭矩、平稳启动和平稳停止,类似于液压绞车。变频控制还能提供可接受的松缆速度。

  带有变极马达的电动绞车以固定的速度级别运行。大多数变极马达有三个速度级别,前两个用于正常操作,第三个是高速的松缆速度。开/关控制每个固定的速度级别。

  在不分隔式滚筒上,系泊缆绳的外层在受力时往往会嵌入下层,对系泊缆绳造成损坏。分隔式滚筒绞车的设计给出了这个问题的解决方案,并且是大多数船舶经营人的首选。分隔式滚筒由张力部分(有时称为工作部分)和储存部分组成。

  保持恒定的刹车握持力和绞力,因为系泊缆绳是设计成在张力部分的第一层松出。

  系泊缆绳在受力时不会嵌入下层,因为在张力滚筒上只有一层缆绳。这避免了对系泊缆绳的潜在损坏。

  系泊缆绳需要在储存滚筒和张力滚筒之间转移,这可能会对系泊缆绳和人员造成损坏和伤害,在规划系泊作业时,应考虑到绞缆的要求、程序、培训和操作人员的经验,从而降低风险。

  系泊缆绳不需要按照分隔式滚筒的要求从一个滚筒转移到另一个滚筒,这样可以消除系泊缆绳损坏和人员伤害的可能性。

  系泊缆绳的外层在受力时往往会嵌入下层。如上所述,这对于合成系泊缆绳来说尤其是一个问题。

  带式刹车系统主刹车必须要在一个有限的、可预测的负荷范围内滑动,以履行其作为系泊安全系统一部分的作用。

  对于新吨位超过16,000 DWT的船舶,不建议采用螺杆和液压辅助带式刹车系统。

  手动操作的弹簧式刹车,如图6.1所示。当拧紧刹车螺杆时,弹簧被压缩,并且压缩与刹车握持负荷是成比例的。当测试刹车并将其调整到正确的滑动力时,再调整指示器,以便可以反复地将刹车重置到正确值。这种设置指示器类型的弹簧式刹车可以完全弥补刹车片的磨损和刹车机构的伸长。

  带有液压释放的弹簧带式刹车,如图6.2所示。在所示情况下,由液压手动泵松开刹车。如果要施加刹车,则要打开一个阀释放液压。由液压驱动的绞车可以使用主液压来松开刹车。

  刹车滚筒上的负荷传感器负荷传感器可以读取刹车上的缆绳负荷。当船舶停泊并且将缆绳固定在绞车的刹车上时,就可以准确显示缆绳负荷。一种设计是使用内置在刹车固定点上定位销的应力表,读数可以被引到一个中心位置,例如,货物控制室,这样可以更经常地监控缆绳负荷,这不应代替对绞车和系泊缆绳定期的实地检查。负荷传感器只提供缆绳在刹车上的负荷,在松开刹车和使用绞车传动装置时,负荷传感器不指示缆绳负荷。

  圆盘式刹车系统圆盘式刹车系统通常用作抛起锚和拖带绞车的主刹车,但很少有(如果有的话)替代带式刹车系统作为系泊绞车的主刹车系统。圆盘式刹车系统使用卡钳对圆盘施加摩擦,卡钳通常采用动力操作,因此在设置刹车负荷方面具有更高的精度,圆盘式刹车系统在绞车的任一旋转方向上都同样有效。

  传动马达输入式刹车电动马达和一些液压马达在断电时有飞轮的倾向,造成系泊缆绳不受控制地松出。为了防止这种情况,可以在传动轴上安装自动刹车系统。被称为输入式刹车系统,有时也称为电磁刹车系统。ISO 3730要求所有电动马达都配备自动刹车系统,该系统的握持力是滚筒负荷的1.5倍。这些输入式刹车系统是绞车主刹车的补充。

  系泊绞车的设计和构造船上系泊绞车的一般要求载于ISO 3730“造船和海上结构—系泊绞车”和ISO 7825“造船—甲板机械—一般要求”。

  绞车的性能OCIMF建议遵循ISO 3730表2中的绞车性能规范,但6.3.1.4节给出了例外情况。

  图6.3:与船舶设计MBL有关的IS0绞车性能规范和OCIMF的强度建议

  这是张力自调式绞车在张力自调操作时施加到系泊缆绳上的负荷,以便恢复缆绳的张力。

  名义上的系泊速度是在系泊缆绳上施加额定负荷的情况下可以保持的速度。名义上的系泊速度与滚筒负荷相结合,决定了绞车传动装置的功率要求。

  滚筒容量滚筒应该能够存放整个长度的系泊缆绳。滚筒的容量、长度和法兰高度的要求包含在ISO 3730中,ISO 3730还定义了普通滚筒和大容量滚筒。

  OCIMF建议在第一层缆绳上的刹车握持负荷设置在船舶设计MBL的60%,而不是ISO3730中的80%。刹车力应能够设置到80%的值,以便无论刹车的磨损程度如何,都可以达到60%。

  OCIMF建议滚筒第一层的空载缆绳速度是45m/min,比ISO3730规定的30m/min高50%。从OCIMF建议的速度可以看出,在快速部署/回收缆绳期间,系泊缆绳通常不在第一层,即使分隔式滚筒绞车也是如此,并且实际的速度可能比第一层的额定速度高50%。不同类型的传动装置可以达到不同的空载缆绳速度,在为新设备指定性能和传动装置的类型时应考虑这一点。例如,低压双速叶片马达只能达到额定速度的两倍。

  滚筒长度的设计要求包含在ISO 3730中。滚筒的张力部分所需的最小匝数可能会因系泊缆绳的类型而有所不同。建议船舶设计人员要考虑到至少十匝以适应不同的系泊缆绳类型。

  不分隔式滚筒在不分隔式滚筒上,通常难以令人满意地盘绕和存储系泊缆绳,如果系泊缆绳盘绕得不正确,在系泊系统上施加拉力时会损坏缆绳。

  用于操作SPM系泊缆绳的绞车滚筒可能与SPM进行贸易的船舶应配备安全操作SPM系泊缆绳的设备(见4.3节)。

  用于收回系泊缆绳的储存滚筒应布置成与船首导缆孔、船首制链器成一条直线,而无需使用导向滚轮。这种油轮SPM系泊设备相对在一条直线上的布置是操作SPM系泊缆绳最安全和最有效的布置。如果系泊布置的设计无法直接导向,则可能需要使用导向滚轮,请参见4.3.3节中的进一步指导,包括局限性。除了普通系泊绞车和锚机组合之外,可能还需要考虑安装SPM系泊的专用绞车。

  刹车握持负荷OCIMF建议将主刹车设置为在第一层上应保持60%的船舶设计MBL。这不同于ISO3730的要求,即主刹车在第一层上应保持80%的船舶设计MBL。

  对于弹簧式刹车系统,在使用中,刹车带会旋转四分之一到半圈,超过测试时的初始滑动点,然后达到完全握持负荷。因此,弹簧式刹车系统最终的握持负荷将高于测试时记录的初始滑动负荷。由于刹车的伺服效应和作用在刹车螺杆上的弹簧力的组合作用,弥补了刹车带和机构的伸长,因此该负荷可能比测试负荷高10-20%。

  滚筒上缆绳的盘绕方向带式刹车系统的设计是只能在一个方向上有效地工作(即滑动),当要把系泊缆绳盘绕到滚筒上时需要考虑这一点。圆盘式刹车系统可在任一方向上有效地工作。

  有些绞车在正确绞缆的情况下,其刹车带的固定端是承受压力,而不是拉力。这些布置通常与带有液压释放的弹簧式刹车系统的设计有关,如图6.9所示。

  在这两种情况下,缆绳拉力的效果是相似的,即,刹车带的两半被夹紧或合拢在一起。两种布置都是可以接受的。

  船上的验收测试建议在安装绞车后用船上电源进行船上验收测试。验收测试应包括绞车的刹车测试。

  绞车控制装置、平台和系泊作业区域安装的绞车控制装置应该便于操作人员清楚地看到系泊作业区和其他系泊成员。控制装置的位置应该确保操作人员不会因移动部件而造成危险。

  在设计和安装绞车及其控制装置周围的平台和格栅时,应考虑为滚筒、控制装置和维护点提供连续的安全通道。平台通道应该是单层、水平和足够深/宽,能让两个操作人员安全地并排工作或者一前一后的工作,并可以向任何方向移动一/两步。平台通道的长度应超过绞车,从刹车/控制装置到滚筒/绞缆滚筒(如果安装)。

  铭牌和标牌系泊绞车应按照ISO 3730的规定,在可见的位置安装一个永久的耐腐蚀铭牌。铭牌上应至少标出:滚筒负荷、名义上的系泊速度和刹车握持负荷。

  提供给船舶经营人的信息船舶制造商在系泊绞车制造商的协助下,在船舶交付时应向船舶经营人提供以下信息:

  张力自调式绞车当货物转移系统在连接时,不能在自动模式下使用张力自调式绞车。

  绞车传动马达的冗余如果一台绞车,尤其是有多个滚筒的绞车依赖于单个马达,则应采取措施确保马达故障不会导致严重且持续的系泊能力损失。这可能包括在船上要有每种类型的备用马达和/或足够的备件以便立即维修。如果冗余计划是将绞车和其他绞车连接,则应在船舶系泊布置图中显示这种连接的布局。

  分隔式滚筒绞车系泊缆绳直接从储存滚筒送到岸上。随着系泊缆绳的收回,它会直接缠绕在储存滚筒上,直到有足够的松弛度才能在张力滚筒上缠绕足够的匝数,便于:

  不分隔式滚筒绞车应培训和指导操作人员使用不分隔式滚筒绞车,以确保系泊设备的完整性和船舶的安全系泊,特别是他们应该意识到,系泊缆绳的外层在受到拉力时会有嵌入下层的危险,这可能导致缆绳损坏和对人员造成伤害。

  绞车的刹车系统带式刹车系统的设计为单向操作(参见第6.3.4.2节),操作人员应了解正确的方向,制造商的标牌应显示缆绳的盘绕方向。如果没有提供,应在每个滚筒用油漆涂上,并尽早作永久标记。

  系泊缆绳层数对刹车握持负荷的影响有关缆绳层数对刹车握持负荷影响的指导,请参见第6.3.4.1节。

  刹车握持负荷通常引用滚筒上的第一层系泊缆绳,应该保持单层缆绳并能在缆绳的负荷较低时刹车不会滑动。

  对于不分隔式绞车滚筒,建议向制造商寻求指导,以保持OCIMF关于刹车滑动的建议。这可能需要船舶操作经验来确定用于大多数系泊作业的正常层数。

  刹车握持负荷影响带式刹车握持力的因素概述如下,并且操作和维护程序应考虑这些因素。

  图6.10显示了当施加的扭矩变化时,VLCC上的一系列刹车握持负荷的测试结果。当施加的扭矩改变时,握持负荷明显改变。因此操作人员必须正确地使用刹车。

  简易的螺杆式刹车容易被错误地施加扭矩,不建议用于新吨位超过16,000DWT的船舶。

  摩擦系数的微小变化会引起握持力产生大的变化。对于典型的系泊绞车刹车系统,握持力的变化是摩擦系数变化的两倍。例如,摩擦力10%的变化将导致握持力20%的变化。摩擦力的变化可能是由于:

  目的和频率刹车测试的主要目的是验证刹车是否在低于船舶设计MBL的负荷下滑动。OCIMF建议将刹车系统设置在船舶设计MBL的60%。

  测试程序每台绞车制造商都有自己的测试设备和程序,操作人员应遵守这些程序。设备和程序的详细信息应在系泊绞车的说明书中。

  测试的监督绞车测试应由熟悉绞车操作、测试程序和船舶安全管理体系方面的负责人的监督下进行。这个人可以是由船长、轮机长或维修主管指定。

  测试方法在测试绞车刹车之前,应该确认刹车和刹车滚筒的状况良好。应修复所有损坏或故障。

  于雪生,1971年生,高级船长。从事远洋运输事业27年,11年的船长经历,VLCC航线遍及亚欧非和南北美洲;曾获中国海事局“安全诚信船长”、大连市政府口岸工委“优秀员”等荣誉称号;中国航海学会专家库成员,辽宁省综合评标库(水上运输方向)、大连市政府采购(水上运输方向)评审专家;潜心刻苦钻研国际、国内航运法律法规和业务知识,多次在国家级刊物上发表远洋运输领域专业论文。