Различные типы якорей: руководство для морских, яхтенных и аквакультурных предприятий

Якоря не являются взаимозаменяемыми — выбор правильного якоря полностью зависит от размера судна, типа морского дна, условий окружающей среды и применения. Пять наиболее практичных категорий якорей: морские корабельные якоря (безштоковые, адмиралтейские), якоря для яхт (плуг, лапа, поперечная балка) и швартовочный якорь для аквакультуры s (собственный, винтовой, тормозной заделки). Выбор неправильного типа может привести к затягиванию, повреждению конструкции или полному отказу швартовки. В этом руководстве каждый тип разбирается с данными о мощности хранения, идеальными вариантами использования и прямым сравнением, чтобы вы могли сделать осознанный выбор.

Почему тип якоря имеет большее значение, чем вес якоря

Распространенное заблуждение состоит в том, что более тяжелый якорь всегда держится лучше. В действительности, геометрия якоря и совместимость с морским дном гораздо важнее, чем сама масса. Современный якорь-плуг массой 15 кг на песчаном морском дне может превзойти традиционный адмиралтейский якорь массой 40 кг в тех же условиях, поскольку его конструкция позволяет ему глубоко закапывать и создавать горизонтальное сопротивление, намного превышающее его собственный вес.

Удерживающая сила обычно выражается как отношение удерживающей силы к весу якоря. Высокопроизводительные современные анкеры достигают коэффициентов от 20:1 до 50:1 в оптимальных условиях морского дна, в то время как традиционные конструкции могут достигать соотношения только от 3:1 до 8:1. Тип морского дна — песок, ил, камни, гравий или кораллы — определяет, какая геометрия якоря будет надежно зарываться, а какая будет проскакивать по поверхности.

Якоря морских кораблей: созданы для коммерческих и военно-морских судов

Большим коммерческим судам, военно-морским кораблям и морским платформам требуются якоря, которые можно быстро развернуть и извлечь с помощью клюза и лебедки и которые надежно удерживаются на различных глубоководных участках морского дна. Двумя доминирующими типами являются безштоковые и адмиралтейские якоря.

Безштоковый якорь (типа Холла)

Безштоковый якорь является мировым стандартом коммерческого судоходства. Его отличительной особенностью является поворотная коронка с двумя лапами и отсутствие горизонтального стержня, что позволяет всему якорю втягиваться заподлицо в трубу клюза. Это делает укладку и развертывание полностью механизированными, что крайне важно для судов весом в десятки тысяч тонн.

• Типичный диапазон веса: от 500 кг до 30 000 кг для больших танкеров и балкеров
• Соотношение удерживающей силы: примерно от 3:1 до 5:1 — ниже, чем у современных конструкций, но приемлемо, учитывая огромный абсолютный вес.
• Лучшее морское дно: ил и песок от мягкого до среднего; плохая производительность на твердых камнях или крупном гравии
• Регулируется правилами классификационных обществ (Lloyd's, DNV, ABS) на основе номера оборудования судна (EN).

Адмиралтейский (запасной) якорь

Адмиралтейский якорь имеет длинную горизонтальную шток, перпендикулярную лапам, что заставляет одну лапу зарываться в морское дно при приземлении якоря. Он обеспечивает превосходное удержание на каменистом или неровном дне, где безштоковые якоря не могут установиться. Однако выступающий приклад затрудняет его размещение, ограничивая его использование небольшими судами, историческими кораблями и конкретными военно-морскими судами.

• Соотношение удерживающей силы: от 8:1 до 12:1 на смешанном или каменистом морском дне.
• Недостаток: обнаженная лапа может засорить якорную цепь, поскольку судно раскачивается при изменении прилива.
• По-прежнему рекомендуется для некоторых применений на военно-морском флоте и в береговой охране, где удержание на каменистом дне имеет первостепенное значение.

Высокая удерживающая способность (HHP) и Super-HHP Морские якоря

Современные классификационные общества признают якоря HHP (удерживающая сила ≥ 2×, эквивалентная безшторному якорю) и якоря Super-HHP (удерживающая способность ≥ 4×). Такие конструкции, как якоря Spek, Pool и AC-14, попадают в эти категории и все чаще используются для морских судов обеспечения и полупогружных платформ. Якорь AC-14, широко используемый в операциях в Северном море, обеспечивает удерживающую силу до 15:1 на мягком глинистом морском дне. — преобладающий тип дна в этом регионе.

Якоря для яхт: эффективность и удобство для прогулочных судов

Якоря для яхт должны сочетать высокую удерживающую силу с простым управлением вручную или с помощью лебедки, компактным размещением на носовом ролике и надежной установкой на разнообразном морском дне, встречающемся во время круиза — песчаных заливах, илистых эстуариях, заросших водорослями участках и смешанном дне. На современном рынке яхт доминируют три типа.

Якоря для плуга (CQR и Delta)

Якорь для плуга, имеющий форму сельскохозяйственного плуга, является одной из наиболее широко используемых конструкций якорей для яхт во всем мире. Оригинальный CQR (Secure) имеет шарнирный хвостовик, который позволяет якорю поворачиваться и устанавливаться заново, если судно поворачивается на 180°. Delta — это усовершенствованная версия с фиксированным хвостовиком, обеспечивающая более быструю настройку и лучшее удержание в большинстве условий.

• Типичные размеры: от 10 кг (яхты до 10 м) до 35 кг (яхты до 18 м)
• Коэффициент удерживающей мощности: от 15:1 до 25:1 в песке; От 8:1 до 15:1 в мягком иле
• Подходит для стандартных носовых роликов и легко укладывается на большинстве серийных яхт.
• Слабость: может с трудом прижиться в сорняках или твердом песке; шарнирная конструкция CQR менее эффективна, чем у Delta в независимых тестах

Якоря Fluke (Дэнфорт и Крепость)

Якоря-лапы имеют две большие плоские вращающиеся лапы, которые погружаются в мягкое морское дно под небольшим углом. Они обеспечивают исключительное соотношение удерживающей мощности и веса на песке и мягкой грязи — Fortress FX-37 (4,5 кг алюминия) рассчитан на удержание 12-метровое судно при ветре 30 узлов. — замечательные характеристики для якоря весом менее 5 кг.

• Коэффициент удерживающей мощности: от 25:1 до 50:1 в мягком иле (среди самых высоких среди якорей любого типа)
• Модели Aluminium Fortress на 40–50 % легче стальных аналогов — идеально подходят в качестве клина или вторичного анкера.
• Критическое ограничение: плохо работает на камнях, кораллах, гравии или на сильно заросшем дне, куда не могут проникнуть трематоды.
• Не подходит для носового ролика — обычно хранится на кронштейнах палубы или в рундуке.

Якоря Roll-Bar (Rocna, Manson Supreme, SPADE)

Якоря с поперечной балкой представляют собой современный уровень развития круизных яхт. Вогнутая лопатка в форме ковша прикреплена к поперечной балке, которая поворачивает якорь в правильную ориентацию в тот момент, когда он касается морского дна, обеспечивая быструю и последовательную установку. Независимые сравнительные тесты, в том числе проведенные журналом «Practical Sailor», неизменно ставят конструкции дуг безопасности на первое место по удерживающей способности, скорости установки и повторной настройке после изменения направления.

• Rocna 15 кг (подходит для яхт длиной 10–14 м): удерживающая сила до 4500 кг в песке — соотношение 300:1 по водоизмещению судна для 10-тонной яхты
• Надежно закрепляется на песке, иле, водорослях и смешанном грунте; приемлемо (не отлично) на скале
• Подходит для носовых роликов, предназначенных для якорей-плугов; защитная дуга иногда может зацепляться за кромки ролика — перед покупкой проверьте совместимость
• Ценовая надбавка: на 20–50% дороже, чем якоря-плуг эквивалентного веса, но считается, что для морских крейсеров оно того стоит.

Сравнение якорей по типу и применению морского дна

Ни один якорь не будет лучшим в любых условиях. В таблице ниже приведены характеристики наиболее распространенных типов морского дна и применений, которые помогут вам при выборе.

Причальные якоря для аквакультуры: удержание рыбных ферм и морских сооружений

Якоря для аквакультуры служат совершенно иной цели, чем якоря для судов: они должны удерживать клетки, ярусы, системы буев и загоны для сетей на месте постоянно, часто в течение многих лет, под воздействием разнонаправленных течений и штормовых нагрузок. Надежность в течение многолетнего срока развертывания имеет приоритет над удобством развертывания или извлечения. В швартовных системах для аквакультуры преобладают три типа якорей.

Грузовые (гравитационные) якоря

Якоря с дедвейтом противостоят швартовым нагрузкам за счет собственной массы, полагаясь на трение и вес якоря о морское дно. Обычно это литые бетонные блоки, стальные рамы, заполненные бетоном, или готовые стальные пластины.

• Типичный вес: от 500 кг до 10 000 кг за один анкер в зависимости от требований к нагрузке
• Горизонтальная удерживающая сила: примерно 40–60% веса в погруженном состоянии (из-за коэффициента трения бетона или стали о материал морского дна).
• Преимущества: простота изготовления, работает на любом типе дна, включая твердые породы, где не работают встроенные якоря, легко осматривается водолазом или ROV.
• Недостатки: для монтажа и демонтажа требуется тяжелая грузоподъемная техника (баржа-кран); относительно низкая эффективность удержания на тонну по сравнению со встроенными анкерами
• Наиболее экономически эффективен для прибрежных и защищенных водных объектов, где практична транспортировка тяжелого оборудования.

Спиральные винтовые анкеры

Спиральные якоря состоят из центрального стального вала с одной или несколькими винтовыми опорными пластинами, которые вращаются в морское дно с помощью гидравлического моментного двигателя, обычно установленного на водолазном инструменте или подводном ROV. Спиральные пластины фиксируются в матрице почвы, обеспечивая сопротивление как вертикальному подъему, так и горизонтальному напряжению.

• Вместимость: от 50 кН до 500 кН в зависимости от диаметра вала, размера спирали, количества пластин и состояния почвы
• Для установки не требуется тяжелое надводное крановое оборудование — значительное преимущество в эксплуатационных затратах на открытых морских объектах.
• Можно снять и переместить путем изменения направления ротации — это полезно при аренде аквакультуры с ограниченным сроком владения или для ферм, которые меняют участки для восстановления окружающей среды.
• Соотношение крутящего момента и мощности позволяет проверять качество установки в режиме реального времени: измеренный момент установки напрямую коррелирует с достигнутой удерживающей способностью , обеспечивая встроенную проверку качества без дополнительного нагрузочного тестирования.
• Ограничение: требуется песчаная или связная почва; невозможно установить через булыжник, гравий или камень

Перетаскивание якорей закладной (DEA)

Якоря для заглубления с перетаскиванием, в том числе такие конструкции, как Брюс, Стевприс и Vryhof Stevmanta VLA (якорь с вертикальной нагрузкой), тянутся по морскому дну до тех пор, пока двуустка не закопается на глубину, где сопротивление грунта превышает приложенную нагрузку. На глубине удерживающая сила резко возрастает по мере того, как якорь погружается глубже под нагрузкой.

• Коэффициенты холдинговой мощности: от 30:1 до 100:1 для современных конструкций VLA из мягкой глины, что делает их наиболее эффективным типом анкеров по весу для применения на море.
• Якорь Stevpris Mk5 массой 3500 кг может развивать удерживающую силу, превышающую 200 тонн в глине средней прочности — причина применения данной конструкции для плавучего судна и полупогружных причалов
• Варианты VLA рассчитаны на почти вертикальные углы нагрузки после глубокого заглубления, что делает их пригодными для тугих и полунатянутых конфигураций швартовки, используемых при разведении лосося на открытом море в Норвегии и Шотландии.
• Недостаток: требуется значительное расстояние сопротивления (обычно 5–10 × глубина якоря) для достижения полной заделки, что требует больших чистых участков морского дна; также трудно поднять без специализированных судов для установки якорей.

Проектирование швартовной системы для аквакультуры: конфигурации с одним якорем или с несколькими якорями

Индивидуальный выбор якоря — это лишь часть проектирования швартовки для аквакультуры. Конфигурация — то, как расположены и подключены якоря — определяет, сможет ли система справиться с разнонаправленными штормовыми нагрузками, изменением приливных течений и динамическими силами больших загонов сетей, движущихся волнами.

Распространение швартовки

Наиболее распространенная конфигурация садков для лосося и ярусов для мидий. Вокруг конструкции радиально располагаются от четырех до восьми анкеров. Каждый якорь принимает на себя часть общей нагрузки. Для садка с лососем диаметром 50 метров на участке с расчетным течением 1,5 м/с и расчетной высотой волны 5 метров общая горизонтальная сила швартовки может достигать 150–300 кН — требование использования нескольких якорей, номинальная нагрузка которых значительно превышает индивидуальную долю нагрузки, чтобы обеспечить коэффициент запаса прочности от 3:1 до 5:1 на каждый якорь.

Ярусный причал (выращивание мидий и устриц)

На фермах по разведению моллюсков используются утяжеленные ярусы, подвешенные между концевыми якорями. Грузовые или винтовые анкеры на каждом конце должны противостоять как нисходящему весу культуры, так и горизонтальному сопротивлению линии течением. Как вес урожая мидий может достигать 15–25 кг на погонный метр лески 200-метровый ярус может перевозить 3000–5000 кг биомассы — при выборе якоря необходимо учитывать эту статическую нагрузку в дополнение к нагрузке на окружающую среду.

Одноточечный причал (SPM) для морских ферм

Открытые морские системы аквакультуры, которые все чаще развертываются в местах с глубиной воды 30–100 м, используют одноточечные швартовки, которые позволяют конструкции флюгера противостоять преобладающему ветру и течению, сводя к минимуму поперечные нагрузки. Один большой DEA или группа винтовых якорей образуют точку крепления к морскому дну. Эти системы рассчитаны на то, чтобы выдерживать Штормовые явления с повторяемостью 50 или 100 лет в соответствии с рекомендациями классификационного общества, например, опубликованными DNV (DNVGL-ST-0437).

Как выбрать правильный якорь: практические рамки принятия решений

Выбор якоря следует за логической последовательностью вопросов. Чтобы сузить свой выбор, выполните следующие шаги:

1. Определите приложение: Это якорь судна (временное удержание) или швартовный якорь (постоянная или полупостоянная установка)? В якорях судов приоритет отдается простоте развертывания и извлечения. При швартовных якорях приоритет отдается долговременной удерживающей способности и устойчивости к коррозии.
2. Определите размер сосуда или конструкции: Для яхт обратитесь к таблице размеров якорей производителя (обычно в зависимости от длины судна и водоизмещения). Для коммерческих судов вес якоря определяется расчетами количества оборудования в соответствии с правилами классификационного общества. Для сооружений аквакультуры закажите формальный анализ швартовки с использованием данных об окружающей среде для конкретного участка.
3. Определите тип морского дна: Запросите отчет о морском дне или геологическое исследование критически важных постоянных объектов. Для постановки яхты на якорь обратитесь к путеводителям и обозначениям на картах (например, «s» для песка, «m» для грязи, «r» для камня).
4. Оцените условия окружающей среды: Максимальная ожидаемая скорость ветра, высота волны, скорость течения и диапазон приливов — все это влияет на требуемую удерживающую силу. Требования к яхте, стоящей на якоре в защищенной бухте при ветре силой 15 узлов, совсем другие, чем к яхте, стоящей на якоре у открытого мыса при скорости ветра 40 узлов.
5. Учитывайте требования к получению: Постоянные установки аквакультуры могут никогда не нуждаться в извлечении. Якоря яхты необходимо снимать ежедневно. Якоря коммерческих судов необходимо развернуть и взвесить за считанные минуты. Каждый сценарий предпочитает свой тип привязки.
6. Примените соответствующие коэффициенты безопасности: Для прогулочных судов типичным является коэффициент запаса прочности, превышающий расчетную максимальную нагрузку 2:1. Для морских аквакультурных и коммерческих швартовочных систем стандарты DNV и ISO определяют коэффициенты безопасности от 3:1 до 5:1 для постоянных швартовок в открытых местах.

Материалы, коррозия и долгосрочная надежность

Выбор материала влияет как на структурную целостность, так и на затраты на техническое обслуживание в течение всего срока службы якоря, особенно для якорей, находящихся в условиях постоянного погружения или приливной зоны.

Стальные анкеры

Подавляющее большинство морских и коммерческих якорей изготавливаются из мягкой или высокопрочной стали. Горячее цинкование (толщина покрытия минимум 85 мкм согласно ISO 1461) обеспечивает 10–20 лет защиты от коррозии в морской воде для редко используемых якорей яхт. Постоянно погруженные швартовные якоря требуют катодной защиты (жертвенные цинковые или алюминиевые аноды) и периодического осмотра. Незащищенная сталь в тропической морской воде теряет 0,1–0,3 мм толщины в год. — значительное за 10 лет развертывания.

Алюминиевые анкеры

Якоря из морского алюминиевого сплава (серии 5000 или 6000) — в основном конструкции из лап, такие как Fortress — обеспечивают превосходную коррозионную стойкость в морской воде без покрытий и на 60–65 % легче, чем эквивалентные стальные якоря. Компромиссом является более низкая прочность: алюминиевые якоря не подходят для судов длиной более 15–18 метров или в морских условиях с высокой энергией, где ударная нагрузка может вызвать усталостное растрескивание.

Нержавеющая сталь

Нержавеющая сталь марки 316L используется для изготовления якорей для яхт и швартовного оборудования с высокими техническими характеристиками. Он обладает высокой устойчивостью к щелевой и точечной коррозии в морской воде. не следует использовать в постоянно захороненных или обедненных кислородом отложениях. , где щелевая коррозия может быстро развиваться даже на 316L — известный вид разрушения швартовной цепи и якорных скоб, погруженных в бескислородный ил.

Краткий справочник по выбору размеров якоря в зависимости от типа судна и конструкции

В следующей таблице приведены общие рекомендации по выбору размеров в качестве отправной точки. Всегда сверяйте данные со спецификациями производителя и условиями на месте.