Полное руководство по швартовным грузилам: выбор материала, веса и безопасности

A швартовное грузило Якорь дедвейта (обычно бетонный, чугунный или камненаполненный), размещаемый на морском дне для удержания причального буя и прикрепленного к нему судна на месте. В отличие от буксирных якорей, грузила полагаются исключительно на массу и донное трение, а не на проникновение лап, что делает их предсказуемыми, не требующими особого обслуживания и подходящими для широкого спектра условий морского дна. Выбор правильного веса грузила, материала и конфигурации цепи является единственным наиболее важным фактором, определяющим, будет ли швартовка надежно удерживаться во время штормов или перетаскиваний и причинять ли повреждения. В этом руководстве представлены практические подробности, необходимые для принятия правильного решения.

Что делают швартовые грузила и почему они важны

Швартовное грузило служит фиксированным фундаментом постоянной или полустационарной системы швартовки. Судно пришвартовано к надводному бую; Буй соединяется цепью или веревкой с грузилом, лежащим на дне. Работа грузила двоякая: противостоять горизонтальной нагрузке, создаваемой ветром, течением и волнами на судне , и оставайтесь при этом неподвижными.

Поскольку грузило никогда не закапывается, его удерживающая способность определяется простым уравнением трения: удерживающая сила равна весу погруженного грузила, умноженному на коэффициент трения между грузилом и морским дном. В грязи этот коэффициент составляет примерно 0,3–0,4; на песке – 0,4–0,6; на гравии или камне - до 0,7. А Бетонное грузило 500 кг на песке следовательно, обеспечивает примерно 200–250 кг горизонтальной удерживающей силы — цифру, которую необходимо сравнивать непосредственно с расчетной пиковой швартовной нагрузкой судна.

Невысокие грузила тянут, иногда катастрофически. Во время инцидента в 2019 году в пристани Новой Зеландии 6-метровый трейлерный катер вырвался на свободу во время движения на юг со скоростью 45 узлов, потому что его причальное грузило, изначально рассчитанное на 4-метровую лодку, никогда не модернизировалось. Прежде чем сесть на мель, судно нанесло соседним лодкам ущерб на сумму 38 000 долларов. Правильный размер не является обязательным.

Виды швартовных грузил

Грузила производятся или изготавливаются в нескольких формах, каждая из которых имеет определенные преимущества в зависимости от условий применения, бюджета и требований к долговечности.

Бетонные грузила

Самый распространенный тип в мире. Бетонные грузила, заливаемые в цилиндрические, квадратные или грибовидные формы, недороги, химически инертны в морской воде и их легко изготовить на месте. Стандартные грузила портовых властей варьируются от от 100 кг до 2000 кг . Железобетон с морской арматурой продлевает срок службы до 15–25 лет; неармированный бетон может растрескаться и потерять массу через 5–8 лет в местах, подверженных воздействию скачков напряжения. Вес бетонного грузила в погруженном состоянии составляет примерно 60% от его сухого веса, что важно для расчета фактической удерживающей силы.

Чугунные и стальные грузила

Железные и стальные грузила предлагают примерно В 2,5–3 раза превышает плотность погруженного бетона. для того же объема, что позволяет занимать гораздо меньшую площадь. Чугунное грузило массой 300 кг значительно легче транспортировать и развертывать на небольшой рабочей лодке, чем бетонный блок, удерживающий его эквивалент. Компромиссом является коррозия: стальные грузила без покрытия в тропической соленой воде могут терять 2–4 мм сечения в год. Горячее цинкование или эпоксидное покрытие продлевают срок службы до 10–15 лет. Они являются предпочтительным выбором в тех случаях, когда пространство для развертывания ограничено или когда дайверам приходится обращаться с грузилом на глубине.

Грибовидные якоря, используемые в качестве грузил

Чугунный якорь-гриб, знакомый по причалам для небольших лодок, технически представляет собой комбинацию грузила и якоря-присоски. Форма перевернутого купола позволяет ему постепенно погружаться в мягкий осадок, создавая всасывающее уплотнение, которое со временем значительно увеличивает удерживающую способность. А 90 кг грибов который изначально выдерживает горизонтальную нагрузку 90–100 кг, через два-три года погружения в грязь может выдержать 400–600 кг. Они менее предсказуемы, чем грузила с чистым дедвейтом на твердом дне, где не происходит заделывания.

Клетки, заполненные камнями и щебнем

Клетки из оцинкованной стали или сетки из полиэтилена высокой плотности, заполненные местным камнем, являются экономически эффективным решением для удаленных стоянок, где транспортировка сборных грузил нецелесообразна. Клетка собирается на месте и заполняется вручную или с помощью небольшого крана. Типичная плотность заполненных садков достигает 1500–1800 кг/м³. Коррозия клетки является основным видом отказа; Рамы из нержавеющей стали или горячеоцинкованной стали со стержнем толщиной 6 мм рекомендуются для срока службы более 10 лет.

Грузила для бетона высокой плотности и синтетического заполнителя

Специализированные производители производят грузила, используя тяжелый заполнитель (магнетит, барит или стальную дробь), смешанный с бетоном для достижения сухой плотности. 3000–4500 кг/м³ по сравнению с 2300 кг/м³ для стандартного бетона. Они используются там, где необходимо максимизировать вместимость при компактном форм-факторе — например, в оживленных причалах с ограниченным радиусом поворота или в причальных системах для аквакультуры, где необходимо точно разместить десятки грузил.

Как рассчитать необходимый вес грузила

Выбор размера грузила начинается с оценки пиковой нагрузки на швартовку — максимальной горизонтальной силы, которую судно оказывает на швартовку при расчетном ветре и текущих условиях. Существует несколько авторитетных методов; наиболее широко используемым для малых судов является Бюро метеорологии / Подход к стандартам швартовки распространен в Австралии и Новой Зеландии, а стандарты ABYC — в Северной Америке.

Шаг 1 — Оцените пиковую швартовную нагрузку

Упрощенная, но практичная формула для однокорпусных судов:

F (кН) = 0,5 × ρ × Cd × A × V²

Где ρ = плотность воздуха (1,225 кг/м³), Cd = коэффициент лобового сопротивления (обычно 1,0–1,3 для однокорпусных судов), A = парусность в м² и V = расчетная скорость ветра в м/с. Для 10-метровой крейсерской яхты с парусностью 18 м² при расчетной скорости ветра 40 узлов (20,6 м/с) пиковая нагрузка составляет примерно 5,5–7,0 кН (560–710 кгс) . Добавьте 10–15% на токовую нагрузку и волновой наброс.

Шаг 2. Учет трения морского дна

Разделите пиковую нагрузку на швартовку на соответствующий коэффициент трения для вашего типа морского дна, чтобы получить требуемый вес погруженного грузила. Затем разделите на 0,6 (доля погруженного веса бетона), чтобы получить требуемый сухой вес. Всегда применяйте коэффициент запаса прочности не менее 2,0 для постоянных причалов; портовые власти Великобритании, Австралии и Новой Зеландии обычно указывают 2,5–3,0.

Рабочий пример

Пиковая нагрузка: 700 кгс. Дно: песок (коэффициент трения 0,5). Требуемый подводный вес: 700 ÷ 0,5 = 1400 кг. Требуемая масса сухого бетона с SF 2,5: 1400 × 2,5 ÷ 0,6 = 5830 кг . Эта цифра удивляет большинство тех, кто впервые устанавливает швартовку, — она объясняет, почему в хорошо спроектированных причалах для 10-метровых яхт обычно используются грузила весом 2000–3000 кг в сочетании с наземной цепью, которая добавляет дополнительную фрикционную нагрузку.

Рекомендации по весу грузила в зависимости от размера судна

В таблице ниже приведены ориентировочные минимальные веса грузил для судов обычных категорий на песчаном морском дне с коэффициентом запаса прочности 2,5. Отрегулируйте в большую сторону для грязи (÷0,35 вместо ÷0,5), открытых мест или многокорпусных судов с более высокой парусностью.

Компоненты швартовной системы, работающие с грузилом

Грузило не работает изолированно. Вся швартовочная система должна быть спроектирована как единый узел; Грузило правильного размера все равно может выйти из строя, если оно соединено цепью недостаточного размера или корродированным вертлюжком.

Цепь заземления

Цепь заземления соединяет грузило со стояком. Его основная функция, помимо соединения, — лежать ровно на морском дне и добавлять собственный вес — и трение — к удерживающей способности системы. Стандартная рекомендация — длина цепи заземления В 1,5–2,0 раза больше глубины воды , используя короткозвенную цепь класса 40 или класса 70, размер которой по крайней мере в 1,5 раза превышает пиковую швартовную нагрузку по прочности на разрыв. Для 10-метровой яхты на глубине 5 м типичная наземная цепь представляет собой 8–10 м цепи Grade 40 диаметром 13 мм, минимальная разрывная нагрузка которой составляет около 9,5 тонн.

Подъемная цепь или веревка

Стояк соединяет наземную цепь с надводным буем. Цепные стояки тяжелые и поглощают энергию скачков напряжения за счет цепного действия; Веревочные стояки легче и допускают большее упругое растяжение, что снижает пиковую ударную нагрузку на грузило. Нейлоновые канатные стояки могут поглощать 25–35% энергии скачков напряжения. что цепной стояк будет передавать сигнал непосредственно на грузило и соединение морского дна. Во многих современных швартовках используется комбинация: цепь внизу для устойчивости к истиранию и нейлон в толще воды для эластичности.

Скобы и вертлюги

Каждая точка соединения является потенциальной точкой отказа. Используйте только дуговые скобы («омега-скобы»), рассчитанные на превышение разрывной нагрузки системы; D-образные скобы непригодны для швартовки из-за их низкой устойчивости к боковой нагрузке. Мышиные (мышечные) скобы с нержавеющей проволокой через штифт обязательны — простая штыревая дужка может открутиться при циклической нагрузке в течение нескольких недель. Вертлюги предотвращают перекручивание цепи от передачи скручивающей нагрузки на точку крепления грузила; используйте только вертлюги с безопасной рабочей нагрузкой, соответствующей или превышающей номинальную нагрузку цепи.

Надводный буй

Буй должен обеспечивать достаточную плавучесть, чтобы удерживать цепь райзера над морским дном, когда ни одно судно не прикреплено, предотвращая нагромождение цепи на грузило и потенциальное его смещение. Эмпирическое правило: плавучесть буя в кг должна быть не менее В 1,5 раза больше сухого веса стояковой цепи. . Буи, наполненные пеной, предпочтительнее наполненных воздухом в открытых местах, поскольку они не могут сдуться в случае прокола.

Тип морского дна и его влияние на производительность грузила

Состав морского дна напрямую определяет, какую удерживающую силу обеспечивает данный вес грузила. Это переменная, которую чаще всего упускают из виду при определении размеров причалов на основе общей таблицы.

На мягком иле такая же пиковая швартовная нагрузка требует почти вдвое грузило погружается по весу по сравнению с песчаным морским дном. Причал, рассчитанный на песок и развернутый на иле без регулировки, сразу занижается. Если тип морского дна неизвестен, перед установкой грунт можно определить с помощью осмотра водолазом или простого ручного пенетрометра с лодки.

Установка швартовного грузила: шаг за шагом

Правильная установка так же важна, как и правильный выбор размеров. Грузило подходящего размера, расположенное на запутавшейся цепи или в неправильном месте, обеспечивает не большую безопасность, чем грузило меньшего размера.

1. Осмотрите сайт. Подтвердите глубину воды во время прилива и отлива, тип морского дна, радиус поворота вдали от других причалов и опасностей, а также близость к подводным кабелям или трубопроводам. Большинство портовых властей требуют разрешения перед установкой причала.
2. Соберите швартовочную систему на поверхности. Разложите грузило, заземляющую цепь, вертлюг, стояк и буй. Подсоедините все скобы, зафиксируйте все штифты нержавеющей проволокой и убедитесь, что разрывные нагрузки во всей системе одинаковы — самое слабое звено должно превышать расчетную нагрузку с требуемым коэффициентом запаса прочности.
3. Отметьте положение развертывания. Установите временный маркерный буй в точной точке размещения. Учитывайте круг поворота судна — обычно 2 × длина прицела плюс длина судна — обеспечить, чтобы раскачивающееся судно не касалось других причалов или береговой линии.
4. Развертывание с помощью крана или рабочей лодки с А-образной рамой. Медленно опустите грузило; внезапные падения на мягкое морское дно могут привести к тому, что грузило подпрыгнет и приземлится под углом, что уменьшит его зону воздействия. Для грузил весом более 500 кг настоятельно рекомендуется использовать баржевый кран.
5. Подайте заземляющую цепь по мере опускания грузила. Убедитесь, что цепь заземления лежит ровно и радиально от грузила в направлении преобладающей нагрузки, а не навалена на грузило.
6. Прикрепите и спустите на воду стояк и буй. Убедитесь, что буй плавает с достаточным надводным бортом (не менее 150 мм над ватерлинией), что указывает на то, что длина стояка не превышает глубины воды.
7. Провести дайверскую проверку в течение 48 часов. Убедитесь, что грузило сидит ровно, цепь уложена правильно и под грузилом нет мусора, который мог бы уменьшить площадь контакта и трение.

Интервалы проверок и технического обслуживания

Швартовные грузила и связанное с ними оборудование со временем изнашиваются. Износ цепи — наиболее частая причина поломки швартовки. — не тянет грузило. В ходе обследования 1200 причалов в водах Южной Австралии, проведенного в 2017 году, у 62% причалов, которые не обслуживались более трех лет, износ цепи на одном или нескольких звеньях превысил 20% от исходного диаметра стержней.

• Ежегодный дайверский осмотр — измерить диаметр стержня цепи в местах наибольшего износа (соединение грузила и соединение буя). Замените цепь, если износ превысит 10% номинального диаметра (например, замените цепь диаметром 13 мм, если длина любого звена меньше 11,7 мм).
• Проверить состояние грузила — проверить на наличие трещин, сколов или значительного биологического обрастания, изменяющего форму. Бетонные грузила, потрескавшиеся через крепежную проушину, необходимо немедленно заменить.
• Проверьте положение грузила — сравнить координаты GPS с исходной записью установки. Грузило, сместившееся более чем на 2 м от исходного положения, скорее всего, волочилось под нагрузкой, и его следует проверить повторно.
• Осмотрите скобы и вертлюги — проверьте удлинение дужки дужки (признак перегрузки), коррозию штифтов и целостность всех проводов.
• Полная замена системы - большинство портовых властей требуют полной замены цепи каждые 5–7 лет независимо от измеренного износа, а также повторной проверки грузила каждые 10 лет или после любого крупного шторма, превышающего расчетную скорость ветра причала.

Экологически ответственная практика швартовки грузил

Традиционные швартовые грузила, перетаскиваемые по морскому дну во время штормов, или наземные цепи, перемещающиеся взад и вперед при движении судна, могут нанести значительный ущерб лугам, заросшим водорослями, и коралловым субстратам. В охраняемых морских районах регулирующие органы все чаще требуют использования швартовок, минимизирующих контакт с морским дном.

• Устранить смещение цепи заземления. За счет большого размера грузила и использования более короткой и тяжелой цепи заземления дуга, охватываемая движением цепи, сводится к минимуму. В некоторых системах теперь вместо цепного стояка используется жесткий рычаг из стекловолокна или полиэтилена высокой плотности, чтобы полностью исключить подметание морского дна.
• Используйте винтовые анкеры на участках, заросших водорослями. Если это разрешено правилами, замена грузика винтовым анкером, просверленным в основании, полностью исключает цепь заземления. Удерживающая способность эквивалентна части площади основания, а нарушение морского дна ограничивается диаметром винта (обычно 75–150 мм).
• Избегайте необрастающих покрытий на грузилах. Противообрастающее покрытие на основе меди на грузилах вымывает биоциды в осадок непосредственно под ними. Естественное биообрастание бетонного грузила существенно не снижает его удерживающее трение, и его следует оставлять без лечения.
• Немедленно удаляйте заброшенные причалы. Заброшенное грузило с цепью и буем становится навигационной опасностью и постоянным источником нарушения морского дна. В большинстве юрисдикций взимаются штрафы за необслуживаемые швартовки, а затраты на демонтаж быстро возрастают, когда буй тонет и цепь оказывается под землей.

Распространенные ошибки и как их избежать

Большинство неудач при швартовке связано с небольшим количеством повторяющихся ошибок. Осознание этих закономерностей предотвращает большинство инцидентов:

• Использование того же грузила при переходе на судно большего размера. Парусность и масса судна увеличиваются быстрее, чем длина лодки: увеличение длины лодки на 20% обычно соответствует увеличению пиковой швартовной нагрузки на 40–50%. Всегда пересчитывайте при смене сосудов.
• Пренебрежение цепной связью при глубинных расчетах. На мелководье (менее 3 м) цепь быстро натягивается под нагрузкой, передавая почти горизонтальную силу непосредственно на грузило с минимальной амортизацией цепной цепи. В этих условиях вес грузила необходимо увеличить на 25–40 % по сравнению со стандартными размерными таблицами.
• Пренебрежение фактором безопасности. Выбор точно рассчитанной пиковой нагрузки без запаса прочности означает, что швартовка находится на пределе своих возможностей в расчетных условиях — любой порыв ветра, превышающий расчетную скорость, любая волновая нагрузка или любой износ цепи мгновенно выводят систему из строя.
• Использование неправильной ориентации дужки. Штифт скобы должен быть ориентирован так, чтобы нагрузка проходила через дужку, а не через штифт. Скоба, нагруженная на штифт с одинаковой силой, может выйти из строя при 30–50 % номинальной нагрузки .
• Предположим, что причал цел, потому что буй все еще там. Буи были обнаружены плавающими после того, как весь подводный узел — грузило, цепь и все остальное — проржавели и затонули. Ежегодный осмотр дайвера — единственный надежный метод проверки.