Якорные цепи
Якорные цепи: конструкция, стандарты, применение и контроль
Якорная цепь – это ключевой элемент якорного устройства судна, предназначенный для соединения якоря с корпусом, удержания судна на месте в заданной позиции и восприятия динамических нагрузок от воздействия ветра, течения и волнения. В энергетической и морской инфраструктуре (буровые платформы, плавучие энергоблоки, суда обеспечения) надежность якорной цепи является критически важным фактором безопасности.
Конструкция и составные элементы якорной цепи
Стандартная якорная цепь сваривается из отдельных звеньев овальной формы. Основные конструктивные элементы включают:
- Обыкновенное звено (Standard Link): Прямое звено, составляющее основную массу цепи.
- Усиленное звено (Enlarged Link): Звено с увеличенными размерами, устанавливаемое через каждые 90 футов (около 27,4 м) для облегчения подсчета вытравленной цепи и обозначения ее длины. Также служит для крепления концевого звена.
- Концевое звено (End Link): Открытое звено особой формы, к которому крепится концевая скоба.
- Соединительное звено (Kenter Lugless Joining Link): Разъемное звено, используемое для соединения двух смычек (сборочных единиц цепи) между собой. Состоит из двух полузвеньев, клина и стопорной шпильки.
- Концевая скоба (Anchor Shackle, D-Shackle): Соединяет цепь с якорем.
- Вертлюг (Swivel): Устройство, предотвращающее перекручивание цепи, устанавливается в составе якорного снабжения.
- Смычка (Shackle): Отрезок цепи длиной 25 или 27,5 метров (15 морских саженей), состоящий из четного числа звеньев и оканчивающийся усиленным звеном. Общая длина якорной цепи набирается из нескольких смычек, соединенных соединительными скобами или звеньями.
- Grade 1 (NVK1): Цепь нормальной прочности (Normal Strength). Минимальное разрывное усилие ~ 410 Н/мм².
- Калиброванная цепь (Stud Link Chain): Каждое звено снабжено распоркой (студнем), которая предотвращает деформацию звена под нагрузкой, увеличивает прочность на 15-20% и препятствует запутыванию цепи. Это основной тип для судовых якорных цепей.
- Некалиброванная цепь (Studless Link Chain): Звенья без распорок. Применяется в основном на плавучих буях, легких судах или в качестве вспомогательной.
- Испытание на растяжение (Break Test): Выборочное звено растягивается до разрушения для определения фактического разрывного усилия.
- Испытание на прочность (Proof Test): Вся цепь подвергается растяжению испытательным усилием, составляющим определенный процент от минимального разрывного (например, 80% для Grade 3).
- Контроль качества сварки: Неразрушающий контроль (магнитопорошковый или ультразвуковой) сварных швов каждого звена.
- Калибр (диаметр материала звена, d): Главный размерной параметр, измеряется в миллиметрах. Определяется по Правилам классификационного общества на основе характеристик судна (длина, ширина, высота борта, парусность).
- Длина цепи (в смычках): Зависит от типа судна и района плавания. Для океанских судов обычно составляет 10-15 смычек (250-375 м).
- Рабочая нагрузка (Working Load Limit, WLL): Максимальная статическая нагрузка, которую можно приложить к цепи. Определяется как 1/3 от Proof Load или 1/5 от Break Load (в зависимости от стандарта).
- Минимальная разрывная нагрузка (Minimum Breaking Load, MBL): Критический параметр безопасности.
- Износ по диаметру (Wear down): Уменьшение среднего диаметра металла в наиболее изношенном месте звена. Допустимый износ обычно не более 12% от номинального диаметра d для цепей большого калибра.
- Вытяжка (Stretch): Увеличение длины внутреннего размера звена (L) по направлению нагрузки. Опасный признак, указывающий на пластическую деформацию и потерю прочности.
- Раскрытие сварного шва: Не допускается.
- Деформация распорки (студня): Проверяется на плотность посадки.
- Швартовные цепи: Могут быть калиброванными или нет. Часто используются в составе швартовных тросов (цепной участок у пала или на палубе для износостойкости). Требования к прочности аналогичны якорным, но режим нагрузки может быть иным (длительные переменные нагрузки).
- Цепи для стационарных mooring-систем: Для крепления плавучих объектов (буровые платформы, плавучие ветроустановки, волновые электростанции). Отличаются повышенными требованиями к усталостной прочности, часто изготавливаются по специальным стандартам (API, ISO 20438). Могут включать в себя специальные элементы: распорные звенья, звенья с контролем деформации.
- Подводные кабели-цепи: Иногда используются для защиты подводных кабелей на участках с риском механических повреждений (например, на подходе к берегу).
Классификация и стандарты
Якорные цепи классифицируются по нескольким ключевым параметрам: прочность, калибр, тип испытаний и материал.
Классы прочности (Grade)
Класс прочности определяет механические свойства стали цепи. Основные стандарты – ISO 1704, ABS (Американское бюро судоходства), LR (Lloyd’s Register).
Grade 2 (NVK2): Цепь повышенной прочности (High Strength). Минимальное разрывное усилие ~ 690 Н/мм².
Grade 3 (NVK3): Цепь особой прочности (Extra High Strength). Минимальное разрывное усилие ~ 960 Н/мм². Наиболее распространенный класс для крупных судов.
Grade 4 (NVK4): Цепь сверхвысокой прочности (Super High Strength). Минимальное разрывное усилие ~ 1090 Н/мм². Применяется на специальных судах и платформах.
Типы калибровки
Производство, испытания и сертификация
Производство якорной цепи – высокотехнологичный процесс, включающий резку прутка, гибку звеньев, сварку (контактную стыковую), установку распорок, термообработку (закалка+отпуск). Каждая партия проходит обязательные испытания под наблюдением классификационного общества (РМРС, DNV, BV и др.):
После успешных испытаний на звенья наносятся клейма: товарный знак завода-изготовителя, год изготовления, класс прочности, калибр, клеймо классификационного общества.
Подбор и эксплуатация в энергетике и судоходстве
Выбор якорной цепи для объекта (судно, платформа, плавучая подстанция) регламентируется правилами классификационных обществ и зависит от характеристик судна/объекта и условий эксплуатации.
Основные параметры для подбора:
Таблица 1: Примерные характеристики якорных цепей (Grade 3)
| Калибр, d (мм) | Вес 1 метра цепи (кг) | Минимальная разрывная нагрузка MBL, тс (кН) | Рабочая нагрузка WLL (примерно), тс |
|---|---|---|---|
| 28 | ~48 | ~112 (1100 кН) | ~22 |
| 34 | ~71 | ~165 (1620 кН) | ~33 |
| 46 | ~130 | ~300 (2940 кН) | ~60 |
| 58 | ~206 | ~475 (4660 кН) | ~95 |
| 76 | ~355 | ~820 (8040 кН) | ~164 |
| 84 | ~433 | ~1000 (9810 кН) | ~200 |
Техническое обслуживание, контроль износа и браковка
Регулярный осмотр и измерение износа якорной цепи – обязательная процедура для обеспечения безопасности.
Ключевые параметры контроля:
Таблица 2: Критерии браковки якорной цепи (примерные, по правилам РМРС)
| Параметр | Допустимое значение | Критерий браковки |
|---|---|---|
| Износ среднего диаметра звена | До 10-12% от d | Более 12% от d |
| Увеличение внутренней длины L звена | До 5-7% от номинала | Более 7% от номинала |
| Уменьшение ширины звена (внутр. размер W) | До 3-5% от номинала | Более 5% от номинала |
| Наличие трещин, глубоких вмятин | Отсутствуют | Любое наличие |
Измерения проводятся штангенциркулем в нескольких ориентациях для каждого контролируемого звена. Особое внимание уделяется зонам у якоря, у клюза и в местах контакта с цепным стопором.
Смежные вопросы: цепи для стационарных установок и швартовки
Помимо якорных, в морской энергетике применяются:
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем отличается якорная цепь Grade 3 от Grade 4 в практическом применении?
Цепь Grade 4 имеет более высокий предел текучести и разрывную нагрузку при том же калибре. Это позволяет либо увеличить запас прочности системы, либо уменьшить диаметр и вес цепи при сохранении тех же характеристик удержания. Однако цепи Grade 4 имеют меньшую пластичность и более чувствительны к динамическим нагрузкам и дефектам. Их применение требует тщательного инженерного расчета и часто оправдано на объектах с экстремальными нагрузками (например, полупогружные буровые платформы).
Как часто необходимо проводить полное обследование (гашение) якорной цепи?
Периодичность регламентируется классификационным обществом. Как правило, для грузовых судов – каждые 5 лет в ходе специального освидетельствования. Для цепей плавучих энергообъектов (платформ) интервал может быть меньше – 2-3 года, в зависимости от условий эксплуатации. Внеплановое гашение и осмотр проводятся после экстремальных погодных условий или инцидентов (рывок, волочение якоря).
Можно ли ремонтировать якорную цепь путем замены отдельных звеньев?
Ремонт якорной цепи сваркой новых звеньев в эксплуатационных условиях категорически не допускается. Допустима только замена целой смычки или участка цепи на заводской, прошедший полный цикл испытаний. Соединение осуществляется только сертифицированными соединительными скобами (Kenter) или концевыми скобами. Любая кустарная сварка нарушает структуру металла и приводит к резкому снижению прочности.
Как правильно хранить запасные смычки якорной цепи?
Хранение должно исключать коррозию и механические повреждения. Цепи укладываются на деревянные или бетонные подкладки, обеспечивающие вентиляцию. Звенья должны быть очищены от морской воды и покрыты консервационной смазкой (например, на основе ланолина). Помещение должно быть сухим. Перед установкой на судно цепь подвергается тщательному осмотру и контролю размеров.
Что такое цепной стопор и как он влияет на износ цепи?
Цепной стопор (chain stopper) – это палубное устройство для крепления и быстрой отдачи якорной цепи, состоящее из стапеля, прижимной скобы и винтового стопора. Он воспринимает нагрузку от вытравленной цепи, разгружая брашпиль. Конструкция стопора должна точно соответствовать калибру цепи. Несоответствие приводит к концентрации напряжений и ускоренному износу как цепи (в зоне контакта), так и самого стопора. Регулярная проверка геометрии гнезда стопора обязательна.
Как рассчитывается необходимый вылет (длина вытравленной цепи) при постановке на якорь?
Вылет цепи определяется в зависимости от глубины, типа грунта и погодных условий. Общее правило: в нормальных условиях длина вытравленной цепи должна быть в 4-6 раз больше глубины места. На тяжелых грунтах (глина, ил) можно меньше (3-4 глубины), на легких (песок) – больше (5-7 глубин). В штормовых условиях вытравливается до 8-10 глубин и более. Важно, чтобы часть цепи лежала на грунте, создавая демпфирующий эффект за счет собственного веса.