При эксплуатации морских судов и плавучих сооружений часто возникает необходимость удерживать эти объекты в заданном районе акватории.
Причинами этого могут быть:
ожидание освобождения причала;
погрузочно-разгрузочные работы, выполняемые на рейде;
проведение некоторых работ в открытом море промысловыми и рыбообрабатывающими базами, гидрографическими, специальными судами и судами- спасателями;
ожидание лучших погодных условий;
предотвращение дрейфа в случае поломки энергетической установки или рулевого устройства и т. д.
Для таких плавучих сооружений, как плавучие маяки, швартовные бочки, буи и буйковые системы, рейдовое оборудование, надежное закрепление — необходимое условие выполнения основных функций. Для надежного закрепления судов и указанных выше сооружений используют якорное устройство, которое обеспечивает стоянку судна или другого плавучего сооружения в заданном районе акватории только за счет собственных средств. В некоторых случаях якорное устройство, а также его элементы могут быть использованы для буксировки и торможения судна.
Для нормальной работы судового якорного устройства необходимо:
— использование удерживающей способности якоря при его взаимодействии с грунтом дна акватории;
— надежная работа якорных канатов при стоянке судна на якорях;
— быстрая отдача якорей и якорных канатов (цепей) на необходимую длину и их уборка при снятии с якоря;
— удобное и надежное крепление и хранение якорей и якорных канатов во время переходов.
Якорное устройство обычно включает следующие основные элементы:
— якорь, который благодаря своей массе и форме входит в грунт, создавая тем самым необходимое сопротивление перемещению судна или плавучего объекта; Основные элементы якорного устройства. 1 — брашпиль; 2 — фрикционный стопор; 3 — цепной стопор; 4 — якорная цепь; 5 — крышка якорного клюза; 6 — якорный клюз; 7 — якорь; 8 — цепной ящик; 9 — цепная труба; 10 — механизм крепления и отдачи якорной цепи.
— якорный канат, передающий усилие от судна к находящемуся на грунте якорю, используется для отдачи и подъема якоря;
— якорные клюзы, позволяющие якорному канату проходить сквозь элементы корпусных конструкций, направляющие движение канатов при отдаче или выбирании якоря, служат для хранения якорей по-походному;
— якорный механизм, обеспечивающий отдачу и подъем якоря, торможение и стопорение якорного каната, подтягивание судна к якорю, закрепленному в грунте;
— цепные и якорные стопоры, которые служат для закрепления якорного каната при стоянке судна на якоре и для крепления якоря по-походному;
— цепные ящики для размещения якорных канатов на судне;
— механизмы крепления и отдачи якорного каната, обеспечивающие крепление коренного конца якорного каната и быструю его отдачу в случае необходимости.
По назначению и условиям эксплуатации плавучих сооружений различают:
— устройства морских транспортных, промысловых и пассажирских судов, плавучих маяков, причалов и молов;
— морских навигационных буев и буйковых станций;
— глубоководные якорные устройства специальных судов;
— якорные устройства плавучих буровых платформ; плавучих доков; дноуглубительных снарядов и рейдового оборудования.
По месту расположения на судне различают носовые и кормовые якорные устройства. Расположение и состав таких устройств для морских транспортных судов по типу якорных механизмов разделяют на устройства с брашпилем, со шпилями или якорными (якорно-швартовными) лебедками.По способу размещения якорей якорные устройства бывают с обычными якорными клюзами, с якорными нишами, с выступающими клюзами, с открытыми палубными клюзами, без клюзов (хранение якорей на палубе).
В зависимости от глубины предполагаемой якорной стоянки якорное устройство может быть отнесено к обычному или глубоководному. В общем случае необходимая длина якорного каната, м, определяется по формуле включающей такие параметры как глубина якорной стоянки, интенсивность нагрузки каната и передаваемая на якорь сила, Н. К этой длине прибавляется длина участка каната, лежащего на грунте, что обеспечивает горизонтальную передачу усилия к якорю.
Длина свободно висящей цепи, в которой максимальное усилие равно пробной нагрузке, составляет — 1200 м. При нормальной глубине якорной стоянки (80—90 м) и держащей силе якоря, равной четырем его массам, максимальное усилие соответствует массе 240-метровой свободно висящей цепи (обычно масса якоря близка к массе 40-метровой цепи). Таким образом, максимальное натяжение якорной цепи соответствует пятикратному запасу прочности.
При увеличении глубины якорной стоянки и сохранении расчетных внешних условий запас прочности начинает снижаться. В том случае, когда снижение становится недопустимым, приходится переходить к другому конструктивному решению: якорные цепи должны заменяться тросами, которые имеют существенно меньшую массу при равном допустимом натяжении. Длина свободно висящего троса, в котором максимальное усилие равно пробному, около 8000 м.