Deck Machinery

Ship Anchor – Complete Information

Ship Anchor – Complete Information

Introduction

  • The  anchoring  equipment of  a  ship  comprises  the  anchor, anchor  chain  and  the  windlass. The  anchoring  equipment  as required herewith  is  intended for  temporary   mooring  of  a  ship  within  a  harbour  or  sheltered  area when  the  ship  is  awaiting  berth, tide etc.
  • The  modern ship’s anchor  is  called  ‘Stock-less  Bower  anchor  and  is  developed  from  the  primitive  “ stock  Anchor”. Both these  anchors  are  illustrated  as  under.
Ancient ship Anchor

Ancient Anchor

Stockless Anchor

Stockless Anchor

The  modern  Bower  stockless anchor is  in  existence  since  the  days  of  steam  propulsion  and  has  been  developed  to  suit  the  stowing arrangement  in  the  hawse  pipe  of  the  ship  and  with  a  lower  holding  strength  than  the  stock  anchor. The modern  stockless anchor  has  a  holding  strength  of   five  times  its  weight  in  Newtons, whereas  the  ancient or  primitive  stock  anchor  has  a  holding  strength of ten  times  its  weight  in Newtons.  The  reason  for  this  requirement  of  lightness is  that  the  anchor  has  to  be  hauled  quickly (within  30 minutes maximum ),  when  the  weather  deteriorates   during  anchor  stay  and  the  ship  has  to  haul  up  the  anchor  and  proceed  to  sea. A stock  anchor  will take  longer  time  to  haul  up and  therefore  endanger  the  safety  of  the  ship.  In the  worst  condition  it  can  lead  to  capsizing  of  the  ship  especially  if  it  is in  light  condition or  in  the  best  condition  drag  anchor  and  run  aground  ashore. Whereas  in  a sailing ship  the  ship  is  normally  anchored  deep  inside   the  natural  harbour  where the  severity  of  the  sea  condition  does  not  reach. It should  be  understood  that  the    greater  the  holding  force  , the  larger  time  required  to  haul  up  the  anchor.  The  forces acting  on  a  ship riding  anchor  is  described  as under.

Forces  acting on  the  ship  whilst  riding  anchor:-

The chain  connecting  the  anchor  to the  ship  is  of  heavy  construction  with  a  breaking  strength  much  higher  than  required .  The  chain  links  are  made  heavy so  that  when  the  anchor  is  dropped  with  the attached  chain  and  the  ship  is  in  stand  still  condition,  the  catenary  so  formed  is  deep  and  almost vertical, The  shape  of  the  curve  formed by  the  chain  is  called  a  catenary. This  curve  is  like  a  parabola  but  has  a  different  mathematical  formula  when  compared  with  the  parabola.  It  is  a  physical curve  caused  by  a  hanging  chain  supported  at  the  ends and  the  total  depth  of  the  curve  from  the  end supports  is  directly  proportional  to  the  unit  length  of  the  chain.

The Bower  anchor  is  made  of  two  parts , the  head  with  the  flukes  folded  inwards and  the  shank .  Both  these  parts  are  fitted  together  by   a  heavy  and  large  pin fitted  tightly  on  the  head  but  loosely  in  the  shank  hole. The  head  has   sufficient  internal  space to  allow  free  movement  of  the  shank  to  turn  through  about  150  on either  side  of  the  vertical,  so that  when  it  hits  the  ground  it  is  not  stable  and  can  fall on  either  side  of  the  vertical  position         When  the anchor  is  released  at  the time  of  anchoring  it  drops  by  gravity  taking  along  with  it  the  chain. The  anchor  head  being curved  and  not  flat  causes the  anchor  to  fall on  either  side with  the  shaft  resting  on  the ground  and  taking  a posture like  a plough  entering  the  ground and  thus  gets  fixed  in  the  earth  or  ground.   The  details  of  the  forces  acting  on  the  ship  when  riding  anchor  are  given  in  the  sketch    shown  as  under.(Fig 2)

Forces on ship Anchor

Forces on ship Anchor

T=  the  total  tension  acting at  the  hawse  pipe  exit  and  is  resisted  by  the  ship’s  buoyancy   (has  a  very  small  trimming  effect   at  forward) .

W = the  weight  of  the  length  of  chain  forming  the  catenary ( length  of  chain  from  ground  at point  where  the  chain  makes  contact  with  the  ground  up to  the  hawse pipe  mouth).

T1 = The  horizontal  tension  at  ground.

This  horizontal  tension  is  the  vector  sum  of  the  current  and  wind  force. This  is  how  the  ship  is  moored  and  drift  prevented. Hence  the  anchor  resists  the wind and  tide.  The  ship  is  always  facing  the  combined  wind  and  tide  in   normal  times.

When  a medium  sized  ship  anchors   about  5  shackles  are  paid  out.  Assuming  that  the  ship  has  anchored  at  slack  water,  there  may  be  only  2 shackles  forming  the  catenary.  A shackle  is  a unit  of  length  and  equal  to  15  fathoms  or   90  feet and  is  the  standard  length  of  a  chain  .  In  this  condition  the  weight  of  2  shackles  is  able  to  moor  the  ship.  As  the  tide  builds  up  the ship  drifts  aft  picking  up  about  two  more  shackles making  the  length  of  the  catenary  now  to  4 shackles. In  this  condition  the   weight  of  the  anchor together  with  the  weight  of  one  shackle  of  chain  is  greater  than  the  horizontal  component  of  the  weight  of  the  4  shackles  of  chain forming  the  catenary . This  is  explained  mathematically  as  follows;

          T1  =   W Tan

Where  is  the  vertical  angle  . For  all angles  below 45W  will be  greater  than  T1 and  hence  the  ship  has  a  reserve  force  or  strength  of  the  weight  of  the  anchor  and  one  chain  shackle in this condition.  Now   if  for  some reason  the  weather  deteriorates  and  both  the  current  and  wind  force  increase  the  remaining  shackle  will be  lifted  out  of  the  water  and  further  deterioration  in  the  weather  may  make  the  catenary degenerate  into  a  straight  line  .  This is the  limiting  condition  when  the  vertical  angle  exceeds 450 and  the  horizontal  tension  becomes  larger  than  the  weight  of  the  anchor  leading  to  the  condition  of  anchor  dragging. During  anchor stations  some  captains  ask  their  C/O’s  “How  is  the  anchor  leading.”.  the  C/O’s   reply   is   normally  5 to   10  degrees   to  the  vertical  at  slack  water  gives  confidence  to  the  captain that  there   is  sufficient  chain  in  the  water to  take  care  of  stronger  currents.

Anchor  material  and  testing

Most  of  the  modern  anchors  for  large  ships  are  now  made  of  cast  steel  so  that they  are  tough and  can  resist shock  loading  and  breakage  especially  if  the  anchor  strikes   a  rock  or  rocky  surface  whilst  anchoring.

About  80 years  back  all  anchors  were  made  of  cast iron  and  the   method  of  testing  them were  by  dropping  them  on  hard  prepared  ground  from  a  height  of  75  feet. If it  survived  this  test  without  breaking  or  cracking, it  was  sent  to  the  ship  and  if  it  cracked   or  broke  it  went  back  to  the  foundry  for  recasting. This  is  destructive  testing   and  not  used  now.

Modern  anchors  are  subjected  to  non-destructive  testing  and  the  procedure  is  as  follows.

The   anchor  is  placed  on  the  test  bed  of  a  chain  testing  machine. The  shank  end  is  connected  to either  the  fixed  end  of  the  machine  and  the  head  is  connected  to  the  ram  end of  the  machine  which  moves  inwards  by  hydraulic  pressure .  The  pressure  is  monitored  on   the  pressure  gauge  fitted to  the  hydraulic  cylinder.  The  required  proof load  is  given  by  P* machine  constant  in  tons  or  KN as  required.  The  arrangement is  sketched  below(Fig 3). The  proof  load  is  kept  for  half  hour  to  one  hour  as  per  class  regulations and  any  deformity  in  shape  of flukes  or any  crack  formation  is  to  be  observed  before  approving  the  anchor.

Anchor Testing Method

Ship Anchor Testing Method

An  old  anchor  obtained  from  a  ship  scrap  yard can  be  used  as  a  replacement  anchor  provided the  following  conditions  are  met:

  • The selected  anchor conforms  to  the  mass requirement  as  per  the  equipment  letter
  • The general  inspection  reveals  no
  • The  anchor  is  to  be  subjected  to  a proof  load  test  as  per  the  proof  load  given  in  the  tables  and  witnessed   by  the  class    The testing  machine  should  be  approved  by  class.
Anchor Proof Load Table

Anchor Proof Load Table

Classification  rules  on Anchors and Chains

The  equipment is  therefore  not  designed to hold  a  ship off fully  exposed  coasts   in  rough  weather or  to  stop  a  ship  which  is  moving  or  drifting. In this  condition  the  loads  on  the  anchoring  equipment  increase  to  such  an  extent that  its  components  may  be  damaged  or  lost  due  to  the  high  energy   forces generated  particularly  in  large  ships.

  The anchoring equipment  presently required    herewith  is designed to hold a ship in  good holding  ground in conditions such as to avoid dragging of the anchor. In poor holding  ground the holding power of the anchors will be significantly reduced.

A good  holding  ground  as  defined  by  the  above  stated requirements  are;

  • A current  speed  of not more than  5  m/sec (max tide current  speed)
  • A  wind  speed  of not more than  25m/sec
  • Depth of  water ranging  between  85M and 100M .
  • The ground should  be  sandy  or  muddy and  not  rocky

A  good  anchoring  ground is  normally  marked  on  the  chart  by  an  anchor  symbol  on hydro-graphic  charts giving  details  of  port  anchorages.

The  length  of  chain  provided  varies  between 86   M  to 770  M  depending  on  the  size  and  dimensions  of  the  ship.

To  find  the  equipment  details  for anchors  and  chains as  given  in  the  rigging  tables  of  the  classification  rules,  the  following  procedure  is  adopted.

Equipment number

The equipment number, EN, on which the requirements of equipment are based is to be calculated as follows :-

EN = K * ENc

where,

ENc = Δ2/3 + 2BH + 0.1A

Δ = moulded displacement, [t], to the summer load water line

H = effective height, [m], from the summer load waterline to the top of the uppermost deckhouse, to be measured as follows:

H = a + Σhi

a = distance [m] from summer load waterline amidships to the upper deck at side

hi = height [m] on the centreline of each tier of houses having a breadth greater than B/4. For lowest tier, hi is to be measured at centre line from upper deck, or from a notional deck line where there is a local discontinuity in the uppers deck.

A = area [m2] in profile view of the hull, superstructures and houses above the summer load waterline, which is within the Rule length of the vessel. Houses of breadth less than B/4 are to be disregarded.

In the calculation of H and A, sheer and trim are to be ignored.

Parts of windscreens or bulwarks which are more than 1.5[m] in height are to be regarded as parts of houses when determining H and A. The height of the hatch coamings and that of any deck cargo, such as containers, may be disregarded.

‘K’ is a factor depending upon the type of vessel and service notation as given below: For fishing vessels,

K = 1.00

For other vessels,

K = 1.00 for vessels of Unrestricted Service.

K = 0.85 for vessels of Coastal Service

Having  found  the  equipment  numeral  the  details  regarding  sizes  and  quality   may  be  obtained  from  the  rigging  tables  provided  in  these  regulations. The  equipment  numeral  is  also  given  in  the  class certificate  and  hence  there  is  no  need  to  refer  to  this  formula  to  find  the  equipment  numeral   whenever  there  is a need as  in  the  case  of  ordering  new  chain  lengths  when  old  chain  lengths  have  been  worn  beyond  the  rule  requirement. For  information  and  guidance  a specimen  of  the  Rigging  table  is  reproduced  as  under.

Rigging table

Rigging table

Rigging table

Rigging table

As an  example  let  us  consider  the group EN 2380 to  EN2530.  The corresponding  equipment  letter is  J+, each  anchor  weighs  7.35 tons and  the  total  length  of  chains  provided  is  605 meters.

The  chains  always come  in  lengths  of  a unit  “shackle”  ,  where  1  shackle  is  15  fathoms  or  90  feet.   The  shackle  is  an  English unit  and  all chain manufacturers  make  chains  in  one  shackle  length. The rule  length  is  therefore increased  to  the  nearest  full shackle  length  to meet  the  rule  requirement . For  ease  of  operation  the  total  length  of  605  meters  will be  divided  into  two  equal  halves  and  the  nearest  minimum  full chain length in  shackles per  chain is  given  by 605/2*3.7878/90=12.73 shackles. The  nearest  full shackle  length  is  13  shackles.  Hence  each  anchor  will be  connected  to  13  shackle  lengths  of  chain to  make  up  for  the  rule  length  of  chain.

As per  the  classification  rules the  ship  has  to be  provided  one  spare  shackle  of  chain. This  spare  shackle  is  therefore  connected  to  one  of  the  chains  as  that  is  the  most   convenient  way  of  stowing  the  spare  chain length. If it  is  kept  in  the  forecastle  stores,  it  will occupy  all  the  space  and  make  it  difficult  to  stow spare mooring  ropes  and wires. Hence  on  most  ships  either  the  port   or  starboard  chain  is  longer  by  one  shackle  and  that  extra  length  is  accounted  for  the  spare  shackle  length. The  shackle  length is  connected  to  the  next  shackle  length by  a  ‘Kenter “  shackle  which  is  specially  designed  to  fit  in  the  cable  lifter  link  slots, and  also  be  capable  of  being  opened  and  joined.

The  link  is  called  a  stud  link  and  is  different  from  an  ordinary  chain  link.

Anchor Chain links

Anchor Chain links

The  sketch(Fig4)  of  two  stud  links  , one  a  common  link and  the  other  an enlarged  link, a kenter  shackle  and  an  ordinary  shackle  are  reproduced  here  to  understand  their  uses.   The  ordinary  shackle  is  used  to  join  the  anchor  at  the  anchor  end  and  the  chain  in  the   chain  locker  connecting  it  to  the  bulkhead  stiffener. The kenter  shackle  connects  one  chain  length  to  another chain  length  and  the  stud  links  are  of  two  standards  one  common  size  and  the  other  enlarged  link  for  larger  vessels..

The chain  links  are  graded  according  to  the carbon  content  in  the  steel  and  corresponding  heat treatment and the  three standards  of  link  material are  graded  as  CC1, CC2, and  CC3. The  three standards  are  graded  as follows :

CC1———— low  strength.

CC2———–medium strength.

CC3———–high strength.

Owners  are  free  to  choose  any  grade  of  steel  from  the  given  three qualities.  Having  selected  a  grade  the  same  grade  is  to  be  used  throughout  the  chain  length  for  the  full life span  of  the  ship,  since  the  cable  lifter  slots  are  made  as  per  the  diameter  according  to  the  grade  selected.

Anchor  chain  stowage  and  connections

The  chains  are  stowed  in  two  separate  chain  wells  placed  in  the  chain  locker  forming  part  of  the  forepeak  tank.The chain  is  led  out  of  the  locker  through a pipe  with  a bell mouth  at the   inner  end  of  the  spurling  pipe. This  bell mouthing  is  provided  to  enable  the  chain  to  move  in  a  rotating  fashion  as it  is  being  stowed  while  heaving  up  the  anchor.  This  rotating  motion  enables  the  chain to  be  stowed  properly  without  forming  a  heap.The  chain passes  out  of  the  spurling  pipe  wraps  on the  cable  lifter  and  enters  the  hawse  pipe  where  it  is  connected to the anchor.

The  reason  why  stud  link  is  used  is  it  reduces  free  movement  of   the  links  within  the  chain  locker  and  thereby  prevents  “ kinking”  of  the  links.  When kinking  happens  the  free flow  of  the  chain  is  prevented  by  a lump  of  chain  getting  stuck  at  the  bell mouthing preventing  free  flow  of  the  chain.

The  free  end  of  the  chain  at  the  chain  locker  is  to  be  taken  out  of  the  well  through  one  of  the  holes  and  connected  to  the  collision  bulkhead  stiffener. A sketch  showing  these  arrangements  is  given  below.

In an  emergency  especially  when  the  weather  turns  bad  and  operation  of  the  windlass  is  not  possible, either  because  the  windlass is    defective  or  the  entry  to  forecastle  deck  is  not possible,  the  chain can be  made  to  run  out  by  dismantling  the  joining  shackle in  the  chain locker, and  releasing  the  windlass brake..  A marker  buoy  is  attached  to  the  chain so  that the  chain  and  anchor can  be  recovered  later.

Anchor Chain locker

Anchor Chain locker

Connection of end chain

Connection of end chain

At  the  anchor  end  a  turning  pendent  is  connected  between  the  anchor  and  the  connecting  shackle. This  turning  pendent is  provided  to  allow  free  rotation  of  the  anchor  when  it  is  lifted  out  of  the  water  without  allowing  the  chain  to  twist.

This  rotation  occurs  after  long  anchorage  stay. In  a  day  ,  whilst  at  anchor the  ship  drifts  through  one  circle  around  the  anchor  caused  by  high  and  low  water. The  anchor  chain  gets  twisted  by  one  turn. If  the  ship  is  at  anchor  for  10  days it gets twisted  by  10 turns. when  the  anchor  gets  lifted  out  of  the  water,  the  stored  twist  energy  in  the  chain  is  released causing  the  chain  to  unwind  along  with  the  anchor. The  anchor  being  heavy  will  gain  high  rotational  momentum  and  hence  will continue turning  even  after  the  chain  has  straightened and  that  will hinder  hauling the  chain  through  the  hawse pipe. To  free   the  chain  from  this  rotational  movement  this  pendent  is  fitted.The  sketch  of  the  pendent  is  given  under.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *