郝建光

(太原重工股份有限公司技術(shù)中心，山西030000)

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海洋鉆井平臺(tái)用防噴器起重機(jī)開發(fā)

郝建光

(太原重工股份有限公司技術(shù)中心，山西030000)

對(duì)海洋鉆井平臺(tái)用防噴器起重機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、性能參數(shù)作了詳細(xì)介紹。

防噴器起重機(jī)；結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；性能參數(shù)

起重機(jī)械是太重的主導(dǎo)產(chǎn)品，但海洋鉆井平臺(tái)用防噴器起重機(jī)還是首次開發(fā)。與陸上起重機(jī)相比，由于使用條件和環(huán)境不同，在結(jié)構(gòu)形式、傳動(dòng)方式、材料選擇、計(jì)算方法等方面存在較大差異。海洋鉆井平臺(tái)長(zhǎng)期處在潮濕空氣、鹽霧、油霧、霉霧條件下，受海洋條件影響，存在橫傾和側(cè)傾情況，起重設(shè)備的工作平臺(tái)處于不斷的振蕩擺動(dòng)狀態(tài)，設(shè)計(jì)時(shí)必須充分考慮。為滿足太重自升式海洋鉆井平臺(tái)TZ-400配套設(shè)備自主化要求，開發(fā)了防噴器移送系統(tǒng)。防噴器移送系統(tǒng)由1臺(tái)125t防噴器起重機(jī)、2臺(tái)125t防噴器轉(zhuǎn)運(yùn)車和2×17.5t防噴器服務(wù)吊組成。防噴器服務(wù)吊主要用于維護(hù)防噴器， 防噴器轉(zhuǎn)運(yùn)車將防噴器組從存儲(chǔ)位置運(yùn)輸?shù)椒绹娖髌鹬貦C(jī)的起吊位置，防噴器起重機(jī)將防噴器組從轉(zhuǎn)運(yùn)車運(yùn)輸?shù)饺我庵付ǖ木谖恢谩?/p>

1　防噴器起重機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)和功能

1.1防噴器起重機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)

防噴器起重機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)見表1。

1.2防噴器起重機(jī)的主要功能

防噴器起重機(jī)是一種液壓雙梁專用起重機(jī)，主要具有以下四種功能：

(1)縱向移動(dòng)：起重機(jī)橋架可以沿著縱向軌道前后移動(dòng)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由起重機(jī)端梁兩端的液壓馬達(dá)、齒輪箱、制動(dòng)器和齒輪組成。齒條和起重機(jī)軌道安裝在鉆井平臺(tái)結(jié)構(gòu)上，由馬達(dá)通過減速器帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過齒輪齒條機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)起重機(jī)行走。

表1　防噴器起重機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)Table 1　Main technical parameters ofblowout prevention crane

圖1　防噴器起重機(jī)Figure 1　Blowout prevention crane

(2)橫向移動(dòng)：小車帶伸縮梁總成可以沿著起重機(jī)主梁移動(dòng)，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)安裝在小車內(nèi)側(cè)，傳動(dòng)形式與起重機(jī)行走機(jī)構(gòu)相同。

(3)垂直移動(dòng)：由2段伸縮梁組成。動(dòng)力由液壓缸提供，液壓缸安裝在伸縮梁兩側(cè)，通過油缸帶動(dòng)伸縮梁做升、降運(yùn)動(dòng)。

(4)周向運(yùn)動(dòng)：機(jī)構(gòu)由2個(gè)液壓缸和2個(gè)托盤組成，托盤由導(dǎo)軌導(dǎo)向。液壓缸可以順時(shí)針或逆時(shí)針同時(shí)或單獨(dú)旋轉(zhuǎn)。

防噴器位于托盤上，通過上述四種移動(dòng)功能實(shí)現(xiàn)防噴器的四種移動(dòng)要求。

2　防噴器起重機(jī)傳動(dòng)方式及配套件的選擇

起重設(shè)備必須滿足標(biāo)準(zhǔn)工況和放置狀態(tài)下的受載要求。在標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)工況下能正常工作、準(zhǔn)確定位，并且在放置狀態(tài)下，能承受最惡劣狀況出現(xiàn)的特殊載荷。為了保證鉆井平臺(tái)在標(biāo)準(zhǔn)工況下產(chǎn)生橫傾、縱傾時(shí)，以及受風(fēng)速、風(fēng)壓影響的情況下能正常升降和定位，對(duì)設(shè)備采取了以下措施：

(1)較大范圍的移動(dòng)采用齒輪齒條形式，如大、小車行走采用齒輪齒條傳動(dòng)來驅(qū)動(dòng)，滾輪小車(帶有水平輪和側(cè)滾輪)實(shí)現(xiàn)承壓和導(dǎo)向，電感式接近開關(guān)隨時(shí)讀取位置信號(hào)，適時(shí)調(diào)節(jié)，保證機(jī)構(gòu)運(yùn)行同步、行走準(zhǔn)確。滾輪全部采用不銹鋼材料，保證設(shè)備在潮濕空氣、鹽霧、油霧、霉霧以及海洋平臺(tái)振蕩、擺動(dòng)、沖擊情況下的正常使用。

(2)小范圍移動(dòng)選擇油缸來實(shí)現(xiàn)，如起升機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。

(3)所有運(yùn)動(dòng)設(shè)置導(dǎo)向，不管是大小車行走的側(cè)滾輪，還是起升機(jī)構(gòu)的伸縮套筒和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的導(dǎo)軌均將偏差和間隙控制在標(biāo)準(zhǔn)要求的4mm以內(nèi)。所有獨(dú)立運(yùn)動(dòng)體，如小車、大車、起升均設(shè)錨定裝置，滿足非工作狀態(tài)最大擺動(dòng)時(shí)的承載要求。

(4)起升采用三聯(lián)油缸實(shí)現(xiàn)分步提升，套筒伸縮與油缸同步。

(5)電液元件均有防爆要求，梁下配置輔助起吊用氣動(dòng)葫蘆，保證系統(tǒng)在潮濕空氣、鹽霧、油霧、霉霧及有可燃?xì)怏w存在的條件下能正常使用。

3　防噴器起重機(jī)的載荷特點(diǎn)

防噴器起重機(jī)在海洋鉆井平臺(tái)上工作，海洋環(huán)境導(dǎo)致平臺(tái)振蕩而產(chǎn)生與陸地起重機(jī)完全不同的載荷，起重設(shè)備必須滿足規(guī)范中標(biāo)準(zhǔn)工況和放置狀態(tài)下的受載要求。設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)需按海上起重機(jī)受載要求來取值，具體工況詳述如下：

(1)起重機(jī)標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)工況：必須考慮船舶處于橫傾5°、縱傾2°和風(fēng)速不超過20m/s、相應(yīng)風(fēng)壓不超過250Pa時(shí)產(chǎn)生的載荷。

(2)特殊作業(yè)工況：當(dāng)起重設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)所考慮的工況超過標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)工況時(shí)，必須按設(shè)備實(shí)際工況提供的數(shù)據(jù)來考慮。包括：船舶橫傾與/或縱傾大于標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)工況規(guī)定；在無遮蔽的海域作業(yè)；起重設(shè)備工作風(fēng)速超過20m/s，相應(yīng)風(fēng)壓超過250Pa。

(3)起重機(jī)在放置狀態(tài)下，起重機(jī)、起重機(jī)的放置設(shè)施及該處的結(jié)構(gòu)要能承受以下兩種情況的組合力：

垂直于甲板的加速度為±1.0g；前后方向平行于甲板的加速度為±0.5g；靜橫傾30°；風(fēng)速55m/s，作用于前后方向。

垂直于甲板的加速度為±1.0g；橫向平行于甲板的加速度為±0.5g；靜橫傾30°；風(fēng)速55m/s，作用于橫向。

(4)載荷的計(jì)算必須考慮各種系數(shù)，起重設(shè)備作業(yè)頻次與載荷狀況所給的作業(yè)系數(shù)以及起重時(shí)因動(dòng)載效應(yīng)產(chǎn)生的動(dòng)載系數(shù)是起升載荷必須要考慮的兩個(gè)最重要的系數(shù)。

4　防噴器起重機(jī)主要結(jié)構(gòu)件的特點(diǎn)

受工作環(huán)境、受載方式、傳動(dòng)形式等諸多因素影響，產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)上有以下特點(diǎn)：

(1)設(shè)備主材采用海洋鉆井平臺(tái)專用鋼材CCSDH36，起重機(jī)為雙梁橋式結(jié)構(gòu)，小車的防噴器托盤位于小車中軸線一側(cè)，導(dǎo)致小車受側(cè)載荷，設(shè)反鉤來抗傾翻。主梁上下設(shè)導(dǎo)軌，導(dǎo)軌用鋼板經(jīng)加工而成，滿足行走滾輪的承載和導(dǎo)向。橋架主梁不設(shè)上拱，便于齒輪齒條的安裝間隙和嚙合精度的調(diào)整檢查。齒條和導(dǎo)軌均采用多段組合形式，每段之間留出間隙來彌補(bǔ)主梁受載變形產(chǎn)生的影響。

(2)為了減少運(yùn)行阻力，行走和升降都采用滾輪受載。不受載荷只做導(dǎo)向時(shí)采用導(dǎo)向塊。伸縮梁中采用含復(fù)合稀土混合物的新型工程塑料做摩擦導(dǎo)向材料，這種材料除了在水潤(rùn)滑狀態(tài)下摩擦系數(shù)非常小的優(yōu)點(diǎn)外，還允許在海水狀態(tài)下長(zhǎng)期浸泡，能耐酸、堿、鹽水溶液的腐蝕，允許在不加潤(rùn)滑油的條件下長(zhǎng)期工作。

5　液壓、電氣控制及安全保護(hù)系統(tǒng)

設(shè)備動(dòng)力取自液壓站，由泵站提供油源，通過比例閥控制起重機(jī)實(shí)現(xiàn)提放、旋轉(zhuǎn)、橫移及縱移。系統(tǒng)采用變量泵，配有固定控制臺(tái)和遙控器，可以實(shí)現(xiàn)就近操作和無線遠(yuǎn)程控制。 設(shè)備提放、旋轉(zhuǎn)靠油缸，縱橫移動(dòng)靠油馬達(dá)。油缸設(shè)有平衡閥，馬達(dá)配靜態(tài)制動(dòng)器來保證系統(tǒng)的安全。

電氣控制系統(tǒng)以可編程控制器(PLC)為控制核心，通過信號(hào)采集、邏輯關(guān)系處理實(shí)現(xiàn)對(duì)吊車的控制。操作人員通過對(duì)主令控制器上手柄的操作，向PLC發(fā)出信號(hào)，通過邏輯處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁

閥的控制，實(shí)現(xiàn)吊車動(dòng)作要求。通過無線接收模塊，可以將無線操作裝置與控制系統(tǒng)聯(lián)接起來，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的無線遙控。

由于吊車所在區(qū)域有防爆要求，為了保證設(shè)備在危險(xiǎn)區(qū)的正常工作，處于該區(qū)域的電控系統(tǒng)和元件均要滿足防爆要求。設(shè)備具有無線遙控器自診斷功能，液壓系統(tǒng)配有壓力監(jiān)測(cè)，大、小車行走和升降系統(tǒng)設(shè)有限位保護(hù)，起升設(shè)超載保護(hù)，整車設(shè)應(yīng)急切斷保護(hù)。

6　結(jié)論

國(guó)內(nèi)自升式海洋鉆井平臺(tái)配套的起重設(shè)備，如防噴器起重機(jī)，目前多為整機(jī)購(gòu)買。通過產(chǎn)品開發(fā)，在掌握設(shè)計(jì)制造技術(shù)的同時(shí)，滿足公司鉆井平臺(tái)的配套需求，擁有了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，也為其他類型海上起重機(jī)的開發(fā)積累了經(jīng)驗(yàn)。

編輯李韋螢

Development of Blowout Prevention Crane for Offshore Drilling Platform

Hao Jianguang

Thestructurecharacteristicsandperformanceparametershavebeenintroduceddetailedlyfortheblowoutpreventioncraneusedforoffshoredrillingplatform.

blowoutpreventioncrane;structurecharacteristics;performanceparameters

2016—05—23

TH218

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