王玲奇

（上海船廠船舶有限公司，上海 202150）

0 引言

海工吊機通常是指在安裝在海上平臺或船舶的吊機，用于材料或人員在各平臺間轉(zhuǎn)運。它是作業(yè)平臺上重要的生產(chǎn)和安全設(shè)備，與陸用起重機相比，需要抵御惡劣的海上環(huán)境，設(shè)計的安全系數(shù)會高很多，且各部件的材質(zhì)需要更強的耐腐蝕性能。下文將以400 t海工吊機為例，從設(shè)計、布置、安裝調(diào)試來闡述海工吊機的基本特征、施工要點及不同型式吊機的優(yōu)劣對比。

1 設(shè)計

設(shè)計將從總體概述、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)及條件、技術(shù)參數(shù)、結(jié)構(gòu)組成、系統(tǒng)組成這幾方面來闡述。

1.1 總體概述

400 t純電式海工吊機（以下簡稱：吊機）是上海船廠鉆井駁項目上用于轉(zhuǎn)移 DES設(shè)備到海上固定鉆井平臺的吊機，并且具備載人功能，該吊機形式為API SPEC 2C規(guī)范[1]里典型的鋼絲繩變幅桁架式吊臂起重機，與同樣作為中大型吊重起重機的將軍柱桁架式吊臂起重機相比，技術(shù)較為成熟，價格也更加便宜，廣泛應(yīng)用于海工項目中，但缺點也是顯而易見的，將軍柱型吊機設(shè)置有上下2個回轉(zhuǎn)機構(gòu)，無需把配重或較重的機器房設(shè)計在尾部，尾部的回旋半徑更小，同時雙回轉(zhuǎn)機構(gòu)的可維護性、精準(zhǔn)吊重都比回轉(zhuǎn)支承式吊機好。400 t海工吊機的另一個主要特征是純電動力吊機，電機驅(qū)動相較于電液或柴液形式作為動力單元有著許多優(yōu)點，它能實現(xiàn)更精確的操作，維護更簡單，對環(huán)境也更加友好，缺點是對母船供電系統(tǒng)要求有所提高，價格也較貴一些。在達到設(shè)計要求的情況下，對吊機配置及形式的選擇更多需要船東進行綜合考慮。

1.2 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)及條件

該吊機入級ABS船級社，按海上平臺起重機規(guī)范（API SPEC 2C）[1]和ABS規(guī)范[2]設(shè)計，參考鋼結(jié)構(gòu)建造手冊（AISC 13th）[4]、美國鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范（AWS D1.1，2002）[5]、海上移動和固定平臺電氣安裝規(guī)范（IEC 61892，2001-12）[6]、機械電氣安全要求（IEC 60204，2005-05）[7]。設(shè)計條件見表1。

表1 設(shè)計條件

1.3 技術(shù)參數(shù)

基本技術(shù)參數(shù)見圖1。

圖1 基本技術(shù)參數(shù)

1.4 結(jié)構(gòu)組成

該吊機主要結(jié)構(gòu)形式有：1）筒體；2）回轉(zhuǎn)平臺；3）吊臂；4）駕駛室；5）A架。布置見圖1。

1）吊機固定筒體為圓筒形鋼結(jié)構(gòu)，下方與船體基座焊接，內(nèi)部維護平臺中心位置設(shè)有集電環(huán)裝置（SLIP RING），側(cè)邊設(shè)有人孔，通過直梯可從下方船體結(jié)構(gòu)進入吊機，筒體外部亦設(shè)有平臺，通過斜梯連至船上通道。

2）回轉(zhuǎn)平臺采用板梁結(jié)構(gòu)，上面布置有主鉤起升絞車、輔鉤起升絞車、俯仰絞車、回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、A架、液壓單元和駕駛室等，平臺通過螺栓固定在吊機筒體的法蘭面上。

3）吊臂采用的是桁架式結(jié)構(gòu)，這也是目前大中型海工吊機應(yīng)用最廣泛的吊臂形式，相對于小型海工吊的箱梁形式，這種結(jié)構(gòu)受風(fēng)面積更小，結(jié)構(gòu)輕巧。吊臂桁架與主管采用焊接形式，前中后3段吊臂分段采用法蘭螺栓連接，內(nèi)部布置有檢修平臺，前端設(shè)有主鉤鉤箱。

4）駕駛室布置在回轉(zhuǎn)平臺右前方，為四面全景窗全封閉型，加上空調(diào)通風(fēng)，環(huán)境舒適，隔音效果較好。配合吊機上的CCTV監(jiān)視系統(tǒng)，具有良好的視野，前窗設(shè)有雨刮及除霧裝置，室內(nèi)布置有操作裝置和通訊廣播設(shè)施。

5）A架布置于回轉(zhuǎn)平臺后方，支撐腳插入回轉(zhuǎn)平臺預(yù)留的眼板位置后，使用銷軸進行固定，A架頂部設(shè)有變幅滑輪組，變幅鋼絲繩穿過輪滑組連至吊臂，此外A架上設(shè)有吊臂緩沖器、維修單梁吊、風(fēng)袋燈，吊臂緩沖器可以防止吊臂變幅超過限定角度。

1.5 吊機系統(tǒng)

吊機的主要系統(tǒng)包含：1）動力系統(tǒng)；2）回轉(zhuǎn)系統(tǒng)；3）起升系統(tǒng)；4）變幅系統(tǒng)；5）液壓系統(tǒng)；6）電氣系統(tǒng)；7）安全系統(tǒng)等。

1）吊機的動力系統(tǒng)主要由若干個變頻電機組成，通過它們來驅(qū)動執(zhí)行吊機的提升、回轉(zhuǎn)、變幅3個基本動作，其中1個551 kw電機驅(qū)動主鉤起升絞車、1個160 kw電機驅(qū)動輔鉤起升絞車，1個401 kw電機驅(qū)動變幅絞車，5個（4用1備）78 kw電機驅(qū)動回轉(zhuǎn)系統(tǒng)，變頻電機較液壓形式吊機，減少了變速箱，液壓油柜，體積更小，對能耗能進行有效的利用，母船可根據(jù)實際工況減少發(fā)電機的啟動量。

2）回轉(zhuǎn)系統(tǒng)由回轉(zhuǎn)支承機構(gòu)和5個回轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)組成，回轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)由驅(qū)動電機、減速機、制動器、回轉(zhuǎn)小齒輪、液壓附件等組成，回轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)整體與上筒體固定連接，小齒輪則與下筒體上的支承機構(gòu)上大齒輪嚙合，當(dāng)小齒輪工作時，整個上筒體與驅(qū)動機構(gòu)被動回轉(zhuǎn)，本吊機可實現(xiàn)360°無限制回轉(zhuǎn)。

3）起升系統(tǒng)由驅(qū)動電機、制動器、卷筒組、鋼絲繩、滑輪組等部件組成，主鉤與輔鉤的起升系統(tǒng)相互獨立，鋼絲繩從絞車卷筒出發(fā)，通過若干滑輪組，最終連接至吊鉤模塊，滑輪組的組數(shù)由起升鋼絲繩的倍率決定，主鉤鋼絲繩為4繩倍率（8 FALL），輔鉤鋼絲繩為單繩倍率（2 FALL），絞車卷筒采用籬笆式線槽（LEBUS），此技術(shù)的采用使得鋼絲繩具有卷繞合理、均勻、高效、可靠、壽命長等特點。

4）變幅系統(tǒng)由驅(qū)動電機、卷筒組、制動器、鋼絲繩、滑輪組、浮動系繩器（BRIDLE）、吊臂支撐機構(gòu)組成，鋼絲繩從變幅絞車卷筒出發(fā)，通過A架頂部滑輪組，連至浮動系繩器，最后連到吊臂支撐機構(gòu)。鋼質(zhì)卷筒同樣采用先進的籬笆式線槽，變幅系統(tǒng)中裝有鎖定功能，當(dāng)馬達失效時，絞車上的棘輪和棘爪機構(gòu)即會鎖定，用于防止吊臂意外降落。浮動系繩器在吊臂上設(shè)有專門的待機?？科脚_，以減輕鋼絲繩的負(fù)荷。

5）液壓系統(tǒng)包含了液壓單元（HPU）和液壓管路等，在純電式吊機中的液壓系統(tǒng)只執(zhí)行一些附屬功能例如剎車、回轉(zhuǎn)定位銷、5 t牽引絞車等，相比其他液壓型式吊機，液壓系統(tǒng)要小得多，液壓單元底部同樣設(shè)置了防污染實施，污油水可通過放泄管進入母船的污泥艙。

6）安全系統(tǒng)包含吊本身的安全系統(tǒng)和船員保護設(shè)施，吊機本身設(shè)置了眾多安全措施，包括駕駛室聲光警報、操作手柄錯誤動作保護、吊鉤上下限位、吊臂最大最小變幅角度限位、負(fù)載指示系統(tǒng)和自動安全保護、所有液壓管系和超載保護安全閥、所有動作的剎車系統(tǒng)、主輔鉤和吊臂的應(yīng)急下放系統(tǒng)、應(yīng)急旋轉(zhuǎn)操作、吊臂下放鎖定裝置、油位油溫報警、煙探頭、應(yīng)急停止開關(guān)等等，特別值得一提的是主輔鉤起吊和吊臂變幅都配備了電液推桿制動和液壓帶剎兩種剎車，使安全系數(shù)達到 2。吊臂處的防爆等級按船級社ZONE1設(shè)計，能有效保證吊臂使用過程中即使進入危險區(qū)域，電氣設(shè)備也不會觸發(fā)爆炸。人員安全包含包括通道護欄、護籠、踢腳板、防墜螺絲的設(shè)置。

7）電氣系統(tǒng)，母船通過集電環(huán)箱供應(yīng)3路電源、1路接地及若干信號線到吊機，集電環(huán)箱可360°無限制回轉(zhuǎn)，1路高壓690 V供應(yīng)起升、變幅、回轉(zhuǎn)、液壓馬達、液壓剎車和通風(fēng)裝置，1路低壓230 V供應(yīng)空調(diào)，控制及照明，1路應(yīng)急230 V供應(yīng)控制、風(fēng)袋燈和航空警示燈。信號線涵蓋廣播及通用報警、工業(yè)對講系統(tǒng)，直升機甲板燈光控制信。此外吊機上也設(shè)置了剎車電阻，防止逆電流對電氣系統(tǒng)的損害。

1.6 布置

吊機的布置需要考慮起吊模塊的重量、吊運距離、船體結(jié)構(gòu)強度、穩(wěn)性等，舷內(nèi)和舷外的安全工作載荷也有所不同，為了發(fā)揮最大起吊能力，吊機通常布置在舷側(cè)甚至突出船體結(jié)構(gòu)，本船400 t吊機布置于左舷側(cè)中后位置，通過對各DES模塊的重量和體積在甲板面上排列布置，模擬不同吊運距離下各DES模塊的吊運至舷外鉆井平臺的過程，吊機負(fù)荷表完全滿足工作需求，船體結(jié)構(gòu)強度和穩(wěn)性計算亦滿足規(guī)范和設(shè)計要求。

2 安裝調(diào)試

2.1 安裝準(zhǔn)備

吊機在安裝之前需要把準(zhǔn)備工作都做完全，確保一次安裝交驗成功。

1）吊機座部分按廠商給出的分界面受力大小和坡口形式設(shè)計結(jié)構(gòu)并施工交驗完，內(nèi)外部梯道平臺安裝到位，分界面坡口也可根據(jù)船廠實際施工慣例予以協(xié)商，但需核實不超出雙方現(xiàn)有WPS范圍。

2）廠商下筒體與基座對接全焊透后進行無損檢測，下筒體頂部法蘭面需進行機加工，達到廠商要求的平整度和傾斜度范圍。

3）吊臂擱架按廠商給出的受力及受力位置進行結(jié)構(gòu)設(shè)計并安裝到位，此處需要注意的是吊臂擱架所使用的管材往往無船級社證書，但作為結(jié)構(gòu)件，ABS需要對性能進行檢驗，所以在制作吊臂擱架前，需在船廠先進行夏比沖擊試驗（CVN），沖擊溫度和能量按規(guī)格書給出的結(jié)構(gòu)最低溫度和船級社規(guī)范進行。

4）吊臂前中后3段在地面裝配拼接并使用法蘭螺栓進行連接，螺栓使用扭力扳手對角依次緊固，扭力值達到廠商設(shè)定值。

5）A架散件按廠商圖紙拼裝成A型結(jié)構(gòu)，A架上的平臺通道等附屬件也盡量在地面拼裝完成。

2.2 安裝

1）回轉(zhuǎn)平臺模塊吊運至筒體上方，吊臂安裝方向?qū)?zhǔn)吊臂擱架，緩慢落下直至導(dǎo)向銷進入對應(yīng)導(dǎo)向孔，其余雙頭螺栓按對角順序依次固定，最后使用氣動螺栓張緊器緊固，扭矩值和螺栓拉伸量也需達到廠商要求值。下筒體上4個回轉(zhuǎn)固定銷孔結(jié)構(gòu)根據(jù)上方銷的位置進行適當(dāng)調(diào)整后燒焊固定。

2）A架吊運至回轉(zhuǎn)平臺上方，緩慢落下，待4個支撐腳進入相應(yīng)的插槽，使用銷軸固定。

3）吊臂吊運至回轉(zhuǎn)平臺前方，橫向緩慢移動，待2個跟部樞軸進入插槽后，使用銷軸固定，輔助吊車?yán)^續(xù)牽引吊臂，直至吊臂在吊臂擱架上停放妥當(dāng)。

4）母船電纜按接線圖連至集電環(huán)處，液壓油及各部件潤滑油脂投放妥當(dāng)后，完成簡單功能測試和各絞車無負(fù)荷試車工作。

5）由細白棕繩牽引細鋼絲繩，最后連至變幅/起吊鋼絲繩，按穿繩示意圖進行穿引，啟動絞車，緩慢收繩直至變幅/起吊鋼絲繩卷入相應(yīng)的絞車滾筒中。本吊中的穿繩工作是在空中進行，如果吊機噸位較小，可與生產(chǎn)商協(xié)商先在地面完成整體組裝和穿繩工作，然后整體吊至筒體基座安裝，這樣可減少很多不必要的安全隱患。

6）安裝主輔吊鉤及其他一些配件。

2.3 調(diào)試

1）預(yù)檢查機械安裝完整、電氣安裝完整、油脂加注狀況、安全措施完整等。

2）進行各附屬組件，剎車、限位、電氣控制等的功能測試。

3）進行不同載荷下變幅、回轉(zhuǎn)、主輔鉤起升速度、主輔鉤超載（110%SWL）試驗。

4）附屬功能如應(yīng)急降落、載人功能試驗、回轉(zhuǎn)銷鎖定測試、牽引絞車、噪聲測試等。

3 結(jié)論

海工吊機因作業(yè)內(nèi)容、船東要求的不同，配置和布置各不相同，但只要還是按主流海工起重機規(guī)范設(shè)計的吊機，整體框架還是一致的，只是各個模塊隨著技術(shù)的更新或船東的要求在不斷的更新更換，把握好這一點，相信在今后的海工吊機選型、設(shè)計及安裝調(diào)試工作中，能更加游刃有余，有的放矢。