提高超大型浮吊起重量的方法

张炳发　李　英　郑世乐

(1.上海振华重工(集团)股份有限公司，上海200125；2.上海重型机器厂有限公司，上海200245)



提高超大型浮吊起重量的方法

张炳发1李英2郑世乐1

(1.上海振华重工(集团)股份有限公司，上海200125；2.上海重型机器厂有限公司，上海200245)

随着海洋工程的发展，浮吊逐渐发展成为海上作业不可或缺的吊装设备，海洋工程、海上救捞、海上大桥桥梁安装、海上铺管及海洋平台的拆卸与安装都广泛地运用到了大型浮吊。现代海洋工程作业要求浮吊具有超大起重量，能够实现近海及深海作业，能够应对海上复杂多变的气候条件，并能在全球无限航区自航以适应世界经济全球化的需要。随着海洋工程重型装备技术向大型化、高科技化方向迅速发展，大型浮吊不仅在形式上逐渐由非自航式不可回转浮吊发展成自航式全回转浮吊，而且起重量也向超大型化、高效化发展，以适应世界海洋发展战略的新形势、新技术发展的需要[1、2]。海上重工的迅猛发展，对浮吊的设计也提出了更高的要求，本文讨论了在基本不对浮吊结构做重大改动(主要是不增加浮吊筒体半径)的情况下，大幅度增加大型浮吊的安全吊载能力的方法。

1提高浮吊起重量的思路

大型浮吊在起吊过程中，从结构方面分析，起重量的大小除了跟臂架承载能力有关外，与支撑筒体防倾覆的能力也有很大关系。下面从两个方面讨论了在臂架具有足够承载能力的条件下，如何提高整机的防倾覆能力。

全回转起重机的回转部分一般都是安装在船甲板上的圆筒体上，上部回转部分的重量矩和吊载弯矩都通过圆筒体直接作用在船体上。因此，如何增加回转支撑装置的承载能力，并且能够在不增加圆筒体半径的情况下提高筒体的抗倾覆能力是增加浮吊起重量的一个研究方向。

浮吊在起重过程中，吊载会给整台浮吊一个很大的倾覆力矩。支撑筒体回转半径的增加虽然会提高筒体的防倾覆能力，但同时也会相应增加浮吊其他部件的体积和重量，例如筒体上的回转支撑装置、桁框架以及人字架等，使整台浮吊的重量及成本提高。因此，如何平衡因吊重产生的倾覆力矩是必须解决的一个技术问题。

2提高浮吊起重量的方法

2.1　顶升装置

在船尾增加承载支架，用来支撑回转平台的前部延伸结构，该支架通常被称作顶升装置。通过该装置一方面可以保证起重机在最大倾覆力矩下不发生倾覆，另一方面减少倾覆力矩对圆筒体结构以及船体结构的影响。顶升装置通过改善船体的受力结构，从而来帮助浮式起重机实现更大的起吊能力。

顶升装置设置在起重机前方(臂架方向)，位于回转平台下。顶升装置的布置位置(见图1)决定了顶升系统一般用于尾吊工况(臂架和船体长度方向180°向外)。

顶升装置由顶升支座、顶升油缸、垫块、垫块滑移系统组成。顶升支座焊接在船体甲板上。在起吊工作开始前，起重机先回转至尾吊位置，顶升支座上的顶升油缸工作，将回转底盘顶起至设定的高度，使起重机回转平台和顶升支座之间保持足够的间隙；垫块滑移系统工作，将垫块拖拽进回转平台和顶升支座的间隙内，油缸收缩回位，起重机回转平台压在垫块上，顶升装置准备工作完成。

垫块滑移系统由马达、张紧链轮、导向链轮和垫块组成(见图2)。通过马达的正转、反转带动链条传动，从而实现垫块滑动。在尾吊工况时将垫块滑动到顶升位置处，在全回转工况时马达反转，将垫块滑动到不干涉位置。

2.2　系固装置

人字架系固装置也可以增加浮式起重机的吊载能力。它通过在人字架顶端尾部设置系固装置以平衡吊重产生的的倾覆力矩，同时还能在保证吊载能力的情况下减轻配重重量。此装置的优点是不额外增加起重机上部回转结构的尺寸，在人字架顶部设置滑轮组，在船体中部增加动滑轮组，另外配置绞车，即可实现此功能。通过拉拽人字架顶部，减小浮式起重机承受的弯矩，来帮助浮式起重机实现更大的起吊能力。

系固装置由四部分组成：上部滑轮组、下部滑轮组、系固机构、钢丝绳。上部滑轮组布置在人字架顶端背部，下部滑轮组布置在船体中部甲板上。图3为系固装置的组成。

1—顶升装置　2—顶升垫块图1　顶升装置的位置Figure 1　Position of jack-up device

图2　垫块滑移系统Figure 2　Block moving system

1—下滑轮组　2—钢丝绳　3—上滑轮组4—人字架　5—系固机构　6—机房图3　系固装置的组成Figure 3　Composition of tieback device

系固装置设置在起重机后方(臂架反方向/人字架背部)，斜拉在甲板上，一般设置对称的左右两套。系固装置的布置位置决定了系固装置一般用于尾吊工况(臂架和船体长度方向180°向外)。

在起吊工作前，系固机构反转，将钢丝绳从卷筒中拖拽出，通过船上的辅助铰车将下滑轮组拖拽至甲板上的系固点固定。通过系固系统钢丝绳传感器预设钢丝绳张力，制动系固机构，完成吊装前的系固准备工作。起吊结束后，系固机构收紧，将钢丝绳收进卷筒，固定下滑轮组于机房顶部，以便回转时不受影响。

3应用实例

上海振华重工在建的全回转起重打捞工程船起重量的为12 000 t，其中回转下支撑筒体外径为42 m。虽然外径已经非常大，但是由于起重量超大，还必须增加防倾覆措施。在12 000 t工况下，必须同时使用顶升装置和系固装置两种防倾覆的措施，通过计算证明效果非常显著。图4为12 000 t浮吊主钩在不同工况下的吊载曲线。

从图4看出，在全回转工况下(即没有使用

顶升装置和系固装置)，最大安全起重量为7 000 t；当使用顶升装置的固定尾吊时，最大起重量能够达到10 000 t；当同时使用顶升装置和系固装置的固定尾吊时，最大起重量可达12 000 t。采取防倾覆设施后最大起重量增加比较明显。另外，在起吊量相同时距回转中心的幅度也提高很多。例如，在起重量为7 000 t时，全回转工况下起吊幅度只有44 m；而在固定尾吊时，仅用顶升装置时幅度为64 m；同时使用顶升和系固装置时可达69 m。顶升装置和系固装置的增加对浮吊的影响不仅体现在主钩吊载上，其他钩头(例如副钩)在起重量和起吊幅度方面也有很大提高。

图4　12 000 t浮吊主钩在不同工况下的吊载曲线Figure 4　Load curves of 12 000 t floating crane hook under various working conditions

4结论

随着海洋工程重型装备的发展，对浮吊起重量要求越来越高，而由于船体自身条件的限制，以及部分招标文件也对浮吊自重提出非常严格的要求，所以支撑筒体的半径不能随着吊载能力的提高而相应增加。这就要求我们拓展思路，在基本不对起重机结构做重大改变的条件下探寻提高浮吊起吊能力的方法。本文通过具体应用实例证明了增加顶升装置和系固装置对提高浮吊起重能力的有效性和实用性。最大安全起重量能提高42%左右，部分起重量的起吊幅度可提高50%左右，对未来浮式起重机结构形式的发展有非常好的借鉴作用。

参考文献

[1]王悦民，童民慧.超大型浮吊重载打捞波浪补偿系统的关键技术[J].中国工程机械学报，2009(9)：362-366.

[2]王悦民，王艳琳，童民慧.超大型全回转浮吊新型回转支承装置关键技术的研究[J].中国工程机械学报，2009(6)：180-184.

编辑杜敏

摘要：讨论了两种可以在不增加浮吊支撑筒体半径的情况下，大幅提高浮吊吊载能力的方法，即在回转支撑下增加顶升装置和在起重机后方增加系固装置。通过应用实例证明运用这两种方法可有效提高大型浮吊的起重量。

关键词：浮式起重机；吊载能力；顶升装置；系固装置

Method of Improving Lifting Capacity for Superheavy Floating Crane

Zhang Bingfa, Li Ying, Zheng Shile

Abstract：Two methods of improving floating crane lifting capacity greatly without cylinder radius varying have been discussed, they were jack-up device added under turning support and tieback device mounted back of crane. It has been verified through applying example that the both methods were efficient for improving heavy duty lifting capacity.

Key words：floating crane; lifting capacity; jack-up device; tieback device

收稿日期：2014—03—19

中图分类号：U653.921

文献标志码：B