FPSO改装船生活区电梯改装设计及应用

郭学峰，朱光伟

(中远船务工程集团有限公司 技术中心，辽宁 大连 116600)

FPSO改装船生活区电梯改装设计及应用

郭学峰，朱光伟

(中远船务工程集团有限公司 技术中心，辽宁 大连 116600)

文章以某FPSO改装船的船用电梯改装设计为例，主要从船用电梯与陆用电梯的区别入手，将船用电梯与陆用电梯的差别、电梯电气控制系统的改造设计、电梯机械系统的改造设计、电梯主要结构件强度校核、改装后电梯的船上试验验证等几方面进行阐述，在努力不对原电梯进行较大机械改动的前提下着手进行原电梯改装设计，努力探索出如何将不满足船用规范的电梯经过改装设计达到入籍船级社规范要求，希望能为今后进行类似电梯改装设计提供参考。

FPSO；改装；电梯

某FPSO改装船船东采购的生活区电梯不满足入籍DNV船级社规范要求，生产厂家不能提供船级社产品证书，仅能提供电梯满足欧洲陆用电梯标准EN81-1/2的证书，需要船厂按照国际船用电梯标准ISO8383[1]和入籍DNV船级社电梯规范进行核对并改装设计，以便使该电梯满足船舶入籍规范的要求。

1 船用电梯与陆用电梯主要差别

船用生活区电梯因其特殊的使用环境，国家标准CB/T 3567-2011《船用乘客电梯》、国际船用电梯标准ISO 8383及DNV船级社电梯规范都有具体的要求，其与陆用电梯差别主要表现在以下几个方面。

1)船用电梯系统外界工作环境要求较高。陆用电梯正常工作温度要求在5～40 ℃之间，而船用乘客电梯工作环境温度要求在-10～50 ℃之间，故电梯系统设计时需要考虑到所用材质在低温下容易变脆，继电器等电器控制件易出现故障等因素，采取相应措施加以解决。同样电梯系统在高温下的设计也需要考虑。

以上主要是针对电梯的电气零件和机械零件，需要采用较高等级适用于船用要求材料。

2)船用电梯电气控制系统特殊性。船用电梯电气控制系统要做到电梯层门打开不能运行、轿门打开不能运行、安全检修或逃生门打开不能运行、超载时不能运行，以确保电梯运行的安全。船用电梯操作需要有电气和机械互锁功能。

电梯是频繁启动的大容量电器，不可避免会产生电磁干扰。电梯设计中要合理运用屏蔽设计、接地设计、滤波设计、隔离设计等电磁兼容性设计方案，最大限度地削弱甚至消除电磁干扰，避免船舶电气系统之间正常使用时的相互影响。

该点主要是船用电梯安全性要求，需要在电梯改装设计时加以分别进行考虑。

3)船用电梯安全运行要求的特殊性。船舶在风浪中航行产生的摇荡有横摇、纵摇、艏摇、垂荡、横荡、纵荡6种形式，其中横摇、纵摇及垂荡对船舶设备的正常运行影响相对较大。船用电梯在船舶航行过程中仍然要满足正常使用要求。

该点要求电梯的主要受力构件需要满足船舶海上因摇荡产生的加速度的影响和电梯门应加装船体摇荡时防止自然打开和突发关闭的装置，以避免门系统的误动作。

4)电梯改装后的试验验证。综上所述船用电梯的特异性，需要改装后的电梯在上船后进行效能试验、过载试验、限位试验等，以确保电梯满足船上的特殊使用环境及要求。

2 电梯电气控制系统的改造

按照DNV船级社规范对电梯的操作控制程序进行改造。

1)延迟继电器、电机防短路保护、主开关等的更换(要求具有高电流情况下频繁切换能力)、电缆的更换(需要满足IEC Publ.92要求)、电路电气控制失效防护、电梯控制及优先顺序改造等。

2)根据船级社规范的要求在电梯集控房和轿厢之间增加内部通信装置，发生紧急情况时人员能够进行有效联系。

3)电梯阱内加设应急照明，该电源由另一路电源供电或由主配电箱提供。

4)船用电梯操作需要有电气和机械互锁功能，当人员打开检修门进入电梯阱时，电梯的限位开关启动，电梯自动停止。

5)电梯配件的轿厢与电梯配件的控制柜之间传输信号的随行电缆，应采取措施加设保护来防止危险，以免因为随行电缆的摇荡引起与围阱内电梯部件的相互缠绕，损坏设备。同时控制系统中的接插件应采取防松动措施，以免因震动引起系统故障。

6)为保证设备安全及提高系统自动化水平，可考虑加设船舶摇荡检测装置，当海况指标超出船用电梯可接受的正常工作范围时发出报警信号，停止电梯运行，避免电梯轿厢及对重随船体作惯性振荡，从而引起电梯零部件的损坏。

以上主要由专业电梯厂家完成，船厂提出具体要求。

3 电梯机械系统的改造

1)根据国际船用电梯标准ISO 8383中的规定：船舶横摇±10°以内，摇摆周期10 s，纵摇±5°以内，摇摆周期7 s，垂荡≤3.8 m，电梯可以正常运行，且要求在船舶最大横摇角±30°以内，摇摆周期10 s，最大纵摇角±10°以内，摇摆周期7 s以下，在此工况下电梯不应损坏。

鉴于此类条件，船舶摇荡时电梯导轨、轿厢受到的水平、垂直方向作用力大大增强，相应地应按照船级社规范要求提高该方向上钢丝绳绑扎要求，避免产生结构变形甚至损坏造成停梯事故，同时该钢丝绳绑扎要求也起到防电梯脱落作用，见图1。

(a)更换前 (b)更换后图1 电梯强受力螺栓、螺母更换图

2)根据船级社规范对电梯要求：电梯通风系统需要改装成与主船体的通风系统相对独立的系统，电梯阱及电梯的通风不受主船体的通风系统的影响，为此增加了独立电梯通风系统。

3)电梯阱内加装污水井和便携泵装置，防备紧急情况下电梯阱内可能产生的水能够收集并得到有效及时地排出。

4)拖曳滑车、限速器等检修平台：根据船级社电梯规范要求，电梯拖曳滑车、限速器下面需要设置人员应急检修平台，具体见图2。

图2 电梯阱内拖曳滑车、限速器位置图

5)电梯内强受力构件：导轨、电梯阱的肘板、拖曳绞车底座等的焊接要满足船级社认可焊接WPS要求。

6)电梯阱内强受力螺栓、螺母、垫片等需要更换，按照船级社规范满足对材质、转矩的要求。

7)根据船级社规范要求电梯层门防火等级为A-0，需要增加防火阻烟型的密封胶条使钢制层门达到A-0防火等级要求；电梯层门及轿厢门加装启闭安装装置，保证只有在电梯到达层站时才能打开，采用机械和电器双重控制，确保安全。

8)电梯阱内与电梯无关的管路全部移除，以免将来可能发生管路泄漏的情况会危及电梯的安全运营。

9)电梯内部人员应急逃生改装：改装电梯顶部的应急逃生小舱口盖附近的平台，满足人员在紧急情况下能够从电梯顶部逃生。

4 改装后电梯安装处主要结构件强度校核

改装后的电梯需要根据船级社电梯规范要求对电梯导轨、拖曳绞车、钢丝绳及底座船体结构进行校核，使电梯和该处船体结构均满足使用要求。其中对电梯导轨、拖曳绞车、钢丝绳的使用强度进行校核主要是考虑在海上摇荡时电梯导轨、轿厢受到的水平、垂直方向作用力较陆地工况大大提升，需要进行特别考虑，该项工作委托电梯厂家完成，下面主要对电梯底座船体结构载荷进行校核。

根据电梯安装位置，其受到载荷有：自重、船舶运动惯性力、电梯自身运动载荷等。

1)船舶运动加速度载荷。

式中：kv为船长系数，0.7；g0为重力加速度，9.81 m/s2；cb为船舶方形系数，0.82；a0为船舶加速度系数,0.25。

2)电梯自身运动对底座的支反力。电梯自身运动载荷从电梯厂家的资料中获得,该处电梯运动产生的力及力矩主要有船体梁承担。这里采用简单的手工计算，结果如下，见图3。

σ=118 N/mm2，

τ=30 N/mm2,

式中：σ为弯曲应力；τ为剪切应力。

5 电梯改装后船上试验

电梯改装结束后需要在船上进行效能试验：在空载、50%额定载荷、100%额定载荷下分别检查电梯每层停靠功能，同时检查电器开关、限位器及电器控制的动作情况及具体性能；在电梯的超载载荷(110%额定载荷)的工况下，启动电梯进行坠落试验并测量应急刹车的距离及主要结构件变形情况；电梯上下极限工作位置的试验。

[1] ISO 8383-1985,船用电梯标准[S].

图3 电梯底座受力分析图

In this article,the following points are mainly mentioned,the difference between ship elevator and construction elevator,electrical control conversion,main mechanical conversion parts,strength check for mainly strong force members,elevator test on board etc. The best try is to be done for less conversion on mechanical parts of original elevator to meet Class Rule's requrirement.We hope that this will give some designers further help.

FPSO(floating production storage and offloading);conversion;elevator

郭学峰(1971-)，男，河北秦皇岛人，高级工程师，大学本科，主要从事海洋工程结构与舾装设计工作。

U667.2

10.13352/j.issn.1001-8328.2015.03.016

2014-11-20