升压站海上安装施工专用吊装框架优化实例

王鹏

【摘要】升压站是风电场的大脑，是风电资源转输的中枢，海上升压站由于其位于海洋上的特殊性，建造和安装工艺要求都比较高。海上安装的核心是浮吊船及配套索具，浮吊船及配套索具的可操作性强，海上施工效率就高，施工成本也会降低。本文旨在研究升压站海上施工专用吊架的优化方案，并配以“德浮3600”浮吊的应用实例、图片及计算分析。

【关键词】海上升压站；大脑；安装工艺；海上施工专用吊架；优化；施工效率；安全可靠；可操作性

引言：

随着海上施工能力的逐步增强，中国的海上风力发电已开始了大规模的发展阶段。海上风电场的核心部件之一就是海上升压站，也是风电场最贵的单元之一，因此海上安装施工的安全性和可靠性备受瞩目。

目前来讲，海上施工的要素有三点：浮吊船、配套索具和施工经验。浮吊船的價格昂贵，造新和改造的成本较高；海上施工经验需要长年的积累才能获得，急不来；唯独配套索具是一个短时间可以完善的环节，此环节主要包括吊点、钢丝、卸扣和吊装框架，吊点、钢丝、卸扣都有成熟的经验值可以借鉴，而吊装框架需要根据浮吊的特性来专门配备。

因此，本文将重点阐述吊装框架的设计和改进方案，并配以“德浮3600”船的施工实例来检验优化成果。

1、最初的吊装框架

最初的吊装框架是为“德浮3600”浮吊船专门配备，连接在浮吊主钩和被吊物之间，用于大型钢结构的海上吊装。此吊装框架分为横向吊梁和纵向联系梁。横向总长26m，纵向总长10m，总体最大承重能力3240t，基本可以覆盖海上升压站的海上安装重量。该框架除了承重大，还有以下的性能优点：

1.1吊点选择多：原配的吊点共有5对（10个），可任意选择其中一对，配合“德浮3600”的四个主钩，足以应付各种大型钢结构物的海上安装。

其中中心1#吊点间距4m，2#间距9m，3#间距14m，4号间距19m，5#吊点间距24m。在海上升压站的结构设计时，吊点的选择多，为设计公司带来了更多的选择空间，也能更合理、更安全的选择吊点形式。

1.2吊点承重大：1#组和2#组，单个吊点的承重为600t，3#组、4#组合5#组吊点的单个承重为900t。1-2组主要用于吊装海上2000t以上的大型结构物，3-5组主要用于3000t左右的大型结构物吊装。

1.3吊排、吊点允许倾斜的角度合理

吊装框架各构件的最大倾角：吊梁向内倾斜20度、向外倾斜30度，吊点左右倾斜均为30度。吊梁的内外倾角为吊点的纵向选择增加了余地----虽然联系梁只有10m，但是吊梁有允许的倾角，也就意味着框架下升压站吊点的纵向距离选择性更大，可以是10m、12m、14m甚至更大；如果没有吊梁的允许倾角，升压站的吊点间距只能是10m。

1.4小结：此框架横向吊梁吊点的多选择性和纵向允许倾角，释放了设计人员对于升压站四个吊点的选择，不仅减少了设计难度，也增加了吊装的安全性。但，此吊装框架也有缺点，这个缺点降低了吊装施工（尤其是海上升压站）中的可操作性。

2、吊装框架的缺陷

海上升压站这种大型钢结构物有个缺点：偏心，所谓的偏心是重量中心和结构物的几何中心不在同一个位置上，产生偏心的主要原因是升压站内部设备重量的不均匀分布以及顶甲板吊机的一点分布。

结构物的重量偏心，直接导致了浮吊四个主钩在安装的过程中不能保持完全水平，也就是说要想在海上把升压站平放在基础上，吊装框架就是一个斜的并发生扭矩。扭矩对于钢结构来讲是一个不可忽视的安全风险，升压站（被吊物）这么大的重量，一旦吊装框架出现结构问题，导致海上升压站的吊点出现问题，那后果不堪设想。

也就是说，这个框架需要解决的是重量偏心导致的海上安装期间的垂向位移。

3、优化设计方案

框架的优化设计思路主要是：分析整个吊装框架在海上施工中的风险，纵向10m的联系梁是整个框架出现垂向位移时强度最薄弱的环节。因此，优化设计是从改进联系梁作为突破口的----将联系梁由刚性连接改为柔性连接。

联系梁与吊梁的连接方式不变，将联系梁中间位置改为卸扣与钢丝连接，同时主钩与吊装框架之间用钢丝连接，这样吊装框架允许产生的垂向位移加大，可以彻底避免吊装施工中由于升压站重量偏心引起垂向位移而导致的吊梁扭曲。

理论可行后是详细设计和强度计算，强度计算需满足最极端的情况下，结构仍能满足吊装要求。因此，选取的最极端条件作为强度校核的受力分析条件：整个框架受力4（个主钩）*900t=3600t，横向吊梁倾角20度，纵向联系梁高低差3m。这个工况可以覆盖并远远超过海上升压站重量偏心所产生的垂向位移。

在强度校核过程中，主要是校核新联系梁中与横向吊梁连接部分的钢结构的强度。结构物（Q345钢材）在极端工况下加载受力后的计算结果：钢结构的最大应力为270.3MP，小于Q345钢材的许用应力345MP，因此该结构物的设计满足强度要求，该设计可行。

4、实践案例

2017年4月新吊装框架制作完成后至今，在大连经历了1000t-2980t的大型钢结构物吊装共计20多次，最大的垂向位移出现过1.89m，最大吊重2980t，均实现了钢结构的成功吊装。不仅新吊装框架没有出现过扭曲，并且节省了吊装框架初始连接时的作业速度，原吊装框架的初始连接大约需要24个小时，新吊装框架的连接在12个小时左右，作业效率大大提高。

5、结束语

“德浮3600”浮吊原有的吊装框架设计制作完成，并在在响水升压站海上安装施工过程中已成功使用。该吊装框架横向吊梁的吊点选择多，减少了海上升压站横向吊点的选择难度，同时吊梁的纵向可允许偏角，减少了升压站纵向吊点的选择难度，这两个节点降低了升压站钢结构物设计的难度，并增加了可操作性；但是，原有的框架没有解决升压站重量偏心而产生的框架扭矩。经过施工分析和详细设计、有限元强度计算，成功将原有框架的纵向刚性连接优化为柔性连接。该优化不仅消化了升压站重量偏心而导致的框架高低差，并且避免了框架的钢结构产生扭矩。在实际的应用过程中，吊装安全系数提高的同时，也增加了可操作性作业效率提高。面对海上升压站安装这种高风险的作业，真正做到了安全高效的施工.