一种120 t海上风电工程起重机方案

石胜征（南通润邦重机有限公司，江苏 南通 216013）

0 引言

风力发电作为无污染可再生能源，是世界各国普遍关注的绿色能源之一，我国风力资源储量丰富，特别是近海，据中国气象科学研究院统计评估，我国可开发的近海风能资源储量约为750 GW，为陆地可开发的3倍。同时，沿海地区又是我国工业发展最快、人口高度聚居地，是最大求电力需求用户。

随着岸上风力发电场选址的逐渐减少及技术水平的发展，风力发电由陆上延伸到海上，已经成为世界各国风力发电发展领域的一种方向。相比陆上风力发电，我国近海风力发电有风能条件好、投资成本低、更靠近东部沿海用户等特点[1]。

专业的海上风电安装平台（船）是海上风电设备安装、维护的重要装备，海上风电平台一般配置一大、一小2种起重机，大型起重机作为主吊，用于起吊打桩设备、整机风电设备安装;小型起重机作为平台辅吊，主要作为部件起吊、小件物料搬运等[2-5,8]。

1 概述

120 t海上风电工程起重机是安装在国内一海上风电平台上的辅吊，主要用于海上风电设备的辅助吊装作业，按用户最终认可，选定了基座连接、桁架式吊臂、钢丝绳变幅的方案，方案总图见图1。

120 t海上风电工程起重机按中国船级社《船舶与海上设施起重设备规范》（2007版）要求设计，入级中国船级社。起重机主钩起吊能力达到120 t，最大工作半径43 m，满载时最大速度可以达到8 m/min，主要用于发电设备部件的起吊、安装及维护；为提高小件起吊的效率，设有1个10 t的辅钩，辅钩起升速度达到30 m/min。吊钩在不同工作半径有不同的最大起重量，如图2[7-9]所示。

图1 120 t海上风电平台起重机图

1）起重机各主要机构的工作级别,结合《起重机设计规范》及用户实际使用工况，120 t海上风电工程起重机各主要机构的工作级别内容确定见表1[12-13];2）主要技术参数（如表2）。

2 主要结构介绍

2.1 主要结构组成

图2 负载曲线图

表1 工况级别内容

表2 起重机的主要技术参数表

本方案设备主要结构由底座、回转平台、三角架、吊臂等4大部分组成。底座为圆筒形的结构件，是起重机和风电平台（船）甲板的连接部分；回转平台为板梁结构，动力泵组、机房、回转机构、起升机构、变幅机构、吊臂及司机操纵室等均布置在回转平台上，是连接底座和三角架、吊臂的部件；三角架由前后撑杆组成，通过前后撑杆与回转平台铰接；吊臂由主臂和副臂组成，分为多节，外形为桁架式结构。各结构在设备组成位置见图1[7-12]。

2.2 主要结构设计原则

1）满足安全性设计原则。底座、回转平台、三角架和吊臂4大部件是本设备的主要受力部件，所有起重机作业、运动、风力、倾斜、冲击等动作均由4大部件承受，安全性首先是几大部件设计考虑的首要要素。为保证设计的安全性，在考虑设备载荷时，我们按规范要求的最不利的工况二进行受力计算，在本设备中，底座承受的最大力矩达到了5500 t·m，这是所有工况分析计算的最大受力数据。按此受力数据分析结构部件的许用应力，均符合规范的要求。

2）轻量化设计原则。目标设备安装在自升式海洋平台上，平台的设计对设备的自重控制有上限要求。为达到平台的要求，在满足强度、刚度的安全性前提下，并兼顾考虑经济性，设备的主要板材采用了高强度及超高强度海洋结构钢DH36、DH460，钢管采用了Q460-D结构钢管，有效控制了自重。

3）适合海洋环境设计原则。目标设备安装在自升式海洋平台上，设备表面的防腐、海洋作业间的维修、维护要求必须加以考虑。在本设备中，所有材料均选用符合船舶及海洋行业的材料，所有机构部件表面均进行符合用户要求的表面处理，所有管件均进行密封处理，运动部件的润滑采用集中润滑方式。

4）模块化设计原则。各结构部件在设计时充分考虑强度、刚度、稳定性及便于制造和维修的要求，并适当考虑运输方便和易于安装的方便性，各结构部件尽可能采用模块化进行设计、制造，以缩短制造的时间，方便设备的安装，提高工艺的效率。

3 主要执行系统介绍

3.1 主要执行系统组成

目标设备的起吊动作、吊臂俯仰动作和回转动作分别由起升系统、变幅系统和回转系统完成[7-15]。

3.2 起升系统

本设备的起升系统分别有主钩起升系统及辅钩起升系统组成，每个起升系统由起升绞车、钢丝绳、滑轮、滑车、吊钩、平衡阀、液压管件、液压接头、液压动力泵站等组成。

起升绞车由卷筒、支架、行星减速齿轮箱和液压马达组成，减速箱采用内藏方式，安装于卷筒内部，减少了安装占用空间及自重；液压马达安装于减速箱外，通过驱动卷筒缠绕钢丝绳，进行吊钩作业。

卷筒表面采用了螺旋槽加工方式，确保钢丝绳排列整齐，保护并提高钢丝绳寿命。

起升减速箱采用常闭式制动器。制动器设有摩擦片磨损补偿装置，在失压情况下，制动器可马上接（咬）合，以实现安全制动。起升系统分别设有高度行程限位装置，重物在到达极限行程位置时自动停止。起升系统设有起升载荷限制器，误差小于5额定载荷。正常作业时载荷达90额定载荷时声光警示，载荷达110额定载荷时声光报警并自动进入只降不升状态。

3.3 变幅系统

本设备共有1套变幅系统。变幅系统由变幅绞车、钢丝绳、滑轮、滑车、吊钩、平衡阀、液压管件、液压接头、液压动力泵站等组成。

变幅绞车与起升绞车一样，由卷筒、支架、行星减速齿轮箱和液压马达组成。每套变幅绞车由液压马达通过内藏式行星减速箱驱动卷筒，再由钢丝绳缠绕牵引臂架进行变幅作业。卷筒也采用了螺旋槽加工方式。变幅系统在卷筒一端设有棘轮、棘爪保护装置，保证吊臂的安全。变幅系统设有机械角度显示器和数字显示角度指示，数字显示在司机室能使驾驶员清晰看见。机械角度显示器精度1°，数显角度指示器精度0.1°。并安装有上极限角度限制器。

3.4 回转系统

回转系统主要由转盘支承装置、回转齿轮箱、液压马达、平衡阀、液压管件、液压接头、液压动力泵站等组成。回转系统由液压泵站输出动力，驱动液压马达转动，带动转盘支承装置回转，实现设备的转动动作。

4 动力

起重机动力系统由电动机、液压泵、平衡阀、液压管件、液压接头等组成。

本设备配置2套动力泵站提供动力，2套动力泵站互为备用，正常时2套泵站一起提供动力，特殊情况下可单独使用1套泵站提供动力。

5 液压控制系统

起重机主要有起升、回转、变幅三大动作，各动作动力系统均为液压式，由2套电动机泵组拖动油泵供给动力，分别驱动各系统的液压马达。各控制手柄集中在驾驶室内，实行集中控制。

液压控制系统采用先进、成熟的负载敏感控制技术，灵活、高效、节能，使各速度得到平稳控制。各个动作的操纵由性能优越的手动比例手柄来完成。可实现精确的比例控制及无级调速，以及极快的操作和快速的响应时间，每个操作可从最小到最大速度进行连续控制。

6 电气系统

起重机的工作电源由船上提供：主电源为380 V/50 Hz/3相，功率约为400 kW；辅电源为220 V/50 Hz/单相，功率约为20 kW；船上提供的380 V/50 Hz/3相主电源，主要用于向动力装置提供电力；船上提供的220 V/50 Hz辅电源，主要用于空调、照明、维修等。起重机电气设备的设计和选择，将考虑到安全可靠性和操作维护检查的方便。室内电气设备防护等级IP22，室外电气设备防护等级IP56。

7 安全系统

起重机的设计将完全按照国家法律、规范及用户的安全关切要求进行设置，具体有如下设置：防止操纵手柄的误操作安全设置；主、辅、变幅绞车和回转机构自动制动装置设置；所有吊钩上限位自动停止装置；吊臂变幅的最小、最大角度限位停止装置；司机室设有应急紧急停止按钮；电动机设有短路保护与过热保护，电源设有相序保护；吊臂滑轮架设置有防钢丝绳跳出装置；设有声光运行警铃装置，供司机在工作时提醒地面工作人员的注意；设有风速仪，风速仪设置在司机室能方便看到的地方；设有航空障碍灯及避雷针；在停电等事故时，主钩、辅钩起升机构可以通过一套应急机构，利用手动泵把货物缓慢放回地面；带报警器和自动实现安全保护及负载指示系统；所有液压油路中安装设置有过载保护安全阀；吊臂降落锁定设置；吊臂防后倾机械限位装置；油位、油温安全报警设置；烟雾报警设置。

8 结语

120 t海上风电工程起重机方案设计主要遵循了如下原则，使方案得到用户的最终认可并接受：1）设计遵循国家相关法律规定、行业规范要求，安全性得到充分考虑；2）充分考虑用户的关切，在型式上采用新颖实用型式，使整体结构紧凑，布局更合理，技术上采用世界上先进的负载敏感控制技术，提高了使用效率；3）整机遵循标准化、模块化的设计原则，采用先进、成熟的原理、理论，配置可靠、性价比高的部件，保证设备的先进性、安全性及可靠性；4）主要结构件采用了轻量化的设计原则，降低了自重，减小了外形尺寸，为用户节省更多占用平台（船）空间。