港口大型起重设备防风工作现状与对策

程大庆 赵吉刚

营口港务集团有限公司

1 引言

近年来极端气候发生的概率不断增加，强风天气下如何保证频繁作业的港口大型起重设备安全，已经成为广大港口管理人员亟待解决的重点难题。

国内港口制定的大型起重设备管理规定中，对于限制设备作业条件的风速值大小如何取得没有明确描述，同时各港口制定的设备停止作业的极限风速值也未统一，上述两个风速值的大小对于港口大型设备防风工作是否成功至关重要，必须在管理规定中明确提出切实可行的解决办法来指导、规范生产[1]。本文重点对沿海码头(内河码头可参考)风速值取得和停止作业风速大小进行论述。

2 港口大型起重设备防风工作现状

各港口根据现行的交通运输部颁布实施的《JT/T90-2008港口装卸机械风载荷计算及防风安全要求》(下称《JT/T90》)、《JTS 169-2017码头附属设施技术规范》(下称《JTS 169》)以及2018年8月1日印发的《港口大型机械防阵风防台风安全工作指南》(下称《指南》)、风级风速对照表等，制定港口防风管理规程。

2.1 风速值计算

2.1.1 起重设备设计计算风速

根据《JT/T90》，风载荷计算基本公式：

Pw=C×Kh×q×A

(1)

q=0.625×vs2

(2)

式中，Pw为作用在港口起重设备上的风载荷，N；C为迎风结构物的风载体型系数；Kh为风压高度变化系数；q为计算风压，N/m2；A为港口起重设备垂直于风向的迎风面积，m2；vs为计算风速，m/s。

港口起重设备出厂后，C和A值已经确定，是一个定量常数；Kh在港口起重设备工作状态下取值为1；计算风压q是唯一的与计算风速vs相关的变量。

工作状态下用于计算港口起重设备的零部件和金属结构的强度、刚性及稳定性，验算驱动装置的过载能力及整机抗倾覆稳定性的最小计算风压为250 N/m，将其代入公式(2)，可得出此时的计算风速为：

(3)

《JT/T90》、《JTS 169》和《指南》对这一风速下，港口起重设备是否可以正常作业，并没有过多的文字描述和解释，仅在《JT/T90》中有“防风预(警)报装置，应具有显示瞬时风速、报警及存储报警时风速值的各项功能。露天工作的港口装卸机械，风力大于工作状态的计算风速设定值时，防风预(警)报装置应能发出报警信号”的叙述[2]。

非工作状态下用于验算港口起重设备的零部件及金属结构的强度、整机抗倾覆稳定性和防风抗滑安全装置和锚定装置的最小计算风压取值范围为800～1 200 N/m，同样，代入公式(2)可得此时的计算风速大小为36～44 m/s。《JT/T90》和《指南》中都规定了最小35 m/s风速作用下，在未使用锚定和防风系拉装置时，其他防风装置应满足港口起重设备沿轨道运行方向不发生滑移；锚定和防风系拉装置应满足在最小55 m/s风速作用下，港口起重设备不发生滑移和倾覆。

2.1.2 港口起重设备出厂防风能力设计值

表1是某沿海港口现有设备出厂时的设计风速值，设备基本上是按照表中计算值进行设计制造。由于历史或执行国外标准等原因，部分设计值偏小，设备出厂提供给客户的技术规格书，通常未对35 m/s的风速状态进行说明。

表1 某港起重(输送)设备出厂设计防风能力

2.1.3 各港口防风管理对于风速的规定

目前，各港口基本上是依据《指南》中关于阵风的定义“指突发的、风速15 m/s(7级)以上的大风”来制定港口起重设备停止装卸作业的风速上限。如表2所示，7级风的风速范围是13.9～17.1 m/s，各港口根据本港特点，规定停止装卸作业的风速。上述港口起重设备作业风速限制条件只是对风级风速的一种简单的解读、应用，其取值大小并不存在任何事实上的标准、理论依据[3]。

表2 风级风速对照表

2.2 关于获取风速值大小

一般情况下，风速值是由安装在港口起重设备上的风速仪实地进行测量取得的，实测风速与测量高度和周围下垫面表面粗糙度2个因素有关。根据《JT/T90》和《JTS 169》规定，设计计算风速“按空旷地区离地10 m高度处的计算风速来确定”。港口起重设备上的风速仪安装高度为30～60 m，再加上地貌不同，实际测量出的风速值与计算风速取值条件存在较大误差，用这种方式取得的实际测量值来指导实际生产作业既不准确也不科学。

《JTS 169》中规定“计算风速取3 s时距的平均瞬时风速”，这一点，在各港口的防风管理规定中基本上也没有进行描述和解读[4]。

3 港口大型起重设备防风工作主要问题

综合上述分析，港口起重设备防风工作主要存在下面2个问题。

3.1 风速值达到多少应停止作业

虽然各港口规定了停止作业的风速上限是17 m/s，但其缺乏理论依据，港口实际作业时往往会突破这一红线。一旦遇到持续较长的阵风，就可能会造成设备倾覆等安全事故。科学、合理地设置港口起重设备停止装卸作业风速极限值，已经成为港口生产及设备管理人员的迫切需求。

3.2 风速值应如何取得

本地气象台发布的预报风速信息只适合作为参考值来使用，不能作为港口起重设备停止作业的直接依据。目前设备上安装的风速仪因安装高度和地面粗糙度的影响，也不适合直接作为停机依据，如何获取相对准确的风速值是港口防风工作的重点和难点[5]。

4 港口大型起重设备防风工作对策

基于目前港口起重设备防风工作中存在的主要问题，根据长期的一线防风工作经验，提出以下对策：

(1)实际检测。港口起重设备新机交付时，必须取得生产厂家的防风计算书。通过对大车行走机构进行外力牵引实验，并根据大车行走机构是工作机构还是非工作机构来确定大车防滑制动装置的开、闭状态，确定引起整机移动的外加牵引力的大小，再经过计算，得出设备的实际安全抗风能力的风速值大小。实际检测时，应保持大车车轮处于滑动状态的工况下，车轮不得发生转动现象，一旦发生转动，应采取调整制动力矩等措施防止车轮转动。

(2)风速仪设置。风速仪安装在离地10 m高度，或是实测各起重设备的现有安装高度和10 m高度的风速(风压)数据，将风速仪实测数据修正到10 m高度的风速值来做防风风速。也可以考虑在码头合适的固定地点设置高度10 m的风速仪，并确保测得的结果可与港口起重设备及时通讯。

(3)加法原则。港口起重设备的防风装置应遵循只能增加，不能减少的原则。若确实需要改变制动装置方式，必须经过理论计算和实际测试，保证不少于原有的制动效果，严禁随意拆除防风制动装置。

(4)持续原则。应持续保持轨道和车轮表面处于清洁状态，无油、无水、无冰、无沙尘，保持制动装置处于完好有效状态。

5 结语

大型港口起重设备防风工作是一项长期、细致的工作，本文提出了目前港口在确定限制设备作业条件的风速值和设备停止作业的极限风速值大小方面的不足，并针对目前港口起重设备防风工作中存在的不足提出防风工作对策，对于指导港口开展防风工作具有实际意义。