水平船台移船、下水系统设计

居惠红，叶银苗，宣庐峻

(1.中船第九设计研究院工程有限公司，上海 200063；2.上海海洋工程和船厂水工特种工程技术研究中心，上海 200063)

0 引 言

近年来，随着海洋工程的快速发展，水平滑道+调载半潜船的下水方式逐渐由导管架等海工平台组块应用到自升式平台、半潜式平台以及大中型船舶等，国内外均已广泛使用。平地建造产品和无支座的下水半潜船浮态装船技术是根植于国外造船业、建筑业和海洋工程的一项成熟技术，工艺先进，经济效益显著，国内船舶行业急需加以综合运用、发展优化。广船国际有限公司水平船台项目的产品定位为5万吨级液货船及平台产品，为满足广州市区荔湾老厂区搬迁的需要，在满足国家政策要求前提下，经过综合权衡，项目选址位于广州市南沙新区的龙穴岛[1]，建造方式选用平地造船模式。本文结合该建设项目，主要介绍其平地建造船舶采用台车组合+调载半潜船的移船、下水系统设计。图 1为船舶下水现场。

图1 船舶下水现场

1 移船系统

移船系统的作用是将船舶产品从水平船台运送至半潜船，运送过程应安全、平稳。移船系统组成有：台车(即船台小车)、台架(即钢支架，方便台车进出，提高换墩效率)、小车平衡梁、动力电源系统及中央控制系统等。

台车规格应统一，便于保养，配备重型油缸，能使承载船舶平稳升降，具有压力流量快速自动补偿功能，根据产品质量分布可按区域分组，并在组内实现自动均载。在移船过程中台车始终能平稳地抬着船舶等大件产品行走。台车可提供动力驱动，最大负载为250 t/台，每两台小车通过平衡梁联系，组成500 t组合台车。

船舶坐落于台架上，台车组合进入台架底部，带动台架作业。根据船舶产品下水和船台工艺布置要求，对台车与台架进行排列和分组。

整个移船系统由柴油发电机供电，动力电源系统为台车的驱动和顶升提供动力。中央控制系统主要用于控制台车顶升和行走，该系统可实现油顶同步顶升，并可实时调节台车油顶压力、监控油顶行程。在船舶移至半潜船的过程中，中央控制系统可实时动态控制台车油顶压力、行程和半潜船浮沉状态。

2 船台工艺布置与主要技术参数

(1)船舶等大件产品运移方式选择为纵移；(2)根据船舶或其他产品底部线型、质量曲线分布对台车进行分组；(3)台车分别与500 t支架、1 000 t支架组合；(4)台车组合形式为单台小车承载力250 t，4轮，轨距1.0 m，外形尺寸长度≤2 200 mm，宽度≤1.5 m；组合台车承载力500 t，8轮，轨距1.0 m，外形尺寸长度≤4 400 mm，宽度≤1.5 m。

水平船台工艺与设备布置情况如图 2所示。

图2 水平船台工艺与设备布置

船台及台车主要技术参数如表1所示。

表1 船台及台车主要技术参数

3 移船设备

3.1 设备组成

移船设备主要包括：台车、台架、小车平衡梁、动力电源系统和中央控制系统等。移船设备系统主要构成如图 3所示。

(1) 台车。台车由车架、行走机构、顶升机构等组成，适用于纵移工况。

① 行走机构。台车行走机构由液压电机+行星减速器+开式齿轮驱动走轮组成。小车上设有牙嵌离合器，便于必要时人工推动小车移动。

② 顶升机构。小车顶升机构由电机、高压柱塞油泵、液压顶升系统、柱塞缸等组成。液压顶升系统具有压力流量快速全自动补偿功能：当外负载偏小时，能主动补偿压力；当外负载偏大时，能主动卸载压力。自动补偿功能的作用是不管路面情况如何，小车始终能平稳地抬着船行走至指定地点。

图3 移船设备系统构成

采用传感器监控液压顶升系统压力，可根据需要随时重新设定系统压力。

顶升行程由内置式直线位移传感器精确显示和控制，使移船过程安全可靠。

(2) 台架。台架根据承载力大小共分为2种：500 t(支架一)和1 000 t(支架二)，具体如图 4所示。

图4 台车与台架示例

支架一需满足1组500 t组合小车纵向进出。该支架的外形尺寸要求为长度≤4 400 mm，宽度≤2 400 mm，设6个支腿。

支架二布置于船舶的机舱段及船首，需满足2组500 t组合小车纵向或横向进出，该支架的外形尺寸要求为长度≤4 400mm，宽度≤4 400 mm，设9个支腿。

(3) 小车平衡梁。小车平衡梁的作用是连接2台250 t台车组成台车组合，并支撑台架。

(4) 动力电源系统。整个移船设备由柴油发电机供电，组成动力电源系统，为台车的驱动和顶升提供动力。系统采用分布式供电，根据车组布置情况配置发电机。

柴油发电机分为400 kW和100 kW两种规格，其中100 kW发电机能随台车穿过台架。

(5) 移船设备控制系统。台车行走机构电机功率为5 kW，工作电压为交流380 V 50 Hz。顶升油泵电机功率为3 kW，工作电压为交流380 V 50 Hz。台车上配有压力传感器，将压力腔中的油压直接转换成电流信号。台车上还配有油缸行程传感器，将油缸的行程转换成电流信号。

3.2 移船设备关键技术与措施

(1) 顶升控制。目标：在移船过程中，保持船舶重心及整体平衡。措施：保证每台台车在船舶运移过程中保持载荷稳定，首先需做到压力控制，以初始压力为参照进行调整，实现组内小车之间压力平衡；然后对行程进行监控，若油缸行程达到极限值，则系统自动报警。

(2) 移船设备与半潜船协调控制。移船设备从水平船台过渡到半潜船阶段，工况较为复杂。系统须综合考虑小车的载荷状况及油缸行程与半潜船的调载工况(与当地潮汐情况、半潜船调载能力密切相关)进行协调控制。

移船设备与半潜船的通信方面分为2部分：

移船系统传递给半潜船的信息：移上半潜船每台小车的载荷及其离开水平船台的距离；

半潜船传递给移船系统的信息：半潜船与水平船台的高差(水平船台高于半潜船为正)以及半潜船的倾度。

具体流程如图 5所示。

图5 移船下水流程

(3) 保证安全的控制措施。在驱动方面，系统安全性、启动驱动力以及外界环境(风速、地面状态、摩擦力)都有一定的影响，要求：

地面斜度50 mm/100 m，保证驱动；在最大风速(24 m/s)下启动(工作工况要求不大于16 m/s)；小车独立驱动，即使部分小车驱动出现故障也仍能保证移船进行；驱动机构装有制动器，能够电动刹车。

须提前准备备用台车准备随时更换。顶升时，多种传感器同时控制以保证重心及整体平衡。

4 移船下水关键工艺系统

4.1 台车支撑系统

在建造阶段，目标船型由台架即钢支架结构支撑。在移船下水前用起重能力为250 t，最大油缸行程±250 mm的台车组成的阵列将目标船型顶升起来。台车系统的布置应使计算得到的载荷能够满足目标产品的强度、变形要求，码头出运段相关设计应满足台车走轮轮压集中荷载要求。在本项目目标船型的移船下水作业中共布置80台250 t台车。作业所需的起重能力与台车的最大起重能力之比控制在70%以下。

在建造场地中，台车沿轨道纵向布置，按船体底部线形被分为前后左右共4组以补偿由重心偏移引起的载荷分布，每组台车实现组内均载。在下水作业前，这些台车被用来称量目标船型的重量。台车分组的实施使船体受力更均匀，提高了作业过程中的安全因数；而台车、台架的组合更提高了换墩作业效率，大幅缩短了下水作业时间。整个移船下水过程(整船抬移、过驳、坐墩、台车退出)用时不足6 h。

4.2 牵引系统

移船下水牵引系统一般有2类:绞车-钢丝绳方式与自行式船台小车方式。绞车-钢丝绳方式需要在半潜船远离码头一端的甲板上焊接固定2台绞车，牵引用的钢丝绳一端连接在绞车上，另一端连接在台车阵列的末端(其上设置锚具)。由于考虑到台车需要退出，穿绕钢丝绳较为繁琐费力，因此设计采用了另一种自行式船台小车的移船方式，并适当加大自行船台小车的比例，以最大程度减少操作时间、减小操作人员的作业强度，确保安全。

4.3 半潜船与码头间的连接

建造场地的纵向轨道与半潜船上的轨道通过4组(共8根)刚性连接梁互相连接，为了承受半潜船与码头间的挤压力，在码头岸壁与半潜船之间还安装了钢碰垫，现场如图 6所示。

图6 半潜船与码头连接处现场图

当目标船型经过时，连接梁把船舶的重量作用在轨道上的线载荷，由其传递至码头出运段和半潜船上。由于码头是固定的，而半潜船则受波浪、潮汐等环境力的作用而产生移动，因此连接梁需要采用活动铰接的形式[2]。

4.4 系泊系统

在将目标船型移上半潜船时，用于系泊半潜船的系泊缆绳的设计应使其在允许环境条件下能够保持半潜船的位置，特别是横向或者平面位移应在允许范围内，可考虑加大缆绳角度及数量并尽可能减小横风、横流影响。

在移船下水过程中，由台车行驶引起的半潜船离开码头的水平力增加了系泊缆绳的负荷(与绞车拉曳方式相反)，系缆桩、绞盘等系泊设施布置应能够满足设计工况(风、浪、流)条件下的受力要求。系泊系统如图 7所示。

图7 系泊系统示例

4.5 半潜船的选择

对于本项目移船下水的操作而言，接运半潜船的重要性毋庸置疑，限于条件，目前仅能使用长度为161.6 m，下潜时甲板最大载货量仅16 500 t的半潜船接运目标船型。考虑到将来移船作业的高频率，移船设备即台车系统的标准不得降低，分组(共4组)及组内(每组约20台250 t小车)均载的要求须得到满足，以提高设备使用的安全及可靠性。针对本项目半潜船，改造工作主要增加4组小车轨道(该半潜船原设计为滑道滑靴下水方式)，并在半潜船船首改造了连接梁缺口以便于船舶下水时平稳过渡。

5 结 语

移船、下水系统采用自创的台架结合组合台车支承模式，取代了国内船厂常用的纵、横梁支承船舶模式，为台车分组、组内自动均载以及船舶总段三维对接等技术提供了实施的可能，进一步优化了水平船台建造工艺。项目研制的移船工艺和设备系统参与了从船台造船到移船过驳的全过程。通过三维小车自由组合组成的三维对接系统，可完成自重1 000～4 000 t不等的分段、环段甚至半船对接作业，突破了现有门式起重机搭载的吨位限制。

采用组合台车系统下水的船舶或海工产品等，在目标产品移至半潜船的各个阶段都需持续不断地监控、精确的载荷分配计划、精确的压载控制以及准确的系泊布置。自重万吨级(整船或其他类似重大件)以上的产品运移及下水作业是一项挑战性的举措，实践证明其是成功的，随着台车技术的不断发展及进步，该系统具有广阔的应用前景。