700 t重吊碼頭試驗(yàn)介紹

許建中 張代龍

（滬東中華造船（集團(tuán)）公司 上海200129）

700 t重吊碼頭試驗(yàn)介紹

許建中 張代龍

（滬東中華造船（集團(tuán)）公司 上海200129）

700 t重吊為迄今為止國內(nèi)安裝在船上起吊質(zhì)量最大的克令吊，被業(yè)內(nèi)人士稱為“巨型重吊”。文中介紹了安裝在為德國建造的20 000載重噸重吊多用途船上的2臺(tái)700 t重吊，著重分析了該重吊的碼頭試驗(yàn)過程和所設(shè)置的平衡裝置。試驗(yàn)中所總結(jié)出的一套方法，將為我國今后建造更大型的重吊船提供有益的經(jīng)驗(yàn)與幫助。

700 t重吊；碼頭試驗(yàn)；平衡裝置

引 言

圖1所示為由滬東中華造船（集團(tuán)）公司（簡稱“滬東中華”）為德國航運(yùn)界建造的重吊船正在整體吊裝氣墊船（此氣墊船排水量約550 t，航速近63 kn）。該重吊船所配置的2臺(tái)700 t重吊，被業(yè)內(nèi)人士稱為巨型重吊。為方便起吊，2臺(tái)重吊被放置在船同一側(cè)（左舷），2臺(tái)聯(lián)合可吊重達(dá)1 400 t的重物。為保證巨型重吊起吊安全，在建造中必須要進(jìn)行碼頭試驗(yàn)，以便檢驗(yàn)重吊性能，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并排除隱患?，F(xiàn)介紹此700 t重吊碼頭的試驗(yàn)過程。

圖1 正在整體吊裝的重吊船

1 碼頭試驗(yàn)

1.1 準(zhǔn)備工作

本船入級(jí)的船級(jí)社為德國船級(jí)社（簡稱GL），GL要求重吊加載試驗(yàn)的最大負(fù)荷為110%的安全負(fù)荷（SWL），故700 t最大試驗(yàn)負(fù)荷為770 t。

滬東中華以前從未進(jìn)行過770 t吊重負(fù)荷試驗(yàn)，因此，設(shè)計(jì)人員考慮了多種吊重負(fù)荷方案，如壓鐵、水袋甚至廢棄駁船，但都不甚理想。這時(shí)，設(shè)計(jì)人員選擇采用重吊船本身的一套裝置——平衡裝置中的水箱。

如前所述，采用2臺(tái)700 t重吊聯(lián)吊，吊重可達(dá)到1 400 t。為保證在重吊工作時(shí)船舶具有足夠的穩(wěn)性，設(shè)計(jì)制造了一個(gè)抗橫傾用的平衡裝置，其目的是提高船舶橫穩(wěn)性高度與浮力（詳見第2.1節(jié)）。其中，平衡裝置中水箱的結(jié)構(gòu)分為上下兩層，上層為4個(gè)非水密空艙，下層為4個(gè)水密水艙，可裝水290 t。為了使這個(gè)水箱既不失平衡裝置的功能，又能成為重吊的吊重負(fù)荷，對(duì)平衡水箱結(jié)構(gòu)進(jìn)行了如下改動(dòng)：

（1）由于原平衡水箱結(jié)構(gòu)強(qiáng)度僅僅考慮裝滿水后的工況條件，而現(xiàn)在還要考慮水箱成為700 t重吊試驗(yàn)的吊重負(fù)荷，故對(duì)水箱板架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了加強(qiáng)處理。

（2）原水箱上層是4個(gè)空艙，現(xiàn)設(shè)計(jì)成4個(gè)水密水艙，使原平衡水箱最大負(fù)荷從290 t提升到800 t。

此外，當(dāng)700 t重吊在左舷起吊重物時(shí)，原先考慮設(shè)計(jì)平衡裝置在右舷參與船舶的穩(wěn)性，以提高船舶穩(wěn)性高度與浮力，但現(xiàn)在平衡水箱是作為700 t重吊的吊重負(fù)荷，全船平衡狀態(tài)則出現(xiàn)了缺額。為了補(bǔ)充這一缺額，設(shè)計(jì)人員因地制宜，將本船24塊艙蓋（總重728 t）放到貨艙底，再增加150 t壓鐵［1］。經(jīng)計(jì)算證明船舶重心高度明顯下降，彌補(bǔ)了因平衡水箱成為吊重負(fù)荷后導(dǎo)致船舶平衡缺額。

1.2 具體步驟

為了控制試驗(yàn)時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)，在試驗(yàn)時(shí)按GL要求，需滿足以下3個(gè)條件：

（1）對(duì)船上的配載按質(zhì)量要求調(diào)整，核查NAPA計(jì)算，使GE曲線（船舶穩(wěn)性曲線）符合試驗(yàn)要求。

（2）最大吊重負(fù)荷試驗(yàn)達(dá)到110% SWL（安全負(fù)荷）［2］，故700 t重吊重負(fù)荷試驗(yàn)必須達(dá)到770 t。

（3）重吊的操作橫傾角最大±5°，縱傾角最大±2°［3］。

平衡水箱經(jīng)設(shè)計(jì)修改賦予吊重負(fù)荷性質(zhì)后，其質(zhì)量可通過加水予以調(diào)節(jié)（見表1）。

表1 注水調(diào)節(jié)水箱質(zhì)量表

具體操作為：水箱底部閥門打開，將水箱浸入水中，加水到大致負(fù)荷質(zhì)量位置，關(guān)閉閥門；然后用潛水泵加水，精確調(diào)整水位到試驗(yàn)要求負(fù)荷質(zhì)量高度。

表2為700 t重吊主要的試驗(yàn)節(jié)點(diǎn)。

表2 重吊試驗(yàn)節(jié)點(diǎn)

根據(jù)表2作如下試驗(yàn)：

（1）100 t吊重負(fù)荷試驗(yàn)

吊重負(fù)荷選用水袋，重吊作上升、下降、回轉(zhuǎn)、剎車等常規(guī)試驗(yàn)。

（2）385 t吊重負(fù)荷試驗(yàn)

① 水箱放入水中吸取一定量水后，關(guān)閉水箱海底閥，然后根據(jù)表1，用潛水泵加水到2.14 m，水箱重385 t。

② 將吊臂伸展到30 m與8 m處 ，分別進(jìn)行上升、下降與剎車試驗(yàn)。

（3）770 t吊重負(fù)荷試驗(yàn)

① 將平衡水箱放入水中，用潛水泵加水到5.44 m，查表1顯示770 t。

② 將吊臂伸展到30 m與8 m處 ，分別進(jìn)行上升、下降、剎車試驗(yàn)。

③ 將吊臂伸展到16 m，僅進(jìn)行回轉(zhuǎn)試驗(yàn)。

700 t重吊試驗(yàn)圖見圖2。

圖2 700t重吊試驗(yàn)示意圖

2 平衡裝置

上文我們提到過平衡裝置，其中平衡水箱作為吊重負(fù)荷參與700t重吊的試驗(yàn)。本節(jié)我們詳細(xì)介紹平衡裝置的構(gòu)成及其試驗(yàn)。

2.1 平衡裝置的構(gòu)成

在本船左側(cè)兩臺(tái)700 t重吊聯(lián)合起吊時(shí)，吊重負(fù)荷將達(dá)到1400 t。為保持船舶穩(wěn)性，特制造一套平衡裝置放于船的右舷。這套平衡裝置包括1個(gè)水箱、1根連接水箱與船體結(jié)構(gòu)的懸臂梁以及油缸、連接插銷等。通過這套裝置來提高船舶穩(wěn)性高度與浮力［4］。圖3是平衡裝置示意圖，圖4是連接平衡水箱與船體結(jié)構(gòu)的懸臂梁。

圖3 平衡裝置示意圖

圖4 懸臂梁

從平衡裝置的使用情況分析，當(dāng)2臺(tái)700 t重吊聯(lián)合起吊達(dá)1 400 t吊重負(fù)荷時(shí)，在不同工況條件下，平衡裝置受到各種不同力的巨大作用，為此GL船級(jí)社、重吊制造商和船東提出要對(duì)平衡裝置進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)，以消除隱患、排除風(fēng)險(xiǎn)，保證商業(yè)運(yùn)營時(shí)裝卸貨物的安全。

從圖3可看出，平衡水箱所受的力，具體為：當(dāng)平衡水箱全部浸沒水中所受最大浮力；當(dāng)平衡水箱漂浮水面所受最大海浪載荷力［5］；當(dāng)平衡水箱浮出水面在空中所受最大重力。

以上的最大浮力、最大海浪載荷力、最大重力作用在圖3中A、B、C 三點(diǎn)，平衡裝置在各種工況下的試驗(yàn)，即是檢驗(yàn)懸臂梁與水箱、船體結(jié)構(gòu)連接處A、B、C 三點(diǎn)強(qiáng)度能否滿足GL規(guī)定的強(qiáng)度要求。

2.2 平衡水箱浸沒水中試驗(yàn)

先用克令吊將平衡水箱吊到其工作位置，再將懸臂梁吊運(yùn)至平衡水箱上方，懸臂梁一端慢慢放下，插入平衡水箱中心圍井處。另一端吊運(yùn)到船上工作位置高度，然后用手動(dòng)泵將液壓插銷插入懸臂梁中，使懸臂梁與船體剛性連接（見圖5）。

圖5 懸臂梁與船體剛性連接

接下來給平衡水箱加水，檢查平衡水箱底部人孔蓋是否已全部關(guān)閉。打開平衡水箱海底門，將水箱底部4個(gè)水箱全部灌滿。這時(shí)懸臂梁插入水箱中的一端處于自由狀態(tài)。

操作船舶橫傾艙，使船舶左傾6°，當(dāng)船左傾6°時(shí)，用手動(dòng)油泵使插銷將平衡水箱與懸臂梁連接起來，從而使懸臂梁、平衡水箱、船體三者剛性連接起來（見圖6）。

圖6 懸臂梁與平衡水箱連接

懸臂梁已與船體、平衡水箱固定連接，操作橫傾艙使船右傾，直到平衡水箱完全浸沒到水中（見圖7）。

圖7 平衡水箱浸沒水中

這時(shí)平衡裝置在平衡水箱全浮狀態(tài)下受到最大浮力作用（見圖8）。從圖中看出，受力部位為A、B、C三點(diǎn)。其中：A點(diǎn)為懸臂梁與平衡水箱剛性連接時(shí)受到最大浮力的剪力，B、C點(diǎn)為懸臂梁與船體剛性聯(lián)接時(shí)受到最大浮力時(shí)的壓力與剪力。

圖8 平衡裝置浸沒水中時(shí)受力情況

2.3 平衡水箱所受波浪載荷試驗(yàn)

當(dāng)懸臂梁與船體及平衡水箱剛性連接時(shí)，操作克令吊在平衡水箱前部起吊，施加向上的力80 t。然后操作克令吊在平衡水箱后部吊起，也施加向上的力80 t。對(duì)平衡水箱前后重復(fù)相同拉力試驗(yàn)，實(shí)際上是在模擬海浪對(duì)平衡裝置上下波動(dòng)所引起的受力情況，即當(dāng)海浪劇烈波動(dòng)時(shí)，C點(diǎn)受到拉力與壓力作用，A和B點(diǎn)受到剪力作用（見圖9）。

2.4 平衡水箱脫離水面試驗(yàn)

使懸臂梁與船體剛性聯(lián)接，而平衡水箱能沿懸臂梁自由浮動(dòng)。操作橫傾艙，使船舶右傾6°。當(dāng)船舶右傾6°時(shí)，利用手動(dòng)油泵通過液壓插銷將平衡水箱與懸臂梁聯(lián)接起來。此時(shí)懸臂梁與船體和平衡水箱處于剛性連接（方法同圖6）。

圖9 模擬海浪平衡裝置受力情況

接著，操作橫傾艙 ，使船左傾6.3°，直到平衡水箱完全離開水面（見圖10）。此時(shí)懸臂梁在離水面凈空狀態(tài)下，在B、C點(diǎn)受水箱重力與剪力作用（水箱重225 t），在A點(diǎn)受水箱剪力作用（A、B、C三受力點(diǎn)參考圖3）。

圖10 平衡水箱脫離水面

2.5 對(duì)受力點(diǎn)強(qiáng)度檢驗(yàn)

重吊平衡裝置做“浸沒水中試驗(yàn)”、“波浪載荷試驗(yàn)”、“脫離水面試驗(yàn)”時(shí)，按照GL規(guī)范，試驗(yàn)過程中根據(jù)有限元分析計(jì)算將會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力強(qiáng)點(diǎn)，需貼應(yīng)力片，記錄產(chǎn)生應(yīng)力，不允許超過板材相應(yīng)需用應(yīng)力；試驗(yàn)后對(duì)這些相應(yīng)位置焊縫作磁粉探傷及超聲波檢驗(yàn)，不允許焊縫有撕裂、脫落現(xiàn)場；并對(duì)懸臂梁、船體結(jié)構(gòu)、平衡水箱連接處測量連接間隙，間隙需滿足設(shè)計(jì)所要求的公差要求。在圖11中，對(duì)圖示圈出部分，為計(jì)算分析將會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力強(qiáng)點(diǎn)位置：

懸臂梁：圖11（a）；船體結(jié)構(gòu)：圖11（b）和（d）；平衡水箱：圖11（c）。

圖11 強(qiáng)度檢驗(yàn)圖

3 結(jié) 論

圖12 運(yùn)營中的20 000 t重吊船

滬東中華從2008年開始建造的10艘20 000 t重吊船正在全球頻繁參與海上鉆井平臺(tái)、海上風(fēng)力發(fā)電、大型石油裝置等商業(yè)運(yùn)營（見圖12）。在重吊船建造過程中，對(duì)700 t重吊以及配置的平衡裝置進(jìn)行各種試驗(yàn)，以便發(fā)現(xiàn)問題、消除隱患，保證重吊船在起吊超大型重物時(shí)萬無一失，這也是完全必要的。試驗(yàn)中總結(jié)出的方法，可為我國今后建造更大型的重吊船提供經(jīng)驗(yàn)與幫助。

［1］王方友.400/700克令吊碼頭試驗(yàn)技術(shù)方案研究［C］.第十屆滬東中華造船（集團(tuán)）有限公司科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)論文集，2011：85-88.

［2］ICAS. GL Rules and Programs 9.0［S］. 2007.

［3］中國船舶工業(yè)總公司. 船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊舾裝分冊［M］. 北京：國防工業(yè)出版社，2000.

［4］ABH. Assembly Instruction Anti-heeling Pontoon ［R］. 2009.

［5］戴仰山. 船舶波浪載荷 ［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2007.

Introduction of mooring test for 700 t heavy crane

XU Jian-zhong ZHANG Dai-long
(Hudong-Zhonghua Shipbuilding(Group) Co., Ltd., Shanghai 200129, China)

The 700 t heavy crane is the crane with the maximum lifting mass among the cranes installed on board in China, which has been called Giant Crane. This paper introduces 2×700 t heavy cranes installed on a 20 000 DWT heavy lifting multi-purpose cargo vessel for German Export, and mainly analyzes the mooring test procedure and the stability pontoon of the vessel. It concludes a set of methods to provide bene fi cial experience and help for the further construction of the even larger crane vessels at home.

700 t heavy crane; mooring test; stability pontoon

U674.35

A

1001-9855（2014）06-0097-06

2014-04-03 ；

2014-04-25

許建中（1957-），男，工程師，研究方向：船舶工程設(shè)計(jì)管理。

張代龍（1985-），男，工程師，研究方向：舾裝設(shè)計(jì)。