船用龍門吊架設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核實(shí)例分析

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(中海油能源發(fā)展股份有限公司采油服務(wù)分公司，天津 300451)

船用龍門吊架設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核實(shí)例分析

周斌，張榮，梁斌

(中海油能源發(fā)展股份有限公司采油服務(wù)分公司，天津 300451)

針對(duì)“海洋石油301”船系泊于碼頭作浮艙作業(yè)，船舶在日常運(yùn)營(yíng)過(guò)程中發(fā)生貨物壓縮機(jī)房風(fēng)機(jī)故障，需對(duì)風(fēng)機(jī)及其附件一起吊放到甲板上進(jìn)行拆解替換故障部件，由于船舶吊機(jī)距離風(fēng)機(jī)較遠(yuǎn)，需尋求龍門吊架方案進(jìn)行維修。對(duì)風(fēng)機(jī)原理進(jìn)行分析，根據(jù)風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)重量及船上操作空間因素，制定船用龍門吊架設(shè)計(jì)方案，并對(duì)該方案進(jìn)行強(qiáng)度校核，校核結(jié)果滿足要求。

龍門吊架；吊架設(shè)計(jì)；強(qiáng)度校核

“海洋石油301”船為中海油能源發(fā)展采油服務(wù)公司建造的國(guó)內(nèi)首艘中小型LNG運(yùn)輸船，船長(zhǎng)184.7 m，船寬28.1 m，滿載排水量約27 750 t，可裝載30 000 m3LNG，自持力15 d，定員19人。船舶采用雙燃料電力推進(jìn)系統(tǒng)，雙燃料主機(jī)主要燃料為L(zhǎng)NG的蒸發(fā)氣，節(jié)能減排效果明顯[1-3]。采用全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器，使得船舶的操縱性得到提升，具備自力靠離泊碼頭的能力。船舶主要用于中國(guó)沿海大型LNG接收站與小型LNG接收站之間的LNG二程轉(zhuǎn)運(yùn)及國(guó)際間的LNG近洋運(yùn)輸。

“海洋石油301”現(xiàn)在印尼巴厘島BONEA碼頭做浮艙使用，由于BONEA碼頭地處天然港灣，具有良好水文條件，且船舶系泊于碼頭,沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。該船用龍門吊架用于該船貨物壓縮機(jī)房風(fēng)機(jī)起吊維修，因船舶自身吊機(jī)距離該風(fēng)機(jī)較遠(yuǎn)，無(wú)法完成起吊工作，且風(fēng)機(jī)機(jī)殼較重，只能在陸上制作龍門吊架并送船進(jìn)行風(fēng)機(jī)維修工作。風(fēng)機(jī)型號(hào)CBZ-90BV，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1 460 r/min，電壓AC380 V。

1 風(fēng)機(jī)原理

根據(jù)船員日常巡檢發(fā)現(xiàn)貨物壓縮機(jī)房抽風(fēng)機(jī)噪聲大，檢查風(fēng)葉并沒(méi)有碰檫風(fēng)筒，但是用手轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)現(xiàn)有一個(gè)位置有響聲，咨詢?cè)O(shè)備廠家判斷是風(fēng)機(jī)軸承或風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)軸承出現(xiàn)問(wèn)題，經(jīng)查船上有風(fēng)機(jī)軸承備件。

該風(fēng)機(jī)由機(jī)殼、電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、葉輪及蓋板組成，根據(jù)與設(shè)備廠商溝通，拆檢風(fēng)機(jī)需電動(dòng)機(jī)連風(fēng)機(jī)附件安裝板等一起吊放到甲板上后才可進(jìn)行解體檢查并更換軸承。風(fēng)機(jī)原理見(jiàn)圖1，風(fēng)機(jī)實(shí)物見(jiàn)圖2。

圖1 風(fēng)機(jī)原理示意

圖2 風(fēng)機(jī)工作現(xiàn)場(chǎng)

2 吊架方案

風(fēng)機(jī)連電動(dòng)機(jī)及安裝附件重量約1.5 t，現(xiàn)場(chǎng)搭建吊架，根據(jù)船上空間及吊裝施工需要確定吊架高度5.5～6.0 m，寬2.5～3.0 m，長(zhǎng)5.5～6 m[4-6]，吊架中部需留風(fēng)機(jī)起吊并保留橫移下放的空間。

根據(jù)上述參數(shù)確定吊架方案，所有鋼材材質(zhì)采用Q235B，橫梁采用16#工字鋼，橫梁采用80 mm×80 mm×4 mm方管，采用150 mm×150 mm×7 mm×10 mm的H型鋼輔助支撐。桿件之間采用螺栓連接方式，現(xiàn)場(chǎng)裝配左側(cè)片1并組裝臨時(shí)連接桿，再裝備右側(cè)片2并組裝臨時(shí)連接桿，將

2側(cè)片用螺栓連接后操作人員將橫梁提升并用螺栓固定，最后將吊架移動(dòng)至操作工位。見(jiàn)圖3。

3 吊K架強(qiáng)度校核

采用SACS(structural analysis computer system)軟件進(jìn)行吊架強(qiáng)度分析，該有限元分析軟件是美國(guó)EDI公司開(kāi)發(fā)的主要應(yīng)用于海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)和陸地鋼結(jié)構(gòu)有限元分析的計(jì)算軟件，可用于分析復(fù)雜海洋環(huán)境下結(jié)構(gòu)的靜力和動(dòng)力性能[7-10]。

圖3 龍門吊架

根據(jù)吊架方案在SACS軟件中定義鋼材尺寸并建立吊架模型(見(jiàn)圖4)，并在軟件中進(jìn)行加載，分別在橫梁中央及2側(cè)吊耳位置分別加載1.5 t重量，并根據(jù)API RP 2A-WSD 2.4.2c“對(duì)于可能產(chǎn)生少見(jiàn)的動(dòng)力荷載的特殊吊裝過(guò)程，可以考慮適當(dāng)?shù)暮奢d系數(shù)”的要求，將動(dòng)力動(dòng)力放大系數(shù)選取為1.25，并按照以上3種工況對(duì)吊架強(qiáng)度進(jìn)行校核[11-12]。

經(jīng)計(jì)算，當(dāng)橫梁中央受力15 kN時(shí)，吊架橫梁受力最大，桿件UC值為0.53；當(dāng)橫梁2個(gè)吊耳位置受力15 kN時(shí)，吊架橫梁受力最大，桿件的UC至為0.73，3者工況均滿足強(qiáng)度要求。見(jiàn)圖5。

圖4 SACS中的吊架模型

圖5 橫梁強(qiáng)度

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Engineering Example of Marine Gantry Hanger Design and Strength Assessment

ZHOUBin,ZHANGRong,LIANGBin

(CNOOC Energy Technology & Services-Oil Production Services Company, Tianjin 300451, China)

HYSY301 working as FSU moored in the dock. During the operating, the fan in the cargo compressor room broke down, the fan and its accessories need to be lifted to the deck and disassemble the fault components. Because the ship lift is far from the fan, the scheme of gantry hanger for repair is needed. The working principle of fan was analyzed. According to the fan structure weight and ship operation space factors, the marine gantry hanger design scheme was developed. The strength of the gantry hanger was assessed. The numerical results meet the corresponding requirements.

gantry hanger; hanger design; strength assessment

U661.43

A

1671-7953(2017)05-0142-03

10.3963/j.issn.1671-7953.2017.05.037

2017-07-12

修回日期：2017-08-31

周斌(1988—)，男，碩士,工程師

研究方向：船舶運(yùn)營(yíng)管理