具備升沉補(bǔ)償功能的海洋起重機(jī)吊重位移量測(cè)量方法

卓寧寧

（中船黃埔文沖船舶有限公司，廣州 510715）

1 前言

隨著國(guó)家深海戰(zhàn)略的實(shí)施推進(jìn)，水下作業(yè)海洋工程船舶的建造取得了快速的發(fā)展。水下作業(yè)海洋工程船舶一般需具備DP3能力，能在復(fù)雜海況環(huán)境條件進(jìn)行多種深水水下施工作業(yè)，如：采油樹、PLEM、PLET、跨接管、CDU等。船舶起重機(jī)在進(jìn)行以上施工作業(yè)時(shí)，吊重會(huì)因船舶受到波浪的作用而產(chǎn)生升沉及縱橫搖等復(fù)雜的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而無法保持位置固定，這對(duì)于水下作業(yè)會(huì)帶來較大的安全風(fēng)險(xiǎn)，增加施工難度，因此具備波浪補(bǔ)償功能的重型船舶起重機(jī)越來越多地在海洋工程船舶上得到實(shí)際應(yīng)用。吊重位移偏移量作為具備波浪補(bǔ)償海洋起重機(jī)的重要指標(biāo)，必須得到實(shí)際的檢測(cè)及測(cè)量。

2 波浪補(bǔ)償功能簡(jiǎn)介

波浪補(bǔ)償功能主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、相對(duì)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)模塊和控制系統(tǒng)組成?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)參數(shù)檢測(cè)信號(hào)，包括船舶搖擺周期、振幅等信息，通過控制系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)計(jì)算出的結(jié)果給出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)波浪補(bǔ)償。

波浪補(bǔ)償原理及受力載荷平衡圖，如圖1、圖2所示。

圖1 波浪補(bǔ)償原理圖

船舶在海洋中會(huì)隨著波浪產(chǎn)生相應(yīng)的振幅及加速度，吊重上下浮動(dòng)，補(bǔ)償油缸的受力隨之減少或者增大，根據(jù)起重機(jī)MRU的檢測(cè)數(shù)據(jù)，自動(dòng)調(diào)整氮?dú)饧耙簤河妥⑷胙a(bǔ)償油缸的容量，增大或者減少補(bǔ)償油缸的伸縮行程，以達(dá)到減少吊重位移的目的。

圖2 受力載荷平衡圖

3 吊重位移量的測(cè)量方法

3.1 補(bǔ)償系統(tǒng)試驗(yàn)

3.1.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備工作

進(jìn)行此項(xiàng)試驗(yàn)前需具備以下條件：

（1）波浪補(bǔ)償試驗(yàn)時(shí)，船舶無其他能引起船舶搖擺的工作；

（2）選取試驗(yàn)吊重；

（3）ROV的支持；

（4）單獨(dú)的水深測(cè)量設(shè)備，如HIPAP等；

（5）海況檢測(cè)裝置；

（6）適當(dāng)?shù)乃睿?/p>

（7）船舶相關(guān)的抗橫傾系統(tǒng)試驗(yàn)完畢。

補(bǔ)償系統(tǒng)試驗(yàn)的目的是檢測(cè)起重機(jī)吊重的實(shí)際位移量，此數(shù)值理論上越小越好。“海洋石油286”船配置HUISMAN產(chǎn)品OMC9000-400桅桿式起重機(jī)，技術(shù)指標(biāo)中吊重位移量不大于15 cm。

為了保證吊重放入水中不會(huì)產(chǎn)生傾倒現(xiàn)象，吊重的設(shè)計(jì)及制作應(yīng)盡量設(shè)置成一個(gè)整體的構(gòu)件，同時(shí)整體的結(jié)構(gòu)形式也利于吊重沉入海底時(shí)克服淤泥的吸附力，如圖3所示。

測(cè)量繩在水中會(huì)因波浪及洋流處于浮動(dòng)狀態(tài)，測(cè)量繩的浮動(dòng)會(huì)造成偏移量測(cè)量的誤差較大。為此設(shè)計(jì)了以下的測(cè)試方案（見圖4）：圖中帶有刻度的測(cè)量繩長(zhǎng)度一般長(zhǎng)約15～20 m（采用紅、白油漆以5 cm為間距進(jìn)行涂色，方便ROV水下攝像頭的觀察），一端連接浮球（浮球完全浸沒水中），另一端連接10～15 kg重物（此端落入海床底部），測(cè)量繩穿過眼環(huán)（眼環(huán)固定在吊重上）隨吊重一起放入海底。此方案可以保證吊重在上下位移的過程中始終保證眼環(huán)處測(cè)量點(diǎn)與海床之間的尼龍繩為直段，提高數(shù)據(jù)測(cè)量的準(zhǔn)確性。

圖3 吊重工裝

圖4 吊重位移測(cè)量方案布置圖

3.1.2 試驗(yàn)步驟

下面以海洋石油286船為例，介紹試驗(yàn)的詳細(xì)步驟：

（1）首先根據(jù)起重機(jī)廠家提供的負(fù)重曲線，選取適當(dāng)?shù)踔亍?/p>

（2）參照起重機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)、工作環(huán)境，選取適當(dāng)?shù)暮r，如表1所列。

（3）確定以上參數(shù)之后，將船舶航行至相應(yīng)海域，測(cè)量實(shí)際海況、風(fēng)速等信息，同時(shí)按照方案布置，圖4準(zhǔn)備好所有的試驗(yàn)工具，符合要求后，先進(jìn)行波浪補(bǔ)償?shù)墓δ苄栽囼?yàn)（空載），步驟如下：

表1 起重機(jī)補(bǔ)償功能海試選取參數(shù)

①根據(jù)起重機(jī)自身的MRU單元，記錄實(shí)際的海況信息，包括波高、波浪周期；

②檢查起重機(jī)各設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況是否正常；

③將鉤頭落入水中約50 m處，記錄起重機(jī)駕駛室屏幕顯示的鉤頭位置；

④開啟波浪補(bǔ)償模式，起重機(jī)進(jìn)入波浪補(bǔ)償工作狀態(tài)；保持此狀態(tài)運(yùn)行20分鐘，檢查系統(tǒng)的溫度、壓力、液位等；

⑤利用ROV監(jiān)測(cè)鉤頭的位置偏移量是否正常；

⑥提升鉤頭至主甲板，關(guān)閉AHC模式。

(4)功能試驗(yàn)合格之后，進(jìn)行負(fù)載試驗(yàn)，步驟如下：

①將固定在主甲板的重物掛至鉤頭上，注意各索具卸扣的連接要符合吊裝工藝；

②提升重物，記錄空氣中吊重的數(shù)值；

③回轉(zhuǎn)吊臂，下放吊重至剛接觸水面的位置，重新設(shè)置起重機(jī)鋼絲繩里程表；

④下放鉤頭至水下約5 m處，記錄重物在水中的重量；

⑤繼續(xù)下放鉤頭，直至吊重距海床表面約10 m處；

⑥根據(jù)駕駛室顯示屏上讀數(shù)記錄水深、吊重?cái)?shù)值；

⑦開啟起重機(jī)波浪補(bǔ)償模式,保持15分鐘；

⑧根據(jù)駕駛室顯示屏上的讀數(shù)，記錄下吊重的位置偏移量，同時(shí)ROV一直配合此項(xiàng)工作，在ROV控制室直觀監(jiān)測(cè)到吊重的位置偏移量，與起重機(jī)駕駛室讀數(shù)形成比較；

⑨繼續(xù)下放鉤頭，直至吊重落至海床上；保持運(yùn)行5分鐘，重復(fù)步驟⑧，記錄數(shù)據(jù)；

⑩提升鉤頭至海床上約10 m處，保持運(yùn)行5分鐘，重復(fù)步驟(⑧，記錄數(shù)據(jù)；

⑾關(guān)閉波浪補(bǔ)償模式，提升吊重，放至主甲板；

⑿吊重與鉤頭之間脫離，起重機(jī)吊臂放至吊臂托架上，試驗(yàn)結(jié)束。

本船的試驗(yàn)水深80 m,吊重選取100 t，波高約1.8m。在此環(huán)境下進(jìn)行了補(bǔ)償功能的測(cè)試。經(jīng)過實(shí)測(cè)，吊重的實(shí)際位置偏移量不大于15 cm，達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，相關(guān)海試圖片見圖5。

圖5 起重機(jī)波浪補(bǔ)償測(cè)試圖片

4 結(jié)束語

本文對(duì)吊重位移量試驗(yàn)的前期準(zhǔn)備、吊重工裝形式的設(shè)計(jì)、位移量的測(cè)量方案、測(cè)量步驟等進(jìn)行了闡述，文中圖4的測(cè)量方案具有通用性，具備補(bǔ)償功能的起重機(jī)測(cè)試都可按照此方案進(jìn)行補(bǔ)償功能試驗(yàn)，但需特別注意，不同的起重機(jī)、吊重及海況的選取需嚴(yán)格按照各起重機(jī)的技術(shù)指標(biāo)選取，否則將影響吊重位移量的測(cè)量精度。

[1]中國(guó)船級(jí)社.船舶與海上設(shè)施起重規(guī)范[M].北京:人民交通出版社,2007.