海洋鉆井平臺用防噴器起重機開發(fā)

郝建光

(太原重工股份有限公司技術(shù)中心，山西030000)

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海洋鉆井平臺用防噴器起重機開發(fā)

郝建光

(太原重工股份有限公司技術(shù)中心，山西030000)

對海洋鉆井平臺用防噴器起重機的結(jié)構(gòu)特點、性能參數(shù)作了詳細介紹。

防噴器起重機；結(jié)構(gòu)特點；性能參數(shù)

起重機械是太重的主導產(chǎn)品，但海洋鉆井平臺用防噴器起重機還是首次開發(fā)。與陸上起重機相比，由于使用條件和環(huán)境不同，在結(jié)構(gòu)形式、傳動方式、材料選擇、計算方法等方面存在較大差異。海洋鉆井平臺長期處在潮濕空氣、鹽霧、油霧、霉霧條件下，受海洋條件影響，存在橫傾和側(cè)傾情況，起重設備的工作平臺處于不斷的振蕩擺動狀態(tài)，設計時必須充分考慮。為滿足太重自升式海洋鉆井平臺TZ-400配套設備自主化要求，開發(fā)了防噴器移送系統(tǒng)。防噴器移送系統(tǒng)由1臺125t防噴器起重機、2臺125t防噴器轉(zhuǎn)運車和2×17.5t防噴器服務吊組成。防噴器服務吊主要用于維護防噴器， 防噴器轉(zhuǎn)運車將防噴器組從存儲位置運輸?shù)椒绹娖髌鹬貦C的起吊位置，防噴器起重機將防噴器組從轉(zhuǎn)運車運輸?shù)饺我庵付ǖ木谖恢谩?/p>

1　防噴器起重機的主要技術(shù)參數(shù)和功能

1.1防噴器起重機的主要技術(shù)參數(shù)

防噴器起重機的主要技術(shù)參數(shù)見表1。

1.2防噴器起重機的主要功能

防噴器起重機是一種液壓雙梁專用起重機，主要具有以下四種功能：

(1)縱向移動：起重機橋架可以沿著縱向軌道前后移動，驅(qū)動系統(tǒng)由起重機端梁兩端的液壓馬達、齒輪箱、制動器和齒輪組成。齒條和起重機軌道安裝在鉆井平臺結(jié)構(gòu)上，由馬達通過減速器帶動齒輪轉(zhuǎn)動，通過齒輪齒條機構(gòu)實現(xiàn)起重機行走。

表1　防噴器起重機的主要技術(shù)參數(shù)Table 1　Main technical parameters ofblowout prevention crane

圖1　防噴器起重機Figure 1　Blowout prevention crane

(2)橫向移動：小車帶伸縮梁總成可以沿著起重機主梁移動，驅(qū)動馬達安裝在小車內(nèi)側(cè)，傳動形式與起重機行走機構(gòu)相同。

(3)垂直移動：由2段伸縮梁組成。動力由液壓缸提供，液壓缸安裝在伸縮梁兩側(cè)，通過油缸帶動伸縮梁做升、降運動。

(4)周向運動：機構(gòu)由2個液壓缸和2個托盤組成，托盤由導軌導向。液壓缸可以順時針或逆時針同時或單獨旋轉(zhuǎn)。

防噴器位于托盤上，通過上述四種移動功能實現(xiàn)防噴器的四種移動要求。

2　防噴器起重機傳動方式及配套件的選擇

起重設備必須滿足標準工況和放置狀態(tài)下的受載要求。在標準作業(yè)工況下能正常工作、準確定位，并且在放置狀態(tài)下，能承受最惡劣狀況出現(xiàn)的特殊載荷。為了保證鉆井平臺在標準工況下產(chǎn)生橫傾、縱傾時，以及受風速、風壓影響的情況下能正常升降和定位，對設備采取了以下措施：

(1)較大范圍的移動采用齒輪齒條形式，如大、小車行走采用齒輪齒條傳動來驅(qū)動，滾輪小車(帶有水平輪和側(cè)滾輪)實現(xiàn)承壓和導向，電感式接近開關(guān)隨時讀取位置信號，適時調(diào)節(jié)，保證機構(gòu)運行同步、行走準確。滾輪全部采用不銹鋼材料，保證設備在潮濕空氣、鹽霧、油霧、霉霧以及海洋平臺振蕩、擺動、沖擊情況下的正常使用。

(2)小范圍移動選擇油缸來實現(xiàn)，如起升機構(gòu)和轉(zhuǎn)動機構(gòu)。

(3)所有運動設置導向，不管是大小車行走的側(cè)滾輪，還是起升機構(gòu)的伸縮套筒和旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的導軌均將偏差和間隙控制在標準要求的4mm以內(nèi)。所有獨立運動體，如小車、大車、起升均設錨定裝置，滿足非工作狀態(tài)最大擺動時的承載要求。

(4)起升采用三聯(lián)油缸實現(xiàn)分步提升，套筒伸縮與油缸同步。

(5)電液元件均有防爆要求，梁下配置輔助起吊用氣動葫蘆，保證系統(tǒng)在潮濕空氣、鹽霧、油霧、霉霧及有可燃氣體存在的條件下能正常使用。

3　防噴器起重機的載荷特點

防噴器起重機在海洋鉆井平臺上工作，海洋環(huán)境導致平臺振蕩而產(chǎn)生與陸地起重機完全不同的載荷，起重設備必須滿足規(guī)范中標準工況和放置狀態(tài)下的受載要求。設計計算時需按海上起重機受載要求來取值，具體工況詳述如下：

(1)起重機標準作業(yè)工況：必須考慮船舶處于橫傾5°、縱傾2°和風速不超過20m/s、相應風壓不超過250Pa時產(chǎn)生的載荷。

(2)特殊作業(yè)工況：當起重設備設計時所考慮的工況超過標準作業(yè)工況時，必須按設備實際工況提供的數(shù)據(jù)來考慮。包括：船舶橫傾與/或縱傾大于標準作業(yè)工況規(guī)定；在無遮蔽的海域作業(yè)；起重設備工作風速超過20m/s，相應風壓超過250Pa。

(3)起重機在放置狀態(tài)下，起重機、起重機的放置設施及該處的結(jié)構(gòu)要能承受以下兩種情況的組合力：

垂直于甲板的加速度為±1.0g；前后方向平行于甲板的加速度為±0.5g；靜橫傾30°；風速55m/s，作用于前后方向。

垂直于甲板的加速度為±1.0g；橫向平行于甲板的加速度為±0.5g；靜橫傾30°；風速55m/s，作用于橫向。

(4)載荷的計算必須考慮各種系數(shù)，起重設備作業(yè)頻次與載荷狀況所給的作業(yè)系數(shù)以及起重時因動載效應產(chǎn)生的動載系數(shù)是起升載荷必須要考慮的兩個最重要的系數(shù)。

4　防噴器起重機主要結(jié)構(gòu)件的特點

受工作環(huán)境、受載方式、傳動形式等諸多因素影響，產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)上有以下特點：

(1)設備主材采用海洋鉆井平臺專用鋼材CCSDH36，起重機為雙梁橋式結(jié)構(gòu)，小車的防噴器托盤位于小車中軸線一側(cè)，導致小車受側(cè)載荷，設反鉤來抗傾翻。主梁上下設導軌，導軌用鋼板經(jīng)加工而成，滿足行走滾輪的承載和導向。橋架主梁不設上拱，便于齒輪齒條的安裝間隙和嚙合精度的調(diào)整檢查。齒條和導軌均采用多段組合形式，每段之間留出間隙來彌補主梁受載變形產(chǎn)生的影響。

(2)為了減少運行阻力，行走和升降都采用滾輪受載。不受載荷只做導向時采用導向塊。伸縮梁中采用含復合稀土混合物的新型工程塑料做摩擦導向材料，這種材料除了在水潤滑狀態(tài)下摩擦系數(shù)非常小的優(yōu)點外，還允許在海水狀態(tài)下長期浸泡，能耐酸、堿、鹽水溶液的腐蝕，允許在不加潤滑油的條件下長期工作。

5　液壓、電氣控制及安全保護系統(tǒng)

設備動力取自液壓站，由泵站提供油源，通過比例閥控制起重機實現(xiàn)提放、旋轉(zhuǎn)、橫移及縱移。系統(tǒng)采用變量泵，配有固定控制臺和遙控器，可以實現(xiàn)就近操作和無線遠程控制。 設備提放、旋轉(zhuǎn)靠油缸，縱橫移動靠油馬達。油缸設有平衡閥，馬達配靜態(tài)制動器來保證系統(tǒng)的安全。

電氣控制系統(tǒng)以可編程控制器(PLC)為控制核心，通過信號采集、邏輯關(guān)系處理實現(xiàn)對吊車的控制。操作人員通過對主令控制器上手柄的操作，向PLC發(fā)出信號，通過邏輯處理，實現(xiàn)對電磁

閥的控制，實現(xiàn)吊車動作要求。通過無線接收模塊，可以將無線操作裝置與控制系統(tǒng)聯(lián)接起來，實現(xiàn)對設備的無線遙控。

由于吊車所在區(qū)域有防爆要求，為了保證設備在危險區(qū)的正常工作，處于該區(qū)域的電控系統(tǒng)和元件均要滿足防爆要求。設備具有無線遙控器自診斷功能，液壓系統(tǒng)配有壓力監(jiān)測，大、小車行走和升降系統(tǒng)設有限位保護，起升設超載保護，整車設應急切斷保護。

6　結(jié)論

國內(nèi)自升式海洋鉆井平臺配套的起重設備，如防噴器起重機，目前多為整機購買。通過產(chǎn)品開發(fā)，在掌握設計制造技術(shù)的同時，滿足公司鉆井平臺的配套需求，擁有了自主知識產(chǎn)權(quán)，也為其他類型海上起重機的開發(fā)積累了經(jīng)驗。

編輯李韋螢

Development of Blowout Prevention Crane for Offshore Drilling Platform

Hao Jianguang

Thestructurecharacteristicsandperformanceparametershavebeenintroduceddetailedlyfortheblowoutpreventioncraneusedforoffshoredrillingplatform.

blowoutpreventioncrane;structurecharacteristics;performanceparameters

2016—05—23

TH218

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