拖纜機(jī)深水拋錨作業(yè)任務(wù)的能力分析

李振偉

摘 要：為了提高在拋起錨作業(yè)中對(duì)拖纜機(jī)能力的認(rèn)識(shí)和對(duì)拖纜機(jī)的運(yùn)用，本文采用客觀數(shù)據(jù)分析和計(jì)算的方法，對(duì)拋起錨作業(yè)時(shí)錨機(jī)和鋼纜進(jìn)行受力分析，計(jì)算出拖纜機(jī)不同狀況的受力情況，對(duì)拖纜機(jī)最大任務(wù)能力進(jìn)行分析。為最大限度的利用拖纜機(jī)的能力和保障拋起錨作業(yè)安全提供有力支持。

關(guān)鍵詞：拖纜機(jī)；拖力；容繩量；拖纜機(jī)能力

中圖分類號(hào)：U674.38 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006—7973（2017）05-0018-03

隨著我國海洋石油開采技術(shù)的進(jìn)步，海洋石油的開采逐漸由淺水進(jìn)入深海。從引進(jìn)“南海2號(hào)”到 “海洋石油981”建造完成并投入運(yùn)營，我國海洋石油工業(yè)正逐步向深海進(jìn)軍。半潛式鉆井平臺(tái)在深海作業(yè)中通常采用錨、錨鏈以及鋼纜來定位的（“海洋石油981”采用DP或錨兩用方式定位），以保證平臺(tái)在固定位置完成鉆井和勘探工作，因此錨對(duì)鉆井平臺(tái)有著舉足輕重的作用。所以完成半潛式鉆井平臺(tái)的拋起錨作業(yè)就成了保證平臺(tái)作業(yè)的首要任務(wù)。

1 制定拋起錨作業(yè)計(jì)算和分析

目前在南海進(jìn)行深水作業(yè)的半潛式鉆井平臺(tái)的作業(yè)水深多在100米—1500米之間，下面就以“德×”輪為“南?！撂?hào)”進(jìn)行深水拋起錨為例，來分析拖纜機(jī)在深水拋起錨作業(yè)中的能力。

“德×”輪：船長 73.6米 船寬 16.4米 最大吃水 7.0米 主機(jī)功率 5530KW×2

系柱拖力 171T（主機(jī)負(fù)荷100%）

系柱拖力 187T（主機(jī)負(fù)荷100%+方位側(cè)推800KW）

拋起錨工作滾筒 L 2500mm D 900mm/2650mm

拖纜機(jī) 額定負(fù)荷300T/制動(dòng)力400T 報(bào)警設(shè)定值280T 額定油壓 48bar

半潛式平臺(tái)“南?！撂?hào)”相關(guān)資料：

船舶尺度：長×寬×高 99×87×44m

空船重量：18277T

滿載排水量：35560T

作業(yè)水深：90—1524M

1.1 以“南?！撂?hào)”1000米水深拋起錨作業(yè)方式展開

錨重 18 T 提錨圈 2噸

錨鏈（84mm）長度725米 水中重量0.134噸/米

錨纜（96mm）長度2000-2200米 水中重量0.038噸/米

所需鋼纜長度的計(jì)算：水深較淺時(shí)，系數(shù)取1.5；水深較深時(shí)，系數(shù)取1.3；此次計(jì)劃拋錨水深1000米，系數(shù)取1.3，即 1000米×1.3=1300米，拖纜機(jī)滾筒生根200米，共計(jì)1500米。

1.2 容繩量計(jì)算

公式： （A/d）×（C/d）×π（A+B）=容繩量 A為容繩氣息，d為鋼纜直徑，B為滾筒直徑， c為滾筒長度

現(xiàn)在取容繩量1500m B=0.9m c=2.65m d=76mm

由公式得∶A2+AB=（容量×d2）/cπ

即：A2+0.9A=（1500×0.0762）/（2.650×3.14）

解得 A=0.665m

因此滾筒纏繞1500m鋼纜后，滾筒直徑D=0.9+2×0.665=2.23m

1.3 拖纜機(jī)數(shù)據(jù)

1.4 “南?！撂?hào)”拋錨長度與張力分析

拖輪端鋼纜受到的最小張力為：錨重+垂直狀態(tài)725米鏈重+垂直狀態(tài)300m錨纜重量+轉(zhuǎn)環(huán)、提錨圈重量=18+97+11+2=128 T拋錨時(shí)，按照拖輪需進(jìn)車負(fù)荷30-40%左右控制船位，水平拖力約45噸。如圖1所示，通過矢量合成，可以得出此時(shí)拖纜所受張力為136 T，船舶拖輪所提供的拖力為45噸。

根據(jù)拖纜機(jī)容繩量計(jì)算公式與拖纜機(jī)數(shù)據(jù)，制作出“德×”輪工作滾筒容繩量及對(duì)應(yīng)拖纜機(jī)張力圖表1。

1.5 拖纜機(jī)能力和負(fù)荷計(jì)算（如圖2所示）

拉錨至錨點(diǎn)時(shí)，Di為鋼纜10層2.16/2=1.08米，拖纜受力136T。此時(shí)打開剎車，預(yù)計(jì)拖纜機(jī)顯示張力T=136×1.08/0.485=303噸>拖纜機(jī)最大安全絞力負(fù)荷300噸﹙而拖纜機(jī)設(shè)置安全絞力報(bào)警負(fù)荷280T﹚；考慮到外力因素，再加上10T的動(dòng)態(tài)負(fù)荷，鋼纜實(shí)際受力可能達(dá)146 T。使用單滾筒作業(yè)時(shí)，纏繞1500m鋼纜，滾筒直徑2.2米，在鋼纜受力136T時(shí)，拖纜機(jī)所受的張力： P拖= Pi×Di÷B=146×2.2/2÷0.97/2=331 T

大于300噸的拖纜機(jī)最大負(fù)荷，說明使用單滾筒無法完成作業(yè)。

1.6 拖纜機(jī)動(dòng)態(tài)制動(dòng)能力計(jì)算

查閱資料：拖纜機(jī)最大動(dòng)態(tài)制動(dòng)力 390噸（滾筒直徑0.97米），目前滾筒工作直徑2.20米，拖纜機(jī)能提供的動(dòng)態(tài)制動(dòng)力=390×0.97/2.20=172噸。通過上述計(jì)算可以看出拖纜機(jī)的能力不足以完成1000米水深的拋錨任務(wù)。

2 雙拖纜機(jī)滾筒作業(yè)能力分析

依據(jù)1000米水深作業(yè)需出纜1300米，滾筒生根220米。起拋錨作業(yè)鋼纜采用雙滾筒配置方式：首先使用上滾筒作業(yè)，需要鋼纜總長1300/2=650米，下滾筒需要鋼纜總長1300/2（即650）米+生根220=870米。

作業(yè)步驟：拋錨時(shí)首先使用上滾筒650米鋼纜連接，鯊魚牙卡住索節(jié)頭，再連接下滾筒850米鋼纜即可。

滿足上述條件，可以在現(xiàn)有拖纜機(jī)條件不變的情況下進(jìn)行1000m的深水拋起錨作業(yè)，對(duì)最大限度的利用船舶性能提供了一種可行性方案。

4 總結(jié)

在拖纜機(jī)功率一定，水深一定（即工作拖纜長度一定）的情況下，為獲得足夠的拖力，需控制拖纜機(jī)纏繞鋼絲直徑；同時(shí)保證足夠的容繩量，因此需相應(yīng)增加滾筒寬度。

當(dāng)前主流拋起錨拖纜機(jī)滾筒寬度超過6米，容繩量超過6000米?！澳场陛喤鋫涞腞OLLS-ROYCE SL400拖纜機(jī)滾筒長度4150mm+索結(jié)艙900mm×2，其寬度5950mm，容繩量達(dá)6850米。提供的拖力力矩最大600噸×米，內(nèi)徑1500mm外徑3750mm，能夠提供強(qiáng)大的拋起錨拖力。

隨著技術(shù)的進(jìn)步和深水拋起錨作業(yè)的需要，拖纜機(jī)的性能和拖力不斷提高。在深水拋起錨作業(yè)的拖船需要配備超大容量、雙室、雙驅(qū)動(dòng)拖纜機(jī)，以提供大水深和大拖力的拋起錨作業(yè)需求，在為拖船進(jìn)行配置拖纜機(jī)時(shí)可以根據(jù)具體的實(shí)際需要，來確定拖纜機(jī)的拖力、滾筒的大小和驅(qū)動(dòng)動(dòng)力。以上論述僅為拖輪進(jìn)行拖纜機(jī)配置時(shí)的一個(gè)參考，提供一種計(jì)算方法和思路，更好的利用和發(fā)揮拖纜機(jī)的性能，希望我們不斷在工作中加以實(shí)踐與總結(jié)。

參考文獻(xiàn)：

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