FPSO改裝船生活區電梯改裝設計及應用

郭學峰，朱光偉

(中遠船務工程集團有限公司 技術中心，遼寧 大連 116600)

FPSO改裝船生活區電梯改裝設計及應用

郭學峰，朱光偉

(中遠船務工程集團有限公司 技術中心，遼寧 大連 116600)

文章以某FPSO改裝船的船用電梯改裝設計為例，主要從船用電梯與陸用電梯的區別入手，將船用電梯與陸用電梯的差別、電梯電氣控制系統的改造設計、電梯機械系統的改造設計、電梯主要結構件強度校核、改裝后電梯的船上試驗驗證等幾方面進行闡述，在努力不對原電梯進行較大機械改動的前提下著手進行原電梯改裝設計，努力探索出如何將不滿足船用規范的電梯經過改裝設計達到入籍船級社規范要求，希望能為今后進行類似電梯改裝設計提供參考。

FPSO；改裝；電梯

某FPSO改裝船船東采購的生活區電梯不滿足入籍DNV船級社規范要求，生產廠家不能提供船級社產品證書，僅能提供電梯滿足歐洲陸用電梯標準EN81-1/2的證書，需要船廠按照國際船用電梯標準ISO8383[1]和入籍DNV船級社電梯規范進行核對并改裝設計，以便使該電梯滿足船舶入籍規范的要求。

1 船用電梯與陸用電梯主要差別

船用生活區電梯因其特殊的使用環境，國家標準CB/T 3567-2011《船用乘客電梯》、國際船用電梯標準ISO 8383及DNV船級社電梯規范都有具體的要求，其與陸用電梯差別主要表現在以下幾個方面。

1)船用電梯系統外界工作環境要求較高。陸用電梯正常工作溫度要求在5～40 ℃之間，而船用乘客電梯工作環境溫度要求在-10～50 ℃之間，故電梯系統設計時需要考慮到所用材質在低溫下容易變脆，繼電器等電器控制件易出現故障等因素，采取相應措施加以解決。同樣電梯系統在高溫下的設計也需要考慮。

以上主要是針對電梯的電氣零件和機械零件，需要采用較高等級適用于船用要求材料。

2)船用電梯電氣控制系統特殊性。船用電梯電氣控制系統要做到電梯層門打開不能運行、轎門打開不能運行、安全檢修或逃生門打開不能運行、超載時不能運行，以確保電梯運行的安全。船用電梯操作需要有電氣和機械互鎖功能。

電梯是頻繁啟動的大容量電器，不可避免會產生電磁干擾。電梯設計中要合理運用屏蔽設計、接地設計、濾波設計、隔離設計等電磁兼容性設計方案，最大限度地削弱甚至消除電磁干擾，避免船舶電氣系統之間正常使用時的相互影響。

該點主要是船用電梯安全性要求，需要在電梯改裝設計時加以分別進行考慮。

3)船用電梯安全運行要求的特殊性。船舶在風浪中航行產生的搖蕩有橫搖、縱搖、艏搖、垂蕩、橫蕩、縱蕩6種形式，其中橫搖、縱搖及垂蕩對船舶設備的正常運行影響相對較大。船用電梯在船舶航行過程中仍然要滿足正常使用要求。

該點要求電梯的主要受力構件需要滿足船舶海上因搖蕩產生的加速度的影響和電梯門應加裝船體搖蕩時防止自然打開和突發關閉的裝置，以避免門系統的誤動作。

4)電梯改裝后的試驗驗證。綜上所述船用電梯的特異性，需要改裝后的電梯在上船后進行效能試驗、過載試驗、限位試驗等，以確保電梯滿足船上的特殊使用環境及要求。

2 電梯電氣控制系統的改造

按照DNV船級社規范對電梯的操作控制程序進行改造。

1)延遲繼電器、電機防短路保護、主開關等的更換(要求具有高電流情況下頻繁切換能力)、電纜的更換(需要滿足IEC Publ.92要求)、電路電氣控制失效防護、電梯控制及優先順序改造等。

2)根據船級社規范的要求在電梯集控房和轎廂之間增加內部通信裝置，發生緊急情況時人員能夠進行有效聯系。

3)電梯阱內加設應急照明，該電源由另一路電源供電或由主配電箱提供。

4)船用電梯操作需要有電氣和機械互鎖功能，當人員打開檢修門進入電梯阱時，電梯的限位開關啟動，電梯自動停止。

5)電梯配件的轎廂與電梯配件的控制柜之間傳輸信號的隨行電纜，應采取措施加設保護來防止危險，以免因為隨行電纜的搖蕩引起與圍阱內電梯部件的相互纏繞，損壞設備。同時控制系統中的接插件應采取防松動措施，以免因震動引起系統故障。

6)為保證設備安全及提高系統自動化水平，可考慮加設船舶搖蕩檢測裝置，當海況指標超出船用電梯可接受的正常工作范圍時發出報警信號，停止電梯運行，避免電梯轎廂及對重隨船體作慣性振蕩，從而引起電梯零部件的損壞。

以上主要由專業電梯廠家完成，船廠提出具體要求。

3 電梯機械系統的改造

1)根據國際船用電梯標準ISO 8383中的規定：船舶橫搖±10°以內，搖擺周期10 s，縱搖±5°以內，搖擺周期7 s，垂蕩≤3.8 m，電梯可以正常運行，且要求在船舶最大橫搖角±30°以內，搖擺周期10 s，最大縱搖角±10°以內，搖擺周期7 s以下，在此工況下電梯不應損壞。

鑒于此類條件，船舶搖蕩時電梯導軌、轎廂受到的水平、垂直方向作用力大大增強，相應地應按照船級社規范要求提高該方向上鋼絲繩綁扎要求，避免產生結構變形甚至損壞造成停梯事故，同時該鋼絲繩綁扎要求也起到防電梯脫落作用，見圖1。

(a)更換前 (b)更換后圖1 電梯強受力螺栓、螺母更換圖

2)根據船級社規范對電梯要求：電梯通風系統需要改裝成與主船體的通風系統相對獨立的系統，電梯阱及電梯的通風不受主船體的通風系統的影響，為此增加了獨立電梯通風系統。

3)電梯阱內加裝污水井和便攜泵裝置，防備緊急情況下電梯阱內可能產生的水能夠收集并得到有效及時地排出。

4)拖曳滑車、限速器等檢修平臺：根據船級社電梯規范要求，電梯拖曳滑車、限速器下面需要設置人員應急檢修平臺，具體見圖2。

圖2 電梯阱內拖曳滑車、限速器位置圖

5)電梯內強受力構件：導軌、電梯阱的肘板、拖曳絞車底座等的焊接要滿足船級社認可焊接WPS要求。

6)電梯阱內強受力螺栓、螺母、墊片等需要更換，按照船級社規范滿足對材質、轉矩的要求。

7)根據船級社規范要求電梯層門防火等級為A-0，需要增加防火阻煙型的密封膠條使鋼制層門達到A-0防火等級要求；電梯層門及轎廂門加裝啟閉安裝裝置，保證只有在電梯到達層站時才能打開，采用機械和電器雙重控制，確保安全。

8)電梯阱內與電梯無關的管路全部移除，以免將來可能發生管路泄漏的情況會危及電梯的安全運營。

9)電梯內部人員應急逃生改裝：改裝電梯頂部的應急逃生小艙口蓋附近的平臺，滿足人員在緊急情況下能夠從電梯頂部逃生。

4 改裝后電梯安裝處主要結構件強度校核

改裝后的電梯需要根據船級社電梯規范要求對電梯導軌、拖曳絞車、鋼絲繩及底座船體結構進行校核，使電梯和該處船體結構均滿足使用要求。其中對電梯導軌、拖曳絞車、鋼絲繩的使用強度進行校核主要是考慮在海上搖蕩時電梯導軌、轎廂受到的水平、垂直方向作用力較陸地工況大大提升，需要進行特別考慮，該項工作委托電梯廠家完成，下面主要對電梯底座船體結構載荷進行校核。

根據電梯安裝位置，其受到載荷有：自重、船舶運動慣性力、電梯自身運動載荷等。

1)船舶運動加速度載荷。

式中：kv為船長系數，0.7；g0為重力加速度，9.81 m/s2；cb為船舶方形系數，0.82；a0為船舶加速度系數,0.25。

2)電梯自身運動對底座的支反力。電梯自身運動載荷從電梯廠家的資料中獲得,該處電梯運動產生的力及力矩主要有船體梁承擔。這里采用簡單的手工計算，結果如下，見圖3。

σ=118 N/mm2，

τ=30 N/mm2,

式中：σ為彎曲應力；τ為剪切應力。

5 電梯改裝后船上試驗

電梯改裝結束后需要在船上進行效能試驗：在空載、50%額定載荷、100%額定載荷下分別檢查電梯每層停靠功能，同時檢查電器開關、限位器及電器控制的動作情況及具體性能；在電梯的超載載荷(110%額定載荷)的工況下，啟動電梯進行墜落試驗并測量應急剎車的距離及主要結構件變形情況；電梯上下極限工作位置的試驗。

[1] ISO 8383-1985,船用電梯標準[S].

圖3 電梯底座受力分析圖

In this article,the following points are mainly mentioned,the difference between ship elevator and construction elevator,electrical control conversion,main mechanical conversion parts,strength check for mainly strong force members,elevator test on board etc. The best try is to be done for less conversion on mechanical parts of original elevator to meet Class Rule's requrirement.We hope that this will give some designers further help.

FPSO(floating production storage and offloading);conversion;elevator

郭學峰(1971-)，男，河北秦皇島人，高級工程師，大學本科，主要從事海洋工程結構與舾裝設計工作。

U667.2

10.13352/j.issn.1001-8328.2015.03.016

2014-11-20