大型海工起重機部件轉運吊裝探討

王長江 朱彤彤 楊 雷 施亮亮

南通潤邦重機有限公司

1 引言

起重噸位大、起升高度高的海工起重機能夠滿足深遠海一體化海上風電施工作業需求,大幅提升我國海上風電施工作業能力。隨著國內制造能力進一步提升,大型設備的模塊化制作發運逐漸成為一種趨勢。與散件發運相比,模塊化發運擁有明顯優勢,既減少了總裝的繁雜過程,同時免除了總裝過程中可能出現的各種問題,節約成本。

海工起重機主要由基座、回轉、臂架等主要構件組成,其中回轉構件質量相對較大,目前最大噸位的起重機回轉構件在2 000 t左右,而重載碼頭的承載一般為6 t/m2,對海工起重機的運輸及支撐均提出了較大的技術挑戰。

起重機轉運需借助輔助設備,并且需要考慮內場、引橋、碼頭的實地情況、起重機自身尺寸及與基礎設施干涉等因素。以某3 500 t海工起重機模塊安裝為例,介紹其多軸線模塊轉運方式,為后續同類項目的實施提供借鑒。

2 轉運及吊裝方案設計

2.1 工程概況

該項目海工起重機回轉構件的質量為1 698 t,外形尺寸為32 160 mm×21 000 mm×22 552 mm,經過計算采用產品鉸點作為吊裝點(見圖1)。碼頭引橋長寬分別為262 m×30 m,碼頭長寬分別為362 m×40 m,承載均為6 t/m2。通過勘察,引橋與碼頭接入區域存在圍欄干涉。

1.單邊428 t 2.單邊421 t圖1 海工起重機結構圖

綜合考慮設備整機重心高度、自重,總裝場地到碼頭需要轉彎90°(共兩處)等因素,采用滾裝、吊裝的方案都無法實現,故采用多軸線模塊轉運的方案(見圖2)。

1.動力頭 2.4軸線 3.6軸線 4.托盤 5.A型支撐圖2 多軸線模塊

2.2 轉運吊裝準備

在實施海工起重機轉運吊裝之前,需編制科學的工藝方案。為了減少安全隱患,施工期間碼頭不安排其他船舶停靠作業,對轉運路線區域進行清場。吊裝作業時,提前準備所需要的吊索具及掛鉤、必要的作業平臺及安全防護措施。

本次轉運任務橋寬度30 m、碼頭寬度40 m,從引橋轉彎至碼頭時,多軸線模塊操作人員需提前模擬轉彎路線及步驟,確保產品安全到達碼頭。由于沿江域天氣變化異常,需對天氣情況做好監測,從而保證安全吊裝。

轉運前需拆除引橋到碼頭接入口處的圍欄及對轉運造成干涉的所有設備。避免交叉作業,碼頭上作業全部停止,且在明顯位置布置安全警戒繩,與轉運無關人員禁止進入。轉運前將路基板與多軸線和轉運工裝做好標記,便于觀察轉運過程中是否有錯位現象。密切關注天氣變化,做好防風防雨準備工作。

為了不影響海船周期,整機需要提前轉運至碼頭。多軸線模塊提前進場拼裝及試頂升作業。多軸線模塊前后側、左右側單獨拼裝,后左及后右側采用2個6軸線模塊+2個4軸線模塊+2個動力頭,前左及前右側采用4個4軸線模塊+1個動力頭,多軸線模塊上均布鋪設分載工裝。多軸線模塊以1 000 mm高度駛進轉運工裝下方,駛入工裝時需調整前后側平板車位置,保證平板車組中心距在合適位置。完成后,安裝多軸線模塊剛性連接支架,提高平板車同步率。

2.3 轉運流程

在計算機上模擬轉運路線,根據實際場地,列出注意事項,并逐項核實是否落實到位。

檢查回轉平臺是否與地面全部脫離,安裝過程中使用的連接電纜等全部拆除,設備上可移動的物料全部固定或者清理完成。隨后緩緩頂升設備,頂升過程中觀察設備與地面或者支撐工裝位置是否有異響等異常情況,如發生異響等情況,暫時停止頂升,檢查確定無異常情況后,繼續緩慢頂升到多軸線模塊可以運行的高度。

高度到位后,檢查設備與支撐工裝、地面連接位置,需清理設備的支撐工裝等物料,避免轉運過程中碰到設備或者影響多軸線模塊行進。利用產品海綁吊耳,使用鋼絲繩、手拉葫蘆、卸扣等將產品與平板車拉緊固定。

行進開始前,觀察人員需合理站位,能夠觀察到設備與行進路線中的固定物,尤其是轉彎過程中,嚴密觀察周邊情況并實時與司機保持聯系。在行進過程中觀察多軸線模塊和設備是否存在不同步現象,如發現不同步現象第一時間匯報給多軸線模塊司機。按計劃路線行進至規劃位置后,下降頂升高度,在吊裝前拆除并清理設備與多軸線模塊的連接鋼絲繩等綁扎物料。

2.4 安全事項

大型構件轉運及吊裝,在準備階段務必對吊索具進行認真的安全檢查,確保符合安全使用要求。轉運及吊裝前,對構件上的可移動物進行綁扎固定或者移除,疏散行經路線上的無關人員。正式轉運前需進行試頂升,轉運過程中需密切關注是否有移位現象發生。吊裝前需進行試吊并靜置,觀察各受力部位是否有異常情況,確保吊裝安全可靠。

3 基礎計算與校核

3.1 地面承載能力校核

后側多軸線地面承載計算,單位承載壓力計算如下:

(1)

式中,P為地面單位壓力,F為單軸線的自重和物重,S為單軸線分載面積,L為單軸線車體分載長度,W1為分載力超過車體的距離,W2為單軸線車體寬度。根據稱重結果,考慮支撐工裝和車體自重,F取值32.5 t,L取值1.6 m,W1取值0.54 m,W2取值3 m。計算結果為4.98 t/m2<6 t/m2,地面承載能力滿足要求。

同理計算前側多軸線地面承載壓力,F取值為25.96 t,計算結果為3.98 t/m2<6 t/m2,地面承載能力滿足要求。

3.2 吊裝點強度校核

對3 500 t全回轉海洋工程起重機回轉平臺吊裝工況進行有限元計算。前吊點載荷為單邊428 t(偏外角2°);后吊點載荷為單邊421 t(偏外角2.5°)。對回轉平臺底部進行固定約束,上部鉸點進行加載(見圖3)。

圖3 回轉平臺有限元分析

經有限元分析,吊裝點處最大應力134 MPa,小于許用應力345 MPa,結構強度滿足要求。

3.3 吊裝使用銷軸校核

A字架后拉桿鉸軸受力計算。A字架后拉桿位置起吊重量為842 t,單只鉸軸受力421 t,考慮1.2倍起吊載荷分項系數,單個鉸軸的載荷取505.2 t。計算得出彎矩應力為120 MPa,剪切應力為17.9 MPa,鉸軸選用30Cr2Ni2Mo材料,許用強度[σ]=440 MPa>121 MPa,滿足使用要求。采用同樣方式計算臂架鉸軸,滿足使用要求。

4 結語

經過設計、論證及實踐驗證,提出大噸位構件在運輸及吊裝過程中需要注意的事項,通過理論計算提供設備和基礎建設的安全性依據,具有一定的工程應用及推廣價值。