重型海洋工程起重機吊重試驗的技術支持及其應用

深水鋪管起重船“海洋石油201”由海洋石油工程股份有限公司全額投資
，是全球**艘同時具備3000米級深水S型鋪管能力、DP-3+DP-2級動力定位能力和4000噸級大型起重能力的船型深水海洋工程船舶
，船長204.65m
，型寬39.2m

，型深14m，安裝在船艉的重型海洋工程起重機備在全回轉模式下具備3500t的起重能力，在艉固定後背繩模式下具備4000t的起重能力。該主起重機在2012年4月中旬順利完成多項大型吊重試驗，並得到深水鋪管起重船工程項目組、接船組、CCS和ABS等單位的驗收。是主起重機吊重試驗的示意圖。  

為配合主起重機製造廠順利開展大型吊重試驗
，深水鋪管起重船工程項目組組織設計院、研究所、接船組和船廠等有關單位人員共同完成了與船舶相關的多項技術支持工作，包括大型吊重試驗的壓調載方案設計和程序準備、穩性和強度校核
、浮態分析、傾斜試驗（起重工況的初穩性高驗證）和實時應力監測等。  

吊重試驗手冊由主起重機製造廠編製，並得到船級社和工程項目組批準。按照該試驗手冊，主起重機功能和吊重試驗項目多達56項。根據相關計算分析，與船舶性能密切相關的主要有1686t60m吊重試驗、3000t41.25m回轉試驗、3850t3325m超負荷變幅試驗、4000t4325m變幅試驗和4400t43m超負荷艉固定後背繩吊重試驗。這些試驗工況對於新建船舶的完整穩性、船體總縱強度、壓載係統的可靠性乃至主起重機自身的結構強度都是極大的考驗。  

技ji術shu人ren員yuan和he作zuo業ye人ren員yuan經jing多duo次ci研yan究jiu和he討tao論lun
，編bian製zhi出chu一yi整zheng套tao應ying用yong於yu本ben船chuan吊diao重zhong試shi驗yan的de方fang案an和he措cuo施shi，經jing實shi踐jian證zheng明ming，這zhe些xie方fang案an和he措cuo施shi是shi有you效xiao可ke行xing的de，確que保bao了le各ge項xiang大da型xing吊diao重zhong試shi驗yan安an全quan、順利地完成。  

1壓(ya)調(tiao)載(zai)方(fang)案(an)設(she)計(ji)在(zai)設(she)計(ji)船(chuan)舶(bo)壓(ya)調(tiao)載(zai)方(fang)案(an)時(shi)
，首(shou)先(xian)應(ying)在(zai)滿(man)足(zu)船(chuan)體(ti)總(zong)縱(zong)強(qiang)度(du)的(de)前(qian)提(ti)下(xia)
，盡(jin)可(ke)能(neng)提(ti)高(gao)船(chuan)舶(bo)的(de)穩(wen)性(xing)。在(zai)起(qi)吊(diao)吊(diao)重(zhong)試(shi)驗(yan)用(yong)水(shui)箱(xiang)後(hou)使(shi)得(de)船(chuan)舶(bo)的(de)重(zhong)心(xin)篼(dou)度(du)大(da)幅(fu)增(zeng)加(jia)
，而(er)初(chu)穩(wen)性(xing)高(gao)相(xiang)應(ying)降(jiang)低(di)。為(wei)避(bi)免(mian)初(chu)穩(wen)性(xing)高(gao)下(xia)降(jiang)過(guo)多(duo)
，應(ying)盡(jin)可(ke)能(neng)使(shi)預(yu)壓(ya)載(zai)水(shui)量(liang)較(jiao)大(da)且(qie)重(zhong)心(xin)較(jiao)低(di)，同(tong)時(shi)又(you)要(yao)避(bi)免(mian)起(qi)吊(diao)後(hou)超(chao)出(chu)10.6m這個船舶*大起重吃水。這個原則適用於3850t3325m超負荷變幅試驗
、4000t43~25m變幅試驗和4400t43m超負荷艉固定後背繩吊重試驗

，由於這些吊重試驗沒有涉及主起重機旋轉
，船舶在試驗過程中不需調載配合。  

但在3000t41.25m回轉試驗中，除考慮提高船舶穩性外，在壓調載方案設計時要考慮預留出部分壓載艙空間用於壓載水調撥。此外還要考慮以下4項原則：**，壓(ya)載(zai)水(shui)隻(zhi)能(neng)在(zai)壓(ya)載(zai)艙(cang)內(nei)流(liu)動(dong)，既(ji)不(bu)能(neng)往(wang)舷(xian)外(wai)打(da)
，也(ye)不(bu)能(neng)將(jiang)海(hai)水(shui)打(da)入(ru)壓(ya)載(zai)艙(cang)內(nei)，也(ye)就(jiu)是(shi)說(shuo)

，任(ren)何(he)時(shi)刻(ke)，船(chuan)上(shang)壓(ya)載(zai)水(shui)總(zong)量(liang)應(ying)保(bao)持(chi)不(bu)變(bian)。第(di)二(er)

，應(ying)考(kao)慮(lv)壓(ya)載(zai)泵(beng)和(he)壓(ya)載(zai)艙(cang)的(de)實(shi)際(ji)情(qing)況(kuang)。比(bi)如(ru)有(you)些(xie)壓(ya)載(zai)艙(cang)內(nei)的(de)艙(cang)底(di)水(shui)無(wu)法(fa)在(zai)短(duan)時(shi)間(jian)內(nei)完(wan)全(quan)抽(chou)幹(gan)，在(zai)設(she)計(ji)上(shang)就(jiu)應(ying)給(gei)予(yu)這(zhe)些(xie)艙(cang)5%至10%餘量的考慮；通常注水艙由於壓載艙內部結構和船舶縱橫傾等原因也很難打滿
，在設計上建議按95%容量考慮，即認為這些艙是打不滿的。第三
，盡可能考慮對艙調撥，例如主起重機往左炫旋轉，左戒壓載艙就應依次向右舷對稱艙調撥；在對艙調撥後，如果還需要繼續調載，可以采用對角調撥，如從No.6P艙撥到No.17S艙（No.6S艙在預壓載時已經注滿）。第四、充分利用燃油艙和淡水艙進行合理配置
，可以有效降低船體梁*大彎矩和提高船舶穩性。  

參與回轉試驗的調載工作。另有2對淡水艙和3對燃油艙。  

經多次分析研究
，*終將3000t41.25m回轉試驗的調載順序確定為：在吊臂從0.轉到15.時，No.llP->No.llS，No.lOP―No.lOS；zaidiaobicongzaishiyanqijian
，yaoqiuyazaixitongcaozuorenyuanbaochichenzhelengjingdexintai，shulianzhangwoyazaixitongdecaozuohetiaoboyazaishuideliucheng，shikeyushiyanzhihuihezhuqizhongjicaozuorenyuanbaochilianghaodetonghuahexiezuo。genjujingyan，zaizhuqizhongjixuanzhuanchuqi，tiaoboyazaishuitongchangshigenbushangzhuqizhongjixuanzhuansudude，chuanbozongshixiangzhuqizhongjixuanzhuanfangxiangqingxie。weici，yidandangchuanboxiangxuanzhuanfangxiangqingxiejiejin1°時，應立即要求主起重機停止動作
，待船舶調平後才允許繼續旋轉。  

在主起重機旋轉到左艇90°後
，試驗基本上可以結束。此時，可以將試驗水箱慢慢放入海中，並配合反撥壓載水使船舶保持水平。  

圖；2液艙布置圖表13000t41.25m回轉試驗調載調載艙調載艙水量占比/%編號艙容/t預起吊工況注：（1）預起吊工況

，即主起重機鉤頭加載前的準備工況
；0°
、15°
、45°和90°為回轉試驗過程中吊臂角度
；調載艙水量占比
，即調載艙中實際水量與艙容的比例；調載艙水量占比10%視為該艙無法在短時間內完全抽幹。  

2穩性和強度校核按照裝載手冊列出的穩性衡準、船體許用彎矩和許用剪力的要求，本船1686t60m吊重試驗、回轉試驗、3850t33ir25m超負荷變幅試驗
、4000t43m~25m變幅試驗和4400t43m超負荷艉固定後背繩吊重試驗工況的穩性和強度校核均滿足CCS和ABS要求。  

3浮態分析大型吊重試驗的初穩性高通常較低，一些極端的工況甚至可能出現小於lm的(de)情(qing)況(kuang)。假(jia)定(ding)船(chuan)舶(bo)排(pai)水(shui)量(liang)不(bu)變(bian)，附(fu)加(jia)橫(heng)傾(qing)力(li)矩(ju)很(hen)可(ke)能(neng)引(yin)起(qi)較(jiao)大(da)的(de)橫(heng)傾(qing)。以(yi)下(xia)列(lie)出(chu)幾(ji)個(ge)實(shi)用(yong)分(fen)析(xi)公(gong)式(shi)
，有(you)助(zhu)於(yu)提(ti)前(qian)了(le)解(jie)環(huan)境(jing)條(tiao)件(jian)變(bian)化(hua)和(he)起(qi)重(zhong)機(ji)操(cao)作(zuo)對(dui)船(chuan)舶(bo)浮(fu)態(tai)的(de)影(ying)響(xiang)。  

3.1huanjingfengsudaxingdiaozhongshiyantongchanganpaizaitianqizhuangtailianghaodezhebimatoujinxing，huiduichuanbofutaizaochengmingxianyingxiangdehuanjingyinsuzhuyaoshizhenfeng
，erbolangheliukeyihulvebuji。jiashehuanjingfengsuzaochengchuanbo1°的初始橫傾，則對於所有吊重工況都可以通過公，等10分鍾後讀取N0.15P和N0.15S壓載艙測深
，計算實際調撥壓載水量和橫傾力矩；讀取油槽擺錘刻度
，計算橫傾角；將N0.15S壓載艙約350t海水打到：N0.15P壓載艙
，等10分鍾後讀取N0.15P和N0.15S壓載艙測深
，計算實際調撥壓載水量和橫傾力矩
；讀取油槽擺錘刻度
，計算橫傾角
；計算預起吊工況初穩性高推算起吊後初穩性高GM，並與設計值進行比較。  

試驗方案中有兩點需要提醒

，一是橫傾角的測量，不采用船上運動單元（MRU）或吃水傳感器等設備讀取橫傾角，建議采用油槽和擺錘；二是特別注意壓載艙自由液麵對初穩性高的影響。以No.l壓載艙為例，該艙位於船首底部，*大自由液麵慣性矩為33503m4，通常要求將該艙裝滿。假設由於疏忽，隻裝了98%，自由液麵修正將使得初穩性高下降約0.55m.也就說，如果設計初穩性高僅為lm，由於1壓載艙自由液麵的影響，實際初穩性高將下降到0.45m.如果此時進行試驗，將是非常危險的。所以在試驗開始前應認真檢查壓載艙狀態，尤其是那些自由液麵慣性矩較大的壓載艙。  

在計算得到預起吊工況初穩性篼GMo後，可根據靜水力學基本原理推算起吊工況初穩性高GM.因步驟較為繁瑣，篇幅所限
，這裏不再展開。  

從表2可以看出，從試驗得到的實際初穩性高略低於NAPA軟件計算值
，但總體偏差控製在5%以內
，基本上可以接受。  

表2傾斜試驗（初穩性高驗證）工況NAPA計算值/m傾斜試驗/m差異/m百分比/%預起吊注：“NAPA計算”欄中各工況的初穩性高是在傾斜試驗現場根據實際壓載狀況計算得到的。  

5實(shi)時(shi)應(ying)力(li)監(jian)測(ce)在(zai)大(da)型(xing)吊(diao)重(zhong)試(shi)驗(yan)期(qi)間(jian)，超(chao)大(da)負(fu)荷(he)會(hui)對(dui)主(zhu)起(qi)重(zhong)機(ji)和(he)船(chuan)體(ti)的(de)結(jie)構(gou)產(chan)生(sheng)相(xiang)當(dang)大(da)的(de)應(ying)力(li)。為(wei)了(le)解(jie)主(zhu)起(qi)重(zhong)機(ji)和(he)船(chuan)體(ti)結(jie)構(gou)的(de)受(shou)力(li)狀(zhuang)況(kuang)，選(xuan)取(qu)14個測量點，采用粘貼式應變片方式進行定點實時應力監測。  

S.1測量點布置根據對主起重機和船體結構受力分析，共選取了14處作為測量點。其中

，船體梁（No.14應力測1應力測量點No.122應力測量點No.13.13「點5.2應力監測結果在主起重機吊重試驗期間，14個監測點測得的*大應力列於表3.表3應力監測測點編號屈服強度/MPa*大應力/MPa百分比/%注：“*大應力”欄中正值為拉應力，負值為壓應力。個別測量點（Na9
、No.10）應變片出現問題導致數據不準
，因此不在表中列出。所有測量點均未考慮初始應力。  

6結語本文對深水鋪管起重船主起重機吊重試驗的技術支持應用情況進行了總結，並提出若幹實用性很強的壓調載方案設計、穩性強度校核、浮態分析、初穩性高驗證和實時應力監測等經驗和做法
，將為今後類似重型海洋工程起重機的吊重試驗提供重要的技術。