王长江 朱彤彤 杨 雷 施亮亮

南通润邦重机有限公司

1 引言

起重吨位大、起升高度高的海工起重机能够满足深远海一体化海上风电施工作业需求,大幅提升我国海上风电施工作业能力。随着国内制造能力进一步提升,大型设备的模块化制作发运逐渐成为一种趋势。与散件发运相比,模块化发运拥有明显优势,既减少了总装的繁杂过程,同时免除了总装过程中可能出现的各种问题,节约成本。

海工起重机主要由基座、回转、臂架等主要构件组成,其中回转构件质量相对较大,目前最大吨位的起重机回转构件在2 000 t左右,而重载码头的承载一般为6 t/m2,对海工起重机的运输及支撑均提出了较大的技术挑战。

起重机转运需借助辅助设备,并且需要考虑内场、引桥、码头的实地情况、起重机自身尺寸及与基础设施干涉等因素。以某3 500 t海工起重机模块安装为例,介绍其多轴线模块转运方式,为后续同类项目的实施提供借鉴。

2 转运及吊装方案设计

2.1 工程概况

该项目海工起重机回转构件的质量为1 698 t,外形尺寸为32 160 mm×21 000 mm×22 552 mm,经过计算采用产品铰点作为吊装点(见图1)。码头引桥长宽分别为262 m×30 m,码头长宽分别为362 m×40 m,承载均为6 t/m2。通过勘察,引桥与码头接入区域存在围栏干涉。

1.单边428 t 2.单边421 t图1 海工起重机结构图

综合考虑设备整机重心高度、自重,总装场地到码头需要转弯90°(共两处)等因素,采用滚装、吊装的方案都无法实现,故采用多轴线模块转运的方案(见图2)。

1.动力头 2.4轴线 3.6轴线 4.托盘 5.A型支撑图2 多轴线模块

2.2 转运吊装准备

在实施海工起重机转运吊装之前,需编制科学的工艺方案。为了减少安全隐患,施工期间码头不安排其他船舶停靠作业,对转运路线区域进行清场。吊装作业时,提前准备所需要的吊索具及挂钩、必要的作业平台及安全防护措施。

本次转运任务桥宽度30 m、码头宽度40 m,从引桥转弯至码头时,多轴线模块操作人员需提前模拟转弯路线及步骤,确保产品安全到达码头。由于沿江域天气变化异常,需对天气情况做好监测,从而保证安全吊装。

转运前需拆除引桥到码头接入口处的围栏及对转运造成干涉的所有设备。避免交叉作业,码头上作业全部停止,且在明显位置布置安全警戒绳,与转运无关人员禁止进入。转运前将路基板与多轴线和转运工装做好标记,便于观察转运过程中是否有错位现象。密切关注天气变化,做好防风防雨准备工作。

为了不影响海船周期,整机需要提前转运至码头。多轴线模块提前进场拼装及试顶升作业。多轴线模块前后侧、左右侧单独拼装,后左及后右侧采用2个6轴线模块+2个4轴线模块+2个动力头,前左及前右侧采用4个4轴线模块+1个动力头,多轴线模块上均布铺设分载工装。多轴线模块以1 000 mm高度驶进转运工装下方,驶入工装时需调整前后侧平板车位置,保证平板车组中心距在合适位置。完成后,安装多轴线模块刚性连接支架,提高平板车同步率。

2.3 转运流程

在计算机上模拟转运路线,根据实际场地,列出注意事项,并逐项核实是否落实到位。

检查回转平台是否与地面全部脱离,安装过程中使用的连接电缆等全部拆除,设备上可移动的物料全部固定或者清理完成。随后缓缓顶升设备,顶升过程中观察设备与地面或者支撑工装位置是否有异响等异常情况,如发生异响等情况,暂时停止顶升,检查确定无异常情况后,继续缓慢顶升到多轴线模块可以运行的高度。

高度到位后,检查设备与支撑工装、地面连接位置,需清理设备的支撑工装等物料,避免转运过程中碰到设备或者影响多轴线模块行进。利用产品海绑吊耳,使用钢丝绳、手拉葫芦、卸扣等将产品与平板车拉紧固定。

行进开始前,观察人员需合理站位,能够观察到设备与行进路线中的固定物,尤其是转弯过程中,严密观察周边情况并实时与司机保持联系。在行进过程中观察多轴线模块和设备是否存在不同步现象,如发现不同步现象第一时间汇报给多轴线模块司机。按计划路线行进至规划位置后,下降顶升高度,在吊装前拆除并清理设备与多轴线模块的连接钢丝绳等绑扎物料。

2.4 安全事项

大型构件转运及吊装,在准备阶段务必对吊索具进行认真的安全检查,确保符合安全使用要求。转运及吊装前,对构件上的可移动物进行绑扎固定或者移除,疏散行经路线上的无关人员。正式转运前需进行试顶升,转运过程中需密切关注是否有移位现象发生。吊装前需进行试吊并静置,观察各受力部位是否有异常情况,确保吊装安全可靠。

3 基础计算与校核

3.1 地面承载能力校核

后侧多轴线地面承载计算,单位承载压力计算如下:

(1)

式中,P为地面单位压力,F为单轴线的自重和物重,S为单轴线分载面积,L为单轴线车体分载长度,W1为分载力超过车体的距离,W2为单轴线车体宽度。根据称重结果,考虑支撑工装和车体自重,F取值32.5 t,L取值1.6 m,W1取值0.54 m,W2取值3 m。计算结果为4.98 t/m2<6 t/m2,地面承载能力满足要求。

同理计算前侧多轴线地面承载压力,F取值为25.96 t,计算结果为3.98 t/m2<6 t/m2,地面承载能力满足要求。

3.2 吊装点强度校核

对3 500 t全回转海洋工程起重机回转平台吊装工况进行有限元计算。前吊点载荷为单边428 t(偏外角2°);后吊点载荷为单边421 t(偏外角2.5°)。对回转平台底部进行固定约束,上部铰点进行加载(见图3)。

图3 回转平台有限元分析

经有限元分析,吊装点处最大应力134 MPa,小于许用应力345 MPa,结构强度满足要求。

3.3 吊装使用销轴校核

A字架后拉杆铰轴受力计算。A字架后拉杆位置起吊重量为842 t,单只铰轴受力421 t,考虑1.2倍起吊载荷分项系数,单个铰轴的载荷取505.2 t。计算得出弯矩应力为120 MPa,剪切应力为17.9 MPa,铰轴选用30Cr2Ni2Mo材料,许用强度[σ]=440 MPa>121 MPa,满足使用要求。采用同样方式计算臂架铰轴,满足使用要求。

4 结语

经过设计、论证及实践验证,提出大吨位构件在运输及吊装过程中需要注意的事项,通过理论计算提供设备和基础建设的安全性依据,具有一定的工程应用及推广价值。