半潛式起重拆解平臺非下潛狀態下吊機試驗的可行性研究

顏長青，馮光建，陳伶翔，洪昌盛

(招商局重工(江蘇)有限公司，江蘇 海門 226116)

隨著海洋工業的快速發展，半潛式平臺、張力腿平臺、浮動式海上生產設施等浮體結構物模塊的質量已越來越大，傳統的起重船舶已經無法滿足吊裝運輸的需求。半潛式起重拆解平臺(以下簡稱平臺)現廣泛應用在鉆井平臺、導管架、組塊及FPSO模塊的安裝吊載運輸過程中，可適用于不同場合和滿足不同噸位的質量要求[1]。平臺自重大，提供浮力的下浮體水平方向尺度相對平臺主體要小，導致其空船吃水相對一般船舶要深，本文針對平臺進行非下潛狀態下吊機試驗的可行性研究，為該船后期在碼頭進行吊機試驗提供依據。

1 平臺

組合起居艙兼平臺(SSCV)在右舷配備2臺2 200 t重型起重機，總吊裝能力可達4 400 t。可容納750人，全船使用DP-3船舶動力定位系統，將用于深海作業,包括海底結構、地基、系泊、浮動和重型起重平臺的建設。

1.1 模型

圖1為平臺的浮力模型，該平臺模型是根據型線圖、艙容圖以及總布置圖運用軟件進行浮力模型建模，并進行分艙工作，它包含浮筒、立柱和甲板等部分(不包含推進器)。

圖1 平臺浮力模型

1.2 計算內容

在船舶設計過程中，為保證船舶的安全，應使得船舶在任何可能出現的危險情況下都應該有足夠的穩性，來保證船舶不會發生傾覆。本文平臺最為特殊的是在右舷配備2臺大型吊機，大型貨物隨著吊臂的移動及升降會對船舶產生力矩，使得船舶產生橫傾和縱傾。

本平臺吊機試驗主要分為負載試驗和旋轉試驗2部分，通過GHS軟件對負載試驗工況和旋轉試驗工況進行計算，研究在2種工況下平臺的橫縱傾變化，并運用壓載艙進行調平，確定在非下潛狀態下方案的可行性。

1.3 吊載對穩性的影響

當船舶吊載重大貨物時，貨物會隨著吊臂在水平和豎直方向進行移動，當吊臂垂向移動至最高點時，船的質心也會被提高，使得初穩性高、復原力臂和穩距相應減小，降低了船舶抵抗外力的能力，另外貨物的水平運動會讓船舶發生橫傾，從而使得靜穩性曲線下移、大傾角穩性和動穩性也會降低，對于船舶的穩性非常不利[2]。

1.4 調節橫縱傾方法

吊裝重物時船舶會發生很大的橫傾，常用的橫傾調整方法是調節壓載水或者設置平衡浮箱。本平臺在吊載試驗過程中運用的是調節壓載水的方法，調節吊載過程中產生的橫縱傾[3]。

平臺的壓載艙分為3種：普通壓載艙、快速壓載艙以及立柱壓載艙。普通壓載艙通過壓載泵進行壓載水的加載和排載；在吊機工作時，快速壓載艙通過重力進水完成加載，另外快速壓載艙還連通著壓載泵，在排載時通過壓載泵排水；立柱壓載艙通過壓載泵和重力加載，通過壓縮空氣進行排載。

本平臺中快速壓載艙和立柱壓載艙通過重力進水的方式，能夠快速將平臺橫縱傾調平，提高船舶的穩性，降低了吊機在吊載過程中的風險。

2 試驗過程

平臺的吊機試驗主要是進行主鉤和輔鉤的負載試驗以及回轉試驗。由于吊機試驗是在非下潛狀態下進行，需要考慮試驗的可行性，運用軟件對吊機試驗過程中的橫縱傾進行計算，并通過調節壓載水將平臺調平，觀察平臺穩性變化。

2.1 主鉤試驗

主鉤試驗分為負載試驗和回轉試驗，負載試驗又分為最大負載和最大距離試驗。

2.1.1 主鉤超負荷測試(最大負載)

在吊機進行試驗前，平臺需裝備一定量的油和淡水，并通過調節壓載水使得平臺向左舷橫傾0.4°，防止平臺在增加配載后向右舷傾斜過大。在進行主鉤超負荷測試時，吊機位于平臺尾部位置，在吊載試驗開始時，吊機旋轉至與右舷垂直處，并將吊機吊臂仰角抬起至75°，此時工作半徑為20 m，主鉤最大吊載為2 420 t，運用GHS軟件進行船舶穩性計算，得出平臺的穩性高曲線(GM曲線)和復原力臂曲線(GZ曲線)，見圖2。

圖2 吊載為0時，平臺GM曲線和GZ曲線

在起吊配載后，平臺會隨著配載質量的增加逐漸發生右傾和尾傾，并使得傾斜趨勢逐漸增大，當配載達到1 210 t時，平臺右傾0.72°，尾傾0.41°，為防止傾斜趨勢繼續增大，向壓載艙進行打壓載水，將平臺調至向左舷傾斜0.17°。平臺調平后，繼續增加配載，直至配載增加到2 420 t，此時平臺右傾1.03°，尾傾0.43°，再次通過壓載水進行調平。在整個配載提升過程中，平臺最大橫傾角為右傾1.03°，通過圖2中GZ曲線可以看出，平臺在小傾角下有良好的回復能力，平臺在吊載試驗的過程中具有良好的穩性[4]。

平臺在吊機試驗過程中浮態的變化通過調整壓載水實現，由于試驗的吊機位于平臺尾部，所以通過調節首部壓載水能夠更有效調整船舶的橫縱傾。吊載過程中壓載水量變化見表1，在吊載的過程中對1號、11號和12號3個艙室進行壓載水調節，在配載完全升起后壓載水量增加了1 368.8 t，在整個過程中吃水增加至11.2 m。

表1 2 420 t吊載過程中壓載水量變化 t

平臺在吊載2 420 t后，平臺的質心位置發生改變，使得GM曲線和GZ曲線也發生改變，最大回復力臂有所減小，且在橫傾21.5°時達到最大值，此時GM值也有所減小，圖3為吊載2 420 t時的GM曲線和GZ曲線。

圖3 吊載為2 420 t時，平臺GM曲線和GZ曲線

在起升配載結束后，吊臂首先提升至81°，吊點位置發生改變，此時工作半徑為16.9 m，通過軟件進行計算，平臺左傾0.1°；當吊臂下降到73°時，吊點位置發生改變，此時工作半徑為22.1 m，平臺右傾0.2°；根據平臺GM曲線可以看出，平臺由于吊載發生的橫傾變化較小，在平臺良好穩性范圍內。

在進行360°全回轉試驗過程中，由于回轉角度過大，會導致平臺出現大傾角，所以在本平臺的回轉試驗中，吊臂按逆時針每回轉15°時，將平臺進行調平。在整個過程中由于每次回轉角設置為15°，然后進行調平。吊臂每次回轉后，平臺橫傾角變化約為0.2°，對平臺在試驗過程中的穩性影響較小。

2.1.2 主鉤超負荷測試(最大距離)

在主鉤超負荷(最大距離)試驗中，準備374 t配載，試驗的開始位置就是結束位置。旋轉角度為0，吊臂的角度為15°，工作半徑為62.3 m，通過調節壓載水將平臺進行調平。提升試重，平臺右傾0.6°，尾傾0.1°，調節壓載水將平臺調平，吃水約為11.2 m，降低試重，試驗結束。在最大距離試驗中，平臺的橫縱傾角度變化較小，在平臺的良好穩性范圍內。

2.2 輔鉤試驗

輔鉤超負荷試驗(最大負載)步驟如下：

1)準備660 t配載。

2)試驗的開始位置就是結束的位置。旋轉角度為0，吊臂的角度為75°，工作半徑為23.8 m。

3)起升配載，校正輔鉤的測重銷(船橫傾0,船縱傾0)。工作半徑為23.8 m。

4)吊臂提升到最小工作半徑，工作半徑為最小工作半徑。

5)吊臂下降到64°,工作半徑為36.5 m。

6)測試提升、下降和應急停，工作半徑為36.5 m。

7)結束試驗。

在起升配載過程中，為防止平臺發生大傾角變化，配載在起升至330 t時，進行壓載水調節，使得平臺調平后再次進行起升配載。在整個過程中，平臺最大右傾角為0.32°，通過壓載水進行調平，此時平臺吃水10.3 m。當吊臂提升到最小工作半徑時，平臺向左傾斜0.13°，首傾為0.04°。當吊臂下降到64°時，平臺右傾0.23°，首傾0.04°，在吊載過程中平臺橫傾角度較小，根據圖3可知，在平臺良好穩性范圍內。

輔鉤超負荷試驗(最大距離)步驟如下。

1)準備288 t配載。

2)試驗的開始位置就是結束的位置。旋轉角度為0，吊臂的角度為15°，工作半徑為72.7 m。

3)起升配載(船橫傾0、船縱傾0)，工作半徑為72.7 m。

4)降低試重，結束試驗。

在輔鉤最大距離試驗過程中，當起升配載后，平臺右傾0.53°，尾傾0.10°，調節壓載水將平臺調平，此時平臺吃水約為10.3 m，降低試重，結束試驗。

在輔鉤超負荷試驗(最大負載)和輔鉤超負荷試驗(最大距離)中，平臺橫傾角最大為右傾0.53°，在平臺良好的穩性范圍內。

3 結束語

本文根據吊機試驗步驟，通過運用軟件對吊機試驗過程中平臺的穩性進行分析。通過軟件計算得知，在試驗過程中橫傾角度變化在1°以內，有效的控制了平臺的橫傾，能夠避免平臺在碼頭進行吊機試驗過程中與碼頭發生碰撞事故；在試驗過程中，由于吊載的增加以及壓載水的變化，平臺吃水增加約1.2 m，最大吃水約為11.2 m，在此吃水條件下平臺可在非下潛狀態進行吊機試驗；在軟件計算過程中所得垂向質心高度(VCG)小于船舶質心高度，且通過GZ曲線可以看出，平臺在吊機試驗過程中具有良好的穩性。所以平臺在非下潛狀態下進行吊機試驗具有很高的安全性和可行性。