DP Heavy Lift試驗(yàn)探討

葉中來

（上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司，上海 200125）

DP Heavy Lift是近幾年出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，是DP功能的一個(gè)拓展，也是DP起重船實(shí)現(xiàn)智能控制的現(xiàn)實(shí)需要。通常，為了證明船舶具備DP Heavy Lift功能，在實(shí)際驗(yàn)收過程中建造方會(huì)根據(jù)船舶吊重能力及船舶DP能力進(jìn)行海上DP Heavy Lift實(shí)效試驗(yàn)。與起重機(jī)碼頭吊重試驗(yàn)不同，前者是船舶固定在碼頭進(jìn)行吊重，而后者船舶在海上且處于動(dòng)力定位模式下進(jìn)行吊重。可見，后者的風(fēng)險(xiǎn)更大，試驗(yàn)時(shí)不僅需要考慮外界海況（風(fēng)、浪、流）對(duì)船舶定位的影響，而且要考慮重物對(duì)船體施加的力矩影響。因此，本文將以國(guó)內(nèi)某DP起重船在海上組織的DP Heavy Lift試驗(yàn)為例，介紹一種目前相對(duì)安全的試驗(yàn)方法。

1 試驗(yàn)前準(zhǔn)備及檢查項(xiàng)目

1.1 試驗(yàn)前的準(zhǔn)備

1.1.1 試驗(yàn)前需要準(zhǔn)備的設(shè)施設(shè)備

試驗(yàn)以一艘4 500 t起重船為例。該船配備動(dòng)力定位系統(tǒng)（DP3），具備DP Heavy Lift作業(yè)能力，錨泊定位系統(tǒng)。各專業(yè)涉及動(dòng)力定位設(shè)備配置根據(jù)CCS船級(jí)社DP3規(guī)范要求進(jìn)行。尾部安裝了一臺(tái)主起重機(jī)，在艉吊模式下起重達(dá)4 500 t，在全回轉(zhuǎn)模式下起重達(dá)3 500 t。船舶船長(zhǎng)×型寬×型深為198.8 m×46.6 m×14.2 m，最大起重吃水11.0 m。

為驗(yàn)證DP Heavy Lift功能的有效性，試驗(yàn)前準(zhǔn)備2個(gè)1 000 t水箱作為吊重物，同時(shí)需要一艘甲板運(yùn)輸船作為2個(gè)1 000 t水箱的起吊和落位的載體。

1.1.2 試驗(yàn)前需完善的功能和系統(tǒng)

第一，碼頭吊重試驗(yàn)。船舶在試航前完成起重機(jī)的空載和靜態(tài)吊重試驗(yàn)，測(cè)試起重機(jī)的吊重能力和船舶的壓載、調(diào)載功能。按照DP Heavy Lift調(diào)試程序完成試驗(yàn)前的模擬測(cè)試，包括所有起重機(jī)系統(tǒng)和DP系統(tǒng)之間的信號(hào)參數(shù)接口測(cè)試，確保起重機(jī)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)輸入正確。

第二，動(dòng)力定位（Dynamic Positioning，DP）及動(dòng)力定位系統(tǒng)故障模式分析試驗(yàn)，在DP Heavy Lift試驗(yàn)前船舶需完成常規(guī)的DP系統(tǒng)調(diào)試及動(dòng)力定位系統(tǒng)故障模式分析測(cè)試，確保DP系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠。

第三，船舶壓載系統(tǒng)、抗橫傾系統(tǒng)試驗(yàn)。在DP Heavy Lift過程中，船舶往往會(huì)發(fā)生搖晃和橫縱傾。因此，船舶需要通過壓載系統(tǒng)和抗衡傾系統(tǒng)快速調(diào)整船舶的浮態(tài)，從而最大限度地保證船舶的整體安全。所以，試驗(yàn)前船舶的壓載系統(tǒng)和抗橫傾系統(tǒng)需確保功能正常。

第四，DP Heavy Lift系統(tǒng)檢查，主要包括確認(rèn)DP系統(tǒng)與起重機(jī)之間的信號(hào)通信正常、確認(rèn)DP Heavy Lift軟件正常、確認(rèn)外界海況影響、調(diào)節(jié)高精度增益曲線以及調(diào)節(jié)船舶與吊機(jī)的受風(fēng)補(bǔ)償。

第五，觀察外界海況如風(fēng)、浪、流等參數(shù)，選擇適宜DP Heavy Lift作業(yè)的天氣進(jìn)行試驗(yàn)，需對(duì)試驗(yàn)時(shí)的周圍環(huán)境進(jìn)行警戒，確保周邊除試驗(yàn)用船外無其他船舶靠近。

1.2 試驗(yàn)前的必要檢查

1.2.1 起重機(jī)電氣部分

起重機(jī)電氣部分主要包括中心集電器、高壓柜、變壓器、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、輔助配電柜、機(jī)構(gòu)電機(jī)以及緊停系統(tǒng)等。如果存在長(zhǎng)時(shí)間未運(yùn)行，起重機(jī)上電時(shí)，需要將所有系統(tǒng)所屬加熱器（驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)還需要驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)）打開一段時(shí)間后上電運(yùn)行，以避免潮氣影響電氣設(shè)備的性能。

1.2.2 起重機(jī)機(jī)械部分

起重機(jī)機(jī)械部分需檢查海運(yùn)綁扎件，包括檢查主鉤、副鉤、小鉤、50 t索具鉤、20 t索具鉤、穩(wěn)鉤絞車、穩(wěn)貨絞車、臂架擱架與臂架結(jié)構(gòu)之間、機(jī)房頂出繩罩以及人字架滑移滑輪等海運(yùn)前綁扎加固過的區(qū)域。檢查綁扎件、鎖銷等是否有效移除并清理，及時(shí)清理或綁扎，排除墜落隱患。

1.2.3 吊重水箱、鋼絲繩狀態(tài)檢查

1.2.4 船舶控制系統(tǒng)

船舶控制系統(tǒng)主要包括船舶自動(dòng)化系統(tǒng)、電站管理系統(tǒng)、高階發(fā)電機(jī)管理系統(tǒng)、DP控制系統(tǒng)、DP Heavy Lift控制系統(tǒng)、DP系統(tǒng)故障模式分析與測(cè)試報(bào)告、推進(jìn)器輔助控制系統(tǒng)、壓載水控制系統(tǒng)、抗橫傾控制系統(tǒng)以及其他必要輔助系統(tǒng)等。

2 試驗(yàn)原理

DP Heavy Lift技術(shù)整合DP技術(shù)與起重機(jī)技術(shù)，通過差分全球定位系統(tǒng)（Differential Global Positioning System，DGPS）采集船舶位置信息、重物位置信息以及重物落點(diǎn)信息來實(shí)現(xiàn)吊重物最終與落點(diǎn)位置重合的目的。它與普通DP定位時(shí)數(shù)據(jù)采集的主要區(qū)別在于在起重機(jī)臂架前端部靠近鋼絲繩轉(zhuǎn)向滑輪處位置安裝高精度DGPS天線。在DP Heavy Lift作業(yè)時(shí)，DGPS通過UHF天線將吊重物的準(zhǔn)確位置傳輸給DP控制系統(tǒng)，通過在DP Heavy Lift系統(tǒng)中設(shè)定零增益區(qū)[1]、船舶狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償以及對(duì)重物實(shí)際坐標(biāo)位置進(jìn)行修正，達(dá)到精確吊裝到位的目的，同時(shí)最大限度地保障船舶的作業(yè)安全。DP Heavy Lift技術(shù)主要是考慮在整個(gè)吊重過程中從鉤頭開始受力到結(jié)束受力。這個(gè)外力通過起重機(jī)臂架施加到整個(gè)船舶上，造成船舶的震蕩。DP Heavy Lift技術(shù)通過推進(jìn)系統(tǒng)對(duì)船舶施加反向力來限制和補(bǔ)償船舶狀態(tài)。首次試驗(yàn)時(shí)需要根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定波高、橫搖幅以及橫搖角的范圍，且根據(jù)DGPS測(cè)量被吊重物實(shí)際位置值進(jìn)行修正[2]。

3 試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)分析

海上進(jìn)行DP Heavy Lift試驗(yàn)，增加了試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)。相較于碼頭常規(guī)吊重試驗(yàn)，船舶除受到剪力彎矩影響，還會(huì)受到海上風(fēng)、浪、流等海況影響，需在制定船舶壓載方案時(shí)予以考慮。另外，海上試驗(yàn)時(shí)，船舶會(huì)隨著載荷力的突加突卸，導(dǎo)致船舶狀態(tài)出現(xiàn)較大改變。DP系統(tǒng)會(huì)通過推進(jìn)器對(duì)船舶施加疊加影響，這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)主要需要借助動(dòng)力定位操作員的實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)以及DP系統(tǒng)技術(shù)來避免[3]。

4 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)所需的主要物資和人員準(zhǔn)備如下：1 000 t水箱2個(gè)，配相應(yīng)鋼絲繩、卸扣、加水泵等；水箱尺寸10 m×10 m×12.5 m；甲板運(yùn)輸船1艘，船長(zhǎng)×型寬×吃水為234.93 m×43 m×8 m；多用途拖輪1艘；動(dòng)力定位操作員2名，專業(yè)船長(zhǎng)指揮、作業(yè)指揮、輔助人員、起重指揮若干；試驗(yàn)前需獲得海事申請(qǐng)?jiān)S可。根據(jù)完工裝載手冊(cè)中的DP Heavy Lift工況下船舶的吃水要求對(duì)船舶進(jìn)行預(yù)壓載，同時(shí)開啟抗橫傾系統(tǒng)。甲板運(yùn)輸船到達(dá)指定位置后，拋首錨穩(wěn)定，固定船位。多用途拖輪在甲板運(yùn)輸船船尾部協(xié)助拋工作錨作為系固點(diǎn)。完成拋錨后，多用途拖輪移至周邊進(jìn)行守護(hù)。起重船DP移船穩(wěn)定并調(diào)整好船位，將尾部正對(duì)甲板運(yùn)輸輪舷側(cè)，兩船距約200 m。船舶穩(wěn)定后，起吊2 000 t水箱至船艉（即起重機(jī)臂架抬升，將2 000 t配重（水箱）起升，穩(wěn)定到合適臂架幅度約65°開始旋轉(zhuǎn)，將臂架從艏向旋轉(zhuǎn)至艉向180°）。整個(gè)起重回轉(zhuǎn)的過程中，船舶抗橫傾系統(tǒng)將根據(jù)船舶的橫傾狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)載。船舶的橫傾角不大于±1°，旋轉(zhuǎn)至艉向，調(diào)整至試驗(yàn)變幅（鉤頭至旋轉(zhuǎn)中心50 m），如圖1所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)方案示意圖

在DP Heavy Lift模式下且船舶穩(wěn)定后，利用船舶DP定位功能移船至甲板運(yùn)輸船旁。過程中進(jìn)行首向調(diào)整，并記錄首向值及變化量。待兩船直線距離約30 m時(shí)，DP減速移船，穩(wěn)定船位慢慢至15 m，調(diào)整水箱距運(yùn)輸船甲板面高度約0.5 m（視涌浪大小，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整高度）。此時(shí)，主鉤鉤頭位于運(yùn)輸船甲板中心線上，理論上兩船距離為15 m。穩(wěn)定后，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)記錄好后將水箱落至甲板面，鋼絲繩松弛，記錄整個(gè)卸載過程中相關(guān)數(shù)據(jù)變化的最大值。尾部卸載狀態(tài)數(shù)據(jù)記錄完畢。

船舶穩(wěn)定后，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)（為快速加載前初始狀態(tài)）。記錄好后將水箱快速提起，記錄此過程中的船位最大變化值。試驗(yàn)結(jié)束后DP移船離開，試驗(yàn)結(jié)束。方案實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)圖，如圖2所示。

圖2 方案實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)圖

5 結(jié)果與存在的問題

5.1 結(jié)果

水箱在卸載至甲板運(yùn)輸船上時(shí)，起重船瞬時(shí)船位偏差最大0.7 m；起鉤掛載時(shí)，起重船瞬時(shí)船位偏差最大1.3 m。試驗(yàn)時(shí)，它能準(zhǔn)確落在指定位置，且落位平穩(wěn)，同時(shí)起重船與甲板運(yùn)輸船相對(duì)位置保持安全。

5.2 存在的問題

由于DP Heavy Lift系統(tǒng)調(diào)試需要起重機(jī)在吊重狀態(tài)下，而系統(tǒng)電腦采集環(huán)境數(shù)據(jù)和人工設(shè)置零增益區(qū)，需要一定的時(shí)間。在此過程中，吊重物容易出現(xiàn)左右搖擺現(xiàn)象，且與DP系統(tǒng)維持船位動(dòng)作相反，導(dǎo)致擺幅越來越大。因此，需要多進(jìn)行幾次試驗(yàn)調(diào)整系統(tǒng)內(nèi)各項(xiàng)參數(shù)，從而最終精準(zhǔn)控制船位，且最大限度地控制吊重物在空中的擺幅，直至震蕩衰減保持和船位相對(duì)靜止。

6 結(jié)語

DP Heavy Lift技術(shù)作為隨著市場(chǎng)需求出現(xiàn)的新技術(shù)，結(jié)合DP系統(tǒng)及起重機(jī)系統(tǒng)來控制船舶狀態(tài)。所述的DP起重船DP Heavy Lift實(shí)效試驗(yàn)為國(guó)內(nèi)首次驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果證明了DP Heavy Lift功能的有效性能，對(duì)國(guó)內(nèi)大噸位全回轉(zhuǎn)起重船今后的海上DP Heavy Lift實(shí)效吊重試驗(yàn)具有重要的借鑒意義。