專利名稱：超大型浮吊的重載打撈波浪補償系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及港口重型機械領域，特別是深海打撈、海洋重工領域。
背景技術：
大型浮吊是一種能夠在航道或近岸海域進行定點施工作業的水上起重裝備，如進行海上大橋橋梁安裝、海上石油平臺大件吊裝、沉船打撈等，在進行定點起重施工作業時。以起重量這一參數來劃分浮吊起重量在1000噸以下的稱為小型浮吊，起重量在1000噸到2000噸為中型浮吊，起重量在2000噸到4000噸為大型浮吊，起重量在4000噸以上稱為超大型浮吊；隨著海洋工程重型裝備技術向大型化、高科技化方向迅速發展，大型浮吊也向超大型化、高效化發展。以適應世界海洋發展戰略的新形勢、新技術發展的需要；現有的海洋工程作業表現出如下特點首先是大型浮吊是起升重量超大，能一次起吊成千上萬噸的重量，工作幅度區域大，能重載全回轉作業，靈活高效；第二，大型浮吊要求實現近海及深海
作業；第三，大型浮吊能應對海上多變復雜的氣候條件，克服風浪影響完成海上石油平臺吊裝，或海上打撈；第四，大型浮吊能在全球無限航區自航，快速到達世界各個海域進行海上作業，以應對世界經濟全球化的需要。這就要求浮吊不但能夠起吊巨大的重量，而且要并實現海上的各種惡劣工況下的作業，能克服風浪影響，完成海上石油平臺(模塊)吊裝以及海上打撈。因此，為滿足海洋工程的需要，大型浮吊必須要發明并研制出重載打撈波浪補償系統。 國外對波浪補償方法研究的很多，應用也僅局限在軍事上的軍艦補給上，但在大型浮吊上應用波浪補償的幾乎是空白，事實上，大型浮吊起升引起的貨物擺動收到波浪影響更大，特別是超大型浮吊由于起重量超大，打撈重物會引起很大渦流，導致浮吊船體擺動幅度增加，因此，更加有必要研究和發明一套適合在超大型浮吊應用的重載打撈及海洋工程波浪補償系統。 國內外均未有波浪補償式的大型浮吊，現有的中型及大型浮吊(起重量在1000噸以上)均不具有波浪補償功能。 目前，理論上研究較多的常見波浪補償方式有主動與牽引復合式補償方式；隨動補償方式；綜合補償方式；油缸加蓄能器的氣液混合型補償方式。這四種常見的波浪補償方式均有一定波浪補償功能，其中主動與牽引復合式補償方式僅有鉛垂方向上補償功能，沒有解決波浪橫向補償和縱向補償問題，同時浮吊與重物位置對繩索控制靈敏度影響補給效果；隨動補償裝置在工作過程中，需將浮吊鋼絲繩與海洋平臺相連，在工程中很難實現，使用不便；綜合補償裝置結構復雜，制造成本高；油缸加蓄能器的氣液混合型補償方式在浮吊與重物相對速度較小情況下，具有波浪補償效果，浮吊作業時與重物相對速度小；綜合以上幾種波浪補償裝置的特點，本專利在超大型浮吊采用油缸加蓄能器的氣液混合型的波浪補償方式。本發明專利所克服的難點和重點是
1.由于起重量超大，起重量可達成千上萬噸； 2.由于海洋氣候環境惡劣，超大型浮吊要適應這樣的環境條件下進行海上作業、進行深海打撈和海洋平臺安裝，務必提供更加安全和高效的系統； 3.超大型浮吊作業進行波浪補償，必須對浮吊各個關鍵位置的擺動作準確且實時
的監測，并將監測信號實時輸入到PLC控制系統中，控制系統也必須根據監測信號，實時對
液壓系統中油缸、蓄能器等發出控制指令，實現閉環控制。整個過程可能是在很短時間內完
成的，所以補償系統必須具有很好響應速度，具有控制的準確性和實時性； 4.國內外波浪補償技術目前僅處于研究階段，應用也僅限于軍艦補給領域，而波
浪補償系統在海洋工程領域應用，特別是應用于海洋工程不可或缺的重型裝備超大型浮吊
屬于首創，因此本發明成果具有前瞻性，對我國海洋戰略有一定意義。
發明內容
本新型系統采用有顯著的節省起升電機的動力消耗、精確性高、簡單集成的、基于一個閉環的動力控制；系統安裝在浮吊塔架結構內，(見附圖l)，空間占用小。包括機械系統、液壓系統、監控系統以及液壓油缸和蓄能器的控制等；機械系統由起升巻筒、各套滑輪、鋼絲繩、大噸位吊鉤組成；液壓系統由油缸、蓄能器、液壓油泵、液壓閥組成；監控系統由浮吊本體位移監測、浮吊船體位移監測、浮吊起吊重物位移監測組成。(見附圖3) 機械系統是補償系統的直接執行裝置，浮吊作業時，起升巻筒36轉動帶動鋼絲繩37經各套滑輪后連接大噸位吊鉤26，吊鉤下面吊掛重物，由于起升重物時，鋼絲繩處于張緊狀態，由于波浪載荷的作用，浮吊船體發生傾斜，造成鋼絲繩松弛，當浮吊船體擺動至相反方向時，鋼絲繩又張緊，吊重在鋼絲繩不斷松弛和張緊的激勵下，引起吊重貨物隨浮吊船體的擺動而擺動，這是引起重物擺動的直接原因，嚴重時吊重貨物擺動和浮吊船體的縱蕩和橫傾擺動發生耦合，當波浪激勵的頻率靠近貨物擺動自然頻率時，貨物擺動呈紊亂現象；此時，監控系統31檢測到浮吊的擺動立即啟動補償系統，由油缸22、滑輪組23及滑輪架和蓄能器24組成的裝置(見附圖2)安裝在浮吊上部結構的塔架中，與主升鋼絲繩連接；通過油缸伸縮推動補償滑輪23上下移動，從而吸收或補給由浮吊船體擺動引起的起升鋼絲繩37的伸長或收縮量，實現補償目的。此時控制系統控制液壓油缸伸長把多余起升鋼絲繩吸收，保證了鋼絲繩處于張緊狀態，吊載貨物由于沒有起升鋼絲繩松弛與張緊的激勵，不會引起很大的擺動，解決了超大型浮吊重載打撈時船體搖擺不定，而吊重也隨之搖擺，甚至發生紊亂直至無法控制的問題。 液壓系統是補償系統的間接執行裝置，液壓系統通過油缸伸縮推動補償滑輪，吸收起升鋼絲繩的伸縮量，另外，蓄能器24把高壓空氣壓入氣液增壓器34，推動油缸及時收縮放出起升鋼絲繩，實現補償目的。高壓氣體蓄能器系統可以提高載荷循環，減少瞬間過載時的電力要求；高壓氣體提供被動載荷補償時的能量，其中包括高壓氣罐，壓力用空氣壓縮機進行調節。打開或關閉閥來控制高壓罐的使用； 監控系統是補償系統的檢測和控制裝置，其中檢測系統是非常敏感的位移和加速度傳感器組成的系統，用于檢測浮吊各個關鍵點的擺動，同時把檢測信號實時傳輸給控制系統；監控系統31檢測到浮吊船體1的擺動位移，即時發出控制指令，控制主動補償回路A開始運作，液壓動力供給系統32啟動，油缸33開始工作，通過油缸伸縮推動補償滑輪上下移動，從而吸收或補給由浮吊船體擺動引起的起升鋼絲繩的伸長或收縮量，起升鋼絲繩37通過補償滑輪39纏繞后再經過吊鉤滑輪組起升，整個補償系統受到監控系統的閉環控制，以保證對吊重擺動的準確控制。保證了浮吊重載起升時，減少吊重貨物受浮吊船體擺動激勵而隨浮吊船體的擺動而擺動的幅度。 監控系統31通過檢測系統38對浮吊本體位移監測，浮吊船體位移監測，浮吊起吊重物位移監測，實時監控浮吊本體及船體的受波浪影響下的運動狀況(縱傾和橫傾擺動位移、加速度等)，并把監測的數據信號，輸入PLC控制系統，控制系統對液壓油缸和蓄能器的實施實時控制，保證主動補償回路和被動補償回路的正常工作，形成一套閉環控制系統。
補償功能用于起升以及下降，移動搬運操作，恒張力功能，同于重著陸模式，沖擊吸收功能；以及在海上平臺吊裝時，波浪影響浮吊船體的船傾或縱蕩、使得吊重平臺無法對準指定安裝位置的問題。主動補償回路A有能量消耗，被動補償回路B通過蓄能器吸收并儲存一定的能量，用于補充主動補償回路A的能量損失。 以上三個主系統是本專利發明的超大型浮吊重載打撈波浪補償系統的三大主要系統通過這三個系統的有機結合，形成了超大型浮吊重載打撈波浪補償系統，本發明專利具有如下特點 1.解決了超大型浮吊作業時，浮吊船體受到波浪載荷周期性的激勵而引起的浮吊船體的擺動，被起吊重物受到船體的擺動影響而引起隨船體搖擺而擺動，而且當波浪周期性激勵的頻率靠近吊重擺動自然頻率時，貨物擺動呈紊亂現象的問題； 2.解決了超大型浮吊重載打撈時，重物被吊出水面的瞬間，由于重物體積龐大，海水形成渦流使浮吊船體搖擺不定，而吊重也隨之擺動，甚至過大到無法控制的問題；
3.解決了超大型浮吊在吊裝海上平臺時，由于波浪影響和重物在回轉移動過程中導致船體重心的變化，浮吊船體會發生船傾或縱蕩，使得吊重平臺無法對準指定安裝位置的問題； 4.解決了超大型浮吊重載打撈上來后，吊載貨物要放到甲板上或岸上或海洋平臺上，由于盡管被吊貨物是以慢速度下降，但與平臺之間存在相對運動，會產生撞擊力的問題。 經模擬后發現，超大型浮吊在起升同貨物起重量時，貨物的擺動幅度減小100%以上。通過機械和液壓補償系統的聯合動作功能，并通過監控系統對浮吊和補償系統的有效控制，能夠有效解決超大型浮吊重載打撈時，浮吊船體受到波浪載荷的影響而引起的浮吊船體的擺動，以及由于打撈重物體積龐大，海水形成渦流使浮吊船體搖擺不定，而吊重也隨之擺動的問題；海上安裝作業時，能應對海上多變復雜的氣候條件，克服風浪影響完成海上石油平臺吊裝，使平臺順利對接；能夠保證貨物著落到船甲板安全或海洋平臺安裝安全；而且允許船有一定的傾斜，適應海上作業的惡劣工況。因此，本專利發明超大型浮吊的重載打撈波浪補償系統，使得海上打撈，海上重載作業更加高效，更加安全，作業領域更廣，海上作業適應性更強。
下面結合附圖與實施案例進一步說明本發明。
圖1重型浮吊系統的示意圖； 圖2浮吊重載打撈波浪補償系統部分組成示意 圖3浮吊重載打撈波浪補償系統示意 圖中標號 1 、浮吊船體2、浮吊上部結構3、起升系統4、浮吊臂架5、起吊重物6、本專利補償系統21、起升巻筒22、多個補償油缸23、多組補償滑輪24、蓄能器25、起升倍率滑輪26、大噸位吊鉤31、監控系統32、液壓動力供給系統33、油缸34、氣液增壓器35、高壓蓄能器36、起升巻筒37、起升鋼絲繩38、檢測系統39、補償滑輪
具體實施例方式
具體實施方式
結合附圖3對本發明重型浮吊做進一步的描述 在浮吊船體和浮吊臂架頭部等各個關鍵位置布置有監測用傳感器，傳感器把檢測到的信號實時傳輸到監控系統； 首先當浮吊起升重物時，由于浮吊船體受波浪的作用而擺動，起升鋼絲繩隨之伸長和收縮，此時控制系統根據各點傳感器采集到的信號，進過PLC控制器處理并發出指令，主動補償回路A作用，控制液壓油缸活塞桿伸長，把多余起升鋼絲繩吸收，這樣起升鋼絲繩一直處于張緊狀態，重物保持平衡，不會產生擺動；當控制系統檢測到起升鋼絲繩張力到一定值時，被動補償回路B作用，蓄能器把高壓空氣通入氣液增壓器，推動油缸及時收縮放出起升鋼絲繩，實現補償目的，此時，吊載貨物由于沒有起升鋼絲繩松弛與張緊的激勵，幾乎不會引起的擺動，從而達到有效控制吊重擺動的目的，這是針對浮吊船體受到波浪載荷的作用而引起擺動控制的波浪補償系統； 第二浮吊在海上進行深海重載打撈作業時，由于重物體積龐大，重物被吊出水面的瞬間，海水形成渦流使浮吊船體船傾且搖擺不定，此時分布于浮吊各點的傳感器把檢測到的信號實時傳輸到監控系統，控制系統根據各點傳感器采集到的信號，進過PLC控制器處理并發出指令，主動補償回路A作用，控制液壓油缸活塞桿伸長，把多余起升鋼絲繩吸收，這樣起升鋼絲繩一直處于張緊狀態，重物保持平衡，不會產生擺動；當浮吊船體反向傾斜時，控制系統檢測到起升鋼絲繩張力到一定值時，被動補償回路B作用，蓄能器把高壓空氣通入氣液增加缸，推動油缸及時收縮放出起升鋼絲繩，實現補償目的，此時，吊載貨物由于沒有起升鋼絲繩松弛與張緊的激勵，幾乎不會引起的擺動，當然，以上過程都是在很短時間內完成的，監控系統實時控制，所以該補償系統具有較好響應速度。 第三浮吊在海上吊裝大型結構時，波浪對浮吊船體影響導致的海上平臺對接困難問題，此時控制系統控制液壓油缸伸長，把多余起升鋼絲繩吸收，這樣起升鋼絲繩一直處于張緊狀態，重物保持平衡，不會產生擺動，保證海上平臺順利對接，提高浮吊作業效率；
第四浮吊將打撈上來的重物或大型結構吊裝到船甲板或海上平臺時，被吊貨物是以慢速度下降，平臺之間的相對運動，會產生撞擊力，該裝置的重力吸收發揮作用，在貨物與平臺甲板接觸瞬間感應高壓蓄能器，同步向補償裝置油缸釋放高壓油，使貨物立刻有限提升吸收碰撞力，就像彈簧或氣囊減振一樣，保證貨物著落到船甲板安全或海洋平臺安裝安全。 通過上述方法，解決了超大型浮吊重載打撈時船體搖擺不定、而吊重也隨之搖擺，甚至發生紊亂直至無法控制的問題；以及在海上平臺吊裝時，波浪影響浮吊船體的船傾或縱蕩，使得吊重平臺無法對準指定安裝位置的問題。
權利要求
一種超大型浮吊的重載打撈波浪補償系統，包括機械系統、液壓系統、監控系統以及液壓油缸和蓄能器的控制等，其特征在于，機械系統由起升卷筒、各套滑輪、鋼絲繩、大噸位吊鉤組成；液壓系統由油缸、蓄能器、液壓油泵、液壓閥組成；監控系統由浮吊本體位移監測、浮吊船體位移監測、浮吊起吊重物位移監測組成1)監控系統(31)檢測到浮吊船體(1)由于海水形成渦流造成縱傾和橫傾擺動位移，即時發出控制指令，主動補償回路A運作，液壓動力供給系統(32)啟動，油缸(33)工作，通過油缸伸縮推動補償滑輪(39)上下移動，從而吸收或補給由浮吊船體(1)擺動引起的起升鋼絲繩(37)的伸長或收縮量；2)當監控系統(31)檢測到起升鋼絲繩(37)張力到一定值時，被動補償回路B開始作用，蓄能器(35)把高壓空氣壓入氣液增壓器(34)，推動油缸(33)和補償滑輪(39)及時收縮放出起升鋼絲繩(37)，實現補償目的；3)監控系統(31)通過檢測系統(38)對浮吊本體位移監測，浮吊船體位移監測，浮吊起吊重物位移監測，并把監測的數據信號，輸入PLC控制系統，控制系統對液壓油缸(33)和蓄能器(24)的實施實時控制，保證主動補償回路A和被動補償回路B的正常工作，形成一套閉環控制系統。
2. 根據權利要求1所述的系統，其特征在于所述的起升鋼絲繩(37)通過補償滑輪 (39)纏繞后再經過吊鉤滑輪組起升，整個補償系統受到監控系統(31)的閉環控制，以保證 對吊重擺動的準確控制。
全文摘要
本發明超大型浮吊的重載打撈波浪補償系統，包括機械系統、液壓系統、監控系統以及液壓油缸和蓄能器的控制等，機械系統由起升卷筒、各套滑輪、鋼絲繩、大噸位吊鉤組成；液壓系統由油缸、蓄能器、液壓油泵、液壓閥組成；監控系統由浮吊本體位移監測、浮吊船體位移監測、浮吊起吊重物位移監測組成本發明解決了超大型浮吊重載打撈時、重物被吊出水面的瞬間，由于重物體積龐大，海水形成渦流使浮吊船體船傾且搖擺不定，而吊重也隨之搖擺，無法控制的問題；以及解決海上吊裝大型結構時，波浪對浮吊船體影響導致的海上平臺對接困難問題，保證貨物著落到船甲板安全或海洋平臺安裝安全；而且允許船有一定的傾斜，適應海上作業的惡劣工況。
文檔編號B66C23/53GK101780923SQ20091005600
公開日2010年7月21日 申請日期2009年8月6日 優先權日2009年8月6日
發明者仝瑞國, 余智雄, 張玉芹, 江杭生, 沈瑩, 王悅民, 童民慧, 陳自強, 高翔 申請人:上海海事大學