半潜式起重拆解平台非下潜状态下吊机试验的可行性研究

颜长青，冯光建，陈伶翔，洪昌盛

(招商局重工(江苏)有限公司，江苏 海门 226116)

随着海洋工业的快速发展，半潜式平台、张力腿平台、浮动式海上生产设施等浮体结构物模块的质量已越来越大，传统的起重船舶已经无法满足吊装运输的需求。半潜式起重拆解平台(以下简称平台)现广泛应用在钻井平台、导管架、组块及FPSO模块的安装吊载运输过程中，可适用于不同场合和满足不同吨位的质量要求[1]。平台自重大，提供浮力的下浮体水平方向尺度相对平台主体要小，导致其空船吃水相对一般船舶要深，本文针对平台进行非下潜状态下吊机试验的可行性研究，为该船后期在码头进行吊机试验提供依据。

1 平台

组合起居舱兼平台(SSCV)在右舷配备2台2 200 t重型起重机，总吊装能力可达4 400 t。可容纳750人，全船使用DP-3船舶动力定位系统，将用于深海作业,包括海底结构、地基、系泊、浮动和重型起重平台的建设。

1.1 模型

图1为平台的浮力模型，该平台模型是根据型线图、舱容图以及总布置图运用软件进行浮力模型建模，并进行分舱工作，它包含浮筒、立柱和甲板等部分(不包含推进器)。

图1 平台浮力模型

1.2 计算内容

在船舶设计过程中，为保证船舶的安全，应使得船舶在任何可能出现的危险情况下都应该有足够的稳性，来保证船舶不会发生倾覆。本文平台最为特殊的是在右舷配备2台大型吊机，大型货物随着吊臂的移动及升降会对船舶产生力矩，使得船舶产生横倾和纵倾。

本平台吊机试验主要分为负载试验和旋转试验2部分，通过GHS软件对负载试验工况和旋转试验工况进行计算，研究在2种工况下平台的横纵倾变化，并运用压载舱进行调平，确定在非下潜状态下方案的可行性。

1.3 吊载对稳性的影响

当船舶吊载重大货物时，货物会随着吊臂在水平和竖直方向进行移动，当吊臂垂向移动至最高点时，船的质心也会被提高，使得初稳性高、复原力臂和稳距相应减小，降低了船舶抵抗外力的能力，另外货物的水平运动会让船舶发生横倾，从而使得静稳性曲线下移、大倾角稳性和动稳性也会降低，对于船舶的稳性非常不利[2]。

1.4 调节横纵倾方法

吊装重物时船舶会发生很大的横倾，常用的横倾调整方法是调节压载水或者设置平衡浮箱。本平台在吊载试验过程中运用的是调节压载水的方法，调节吊载过程中产生的横纵倾[3]。

平台的压载舱分为3种：普通压载舱、快速压载舱以及立柱压载舱。普通压载舱通过压载泵进行压载水的加载和排载；在吊机工作时，快速压载舱通过重力进水完成加载，另外快速压载舱还连通着压载泵，在排载时通过压载泵排水；立柱压载舱通过压载泵和重力加载，通过压缩空气进行排载。

本平台中快速压载舱和立柱压载舱通过重力进水的方式，能够快速将平台横纵倾调平，提高船舶的稳性，降低了吊机在吊载过程中的风险。

2 试验过程

平台的吊机试验主要是进行主钩和辅钩的负载试验以及回转试验。由于吊机试验是在非下潜状态下进行，需要考虑试验的可行性，运用软件对吊机试验过程中的横纵倾进行计算，并通过调节压载水将平台调平，观察平台稳性变化。

2.1 主钩试验

主钩试验分为负载试验和回转试验，负载试验又分为最大负载和最大距离试验。

2.1.1 主钩超负荷测试(最大负载)

在吊机进行试验前，平台需装备一定量的油和淡水，并通过调节压载水使得平台向左舷横倾0.4°，防止平台在增加配载后向右舷倾斜过大。在进行主钩超负荷测试时，吊机位于平台尾部位置，在吊载试验开始时，吊机旋转至与右舷垂直处，并将吊机吊臂仰角抬起至75°，此时工作半径为20 m，主钩最大吊载为2 420 t，运用GHS软件进行船舶稳性计算，得出平台的稳性高曲线(GM曲线)和复原力臂曲线(GZ曲线)，见图2。

图2 吊载为0时，平台GM曲线和GZ曲线

在起吊配载后，平台会随着配载质量的增加逐渐发生右倾和尾倾，并使得倾斜趋势逐渐增大，当配载达到1 210 t时，平台右倾0.72°，尾倾0.41°，为防止倾斜趋势继续增大，向压载舱进行打压载水，将平台调至向左舷倾斜0.17°。平台调平后，继续增加配载，直至配载增加到2 420 t，此时平台右倾1.03°，尾倾0.43°，再次通过压载水进行调平。在整个配载提升过程中，平台最大横倾角为右倾1.03°，通过图2中GZ曲线可以看出，平台在小倾角下有良好的回复能力，平台在吊载试验的过程中具有良好的稳性[4]。

平台在吊机试验过程中浮态的变化通过调整压载水实现，由于试验的吊机位于平台尾部，所以通过调节首部压载水能够更有效调整船舶的横纵倾。吊载过程中压载水量变化见表1，在吊载的过程中对1号、11号和12号3个舱室进行压载水调节，在配载完全升起后压载水量增加了1 368.8 t，在整个过程中吃水增加至11.2 m。

表1 2 420 t吊载过程中压载水量变化 t

平台在吊载2 420 t后，平台的质心位置发生改变，使得GM曲线和GZ曲线也发生改变，最大回复力臂有所减小，且在横倾21.5°时达到最大值，此时GM值也有所减小，图3为吊载2 420 t时的GM曲线和GZ曲线。

图3 吊载为2 420 t时，平台GM曲线和GZ曲线

在起升配载结束后，吊臂首先提升至81°，吊点位置发生改变，此时工作半径为16.9 m，通过软件进行计算，平台左倾0.1°；当吊臂下降到73°时，吊点位置发生改变，此时工作半径为22.1 m，平台右倾0.2°；根据平台GM曲线可以看出，平台由于吊载发生的横倾变化较小，在平台良好稳性范围内。

在进行360°全回转试验过程中，由于回转角度过大，会导致平台出现大倾角，所以在本平台的回转试验中，吊臂按逆时针每回转15°时，将平台进行调平。在整个过程中由于每次回转角设置为15°，然后进行调平。吊臂每次回转后，平台横倾角变化约为0.2°，对平台在试验过程中的稳性影响较小。

2.1.2 主钩超负荷测试(最大距离)

在主钩超负荷(最大距离)试验中，准备374 t配载，试验的开始位置就是结束位置。旋转角度为0，吊臂的角度为15°，工作半径为62.3 m，通过调节压载水将平台进行调平。提升试重，平台右倾0.6°，尾倾0.1°，调节压载水将平台调平，吃水约为11.2 m，降低试重，试验结束。在最大距离试验中，平台的横纵倾角度变化较小，在平台的良好稳性范围内。

2.2 辅钩试验

辅钩超负荷试验(最大负载)步骤如下：

1)准备660 t配载。

2)试验的开始位置就是结束的位置。旋转角度为0，吊臂的角度为75°，工作半径为23.8 m。

3)起升配载，校正辅钩的测重销(船横倾0,船纵倾0)。工作半径为23.8 m。

4)吊臂提升到最小工作半径，工作半径为最小工作半径。

5)吊臂下降到64°,工作半径为36.5 m。

6)测试提升、下降和应急停，工作半径为36.5 m。

7)结束试验。

在起升配载过程中，为防止平台发生大倾角变化，配载在起升至330 t时，进行压载水调节，使得平台调平后再次进行起升配载。在整个过程中，平台最大右倾角为0.32°，通过压载水进行调平，此时平台吃水10.3 m。当吊臂提升到最小工作半径时，平台向左倾斜0.13°，首倾为0.04°。当吊臂下降到64°时，平台右倾0.23°，首倾0.04°，在吊载过程中平台横倾角度较小，根据图3可知，在平台良好稳性范围内。

辅钩超负荷试验(最大距离)步骤如下。

1)准备288 t配载。

2)试验的开始位置就是结束的位置。旋转角度为0，吊臂的角度为15°，工作半径为72.7 m。

3)起升配载(船横倾0、船纵倾0)，工作半径为72.7 m。

4)降低试重，结束试验。

在辅钩最大距离试验过程中，当起升配载后，平台右倾0.53°，尾倾0.10°，调节压载水将平台调平，此时平台吃水约为10.3 m，降低试重，结束试验。

在辅钩超负荷试验(最大负载)和辅钩超负荷试验(最大距离)中，平台横倾角最大为右倾0.53°，在平台良好的稳性范围内。

3 结束语

本文根据吊机试验步骤，通过运用软件对吊机试验过程中平台的稳性进行分析。通过软件计算得知，在试验过程中横倾角度变化在1°以内，有效的控制了平台的横倾，能够避免平台在码头进行吊机试验过程中与码头发生碰撞事故；在试验过程中，由于吊载的增加以及压载水的变化，平台吃水增加约1.2 m，最大吃水约为11.2 m，在此吃水条件下平台可在非下潜状态进行吊机试验；在软件计算过程中所得垂向质心高度(VCG)小于船舶质心高度，且通过GZ曲线可以看出，平台在吊机试验过程中具有良好的稳性。所以平台在非下潜状态下进行吊机试验具有很高的安全性和可行性。