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針對超大型門座起重機安全監控系統的技術及裝置進行探討

來源:愷德爾起重機安全監控管理系統專家 發表日期: 2016-05-13 14:03:00

能源緊缺使世界各國把開采目標移到廣闊的海洋,作為基礎設備的海上鉆井平臺的需求不斷增長,不僅如此,隨著海上作業范圍的加大,開采深度的加深,海上鉆井平臺的面積越來越大,鉆塔高度也越來越高。因此,參與海上鉆井平臺建造的臂架起重機也必須滿足大起重量、大變幅幅度、大起升高度的吊裝要求,適應這些要求的超大型門座起重機應運而生。對于這個沒有前例可參照的門座起重機(以下簡稱門座起重機)新的領域,不能照搬中小型門座起重機的設計和制造經驗,其使用安全性與生產適用性凸顯關鍵。


圖1所示的HM200105D型門座起重機即屬此類起重機,該機額定起重量200 t(常規門座起重機50t以下),最大起吊幅度105 m(常規門座起重機60 m以下),軌上起升高度110 m(常規門座起重機60 m以下),軌距12 m,最小幅度時臂架頂端高170 m(常規門座起重機80 m以下)。使用地點在長江人??谔?,使用現場氣象環境惡劣,常年有大風,起重機的使用安全性引起有關各方高度關注。下面就該機的安全裝置進行闡述,僅對一般門座起重機上沒有使用過或很少使用的技術及裝置進行探討,對常規的門座起重機安全監控系統不作敘述。

HM200105D型門座起重機


1 門座起重機安全監控系統安全裝置

1.1風速儀的安裝位置

因這臺門座起重機整機高度高,軌距小,風對起重機的傾覆穩定性的影響大。

起重機設計手冊中風壓計算式為q=0.613v2,門座起重機安全監控系統工作狀態的計算風速按瞬時風速考慮,非工作狀態的計算風速為2 min時距的平均風速。由表1—3—9中可查得工作狀態計算風壓250 N/m2,風壓高度變化系數Kh=(h/lO)n3,表1—3—10中常規的起重機高度僅有80 m以下范圍,非工作狀態時將起重機按20 m一段劃分等風壓段。

歐洲起重機械設計規范中風的動壓由下式給出:q=0.613v2。表T.2.2.4.1.2.1.給出在露天工作的一般起重機工作狀態風壓250 N/m2,表T.2.2.4.1.2.2.給出高度超過100 m的起重機非工作狀態設計風壓1300N/m2的結果,沒有風壓高度變化系數的敘述。

   起重機設計規范采用P=0.625v:,計算風速為空曠地區離地10 m高度處的陣風風速,即3 s時距的平均風速,在表15中可查得PⅡ=250 N/m2,在此規范的釋義中也講該風壓值是沿用上一版本規范的值。計算非工作狀態風載荷時,可沿高度劃分成10 m高的等風壓段,以各段中點高度的系數瓦乘以計算風壓;也可以取結構頂部的計算風壓作為起重機全高的定值風壓。

門座起重機安全監控系統設計時正處于新舊規范更迭期間,設計中工作風壓采用新版設計規范P=0.625v:的計算公式(雖然公式與q=0.613v2不同,但二者結果取值相同)。由于起重機高度超過起重機設計規范對常規的非工作風壓敘述的范圍,并且由于軌距較小(軌距應在18~22 m較為合適),保證非工作狀態下的起重機穩定性是一個難題,經過研究決定采用K。=(h/lO)n 3的計算辦法,且在人字架頂(距離地面約100 m)及臂架頂各安裝一套風速儀,以對工作狀態下的風速進行監測,也對實際操作提供參考依據,實際證明完全可行。


1.2保險機構的設置

該機變幅形式采用鋼絲繩變幅,為了彌補這種變幅形式的固有缺陷,增設了一套保險機構安裝在轉盤的尾部,其原理相當于一套備用的卻又跟隨運行的變幅機構。在變幅過程中,一旦變幅鋼絲繩意外斷裂,除防斷繩安全卡板將變幅鋼絲繩卡住外,保險機構同時動作,將臂架拉住。這要求在變幅機構正常工作時保險機構是一個跟隨性的機構,在正常變幅過程中保險機構僅略微收緊保險鋼絲繩,不參與起放臂架的作功。僅在變幅鋼絲繩斷裂時拉住臂架,并將臂架頭部平穩地放到碼頭面,以便維修。所以,保險機構采用不同功率的2臺電機驅動,起跟隨作用時僅需克服保險鋼絲繩自重引起的阻力,小功率電機工作;起支持臂架作用時如同變幅機構(因變幅機構有鋼絲繩卡板,保險機構僅需提供變幅機構支持力的一半),大功率電機工作。布置形式見圖2。

保險機構的形式


1.3纖光柵應力監測系統

為了確保鋼結構部分在使用過程中的安全,需要對鋼結構部分的應力集中處進行檢測(應力集中處的位置及預應力值由有限元分析結果得到)。該門座起重機安全監控系統的設計使用壽命較長,在長期使用過程中,因環境侵蝕、材料老化和載荷的長期效應、疲勞效應與突變效應等災害因素的耦合作用將不可避免地導致結構和系統的損傷積累和抗力衰減,特別是結構內部無法監測,很可能導致突發事故,甚至正常工作時也可能出現突發事故,所以采用可靠的應力監測系統十分必要。

過去對金屬結構進行長期在線監測的方法主要采用電阻應變片作為傳感元件,但是傳感器壽命短,穩定性差,抗電磁干擾能力差。光纖光柵傳感器與傳統的電式傳感器相比,具有使用壽命長、運行穩定、抗電磁干擾能力強等優勢,并且能在惡劣環境中工作。所以,采用了光纖光柵傳感器對門座起重機進行應力監測。光纖光柵是測試應變常用的光學元件,現已大量應用在隧橋和建筑等結構上。光纖光柵傳感器的優點主要表現為:耐久性好,適于長期監測;既可以實現點測量,也可以實現準分布式測量;檢出量是波長信息,因此不受接頭損失、光強沿程損失等因素的影響;對環境干擾不敏感,抗電磁干擾;波長編碼,可以方便實現絕對測量;單根光纖單端檢測,可盡量減少光纖的根數和信號解調器的個數;信號、數據可多路傳輸,便于與計算機連接,單位長度上信號衰減??;靈敏度高,精度高;光纖光柵尺寸小,測量值空間分辨率高;輸出線性范圍寬,適用于起重機械工作環境。

圖3為光纖光柵傳感器的安裝分布位置示意圖,整機44個測點,其中應力測點22個,溫度補償點22個。

光纖光柵傳感器的安裝分布位置示意圖


1.4攝像監控系統

該機高度高、作業幅度大,對作業區域及起重機自身監控帶來了較大難度,因此,整機設立了9個攝像裝置,分別布置在臂架頭部、人字架頂、機房、轉盤及行走機構,中央處理器布置在司機室后的休息室,顯示器安裝在聯動臺右前方。其中臂架頭部及人字架頂為可調焦帶云臺的攝像裝置,分辨率高(實地操作人字架頂攝像裝置,可識別約1.5 km外高約1.2 m的標題字),可清晰觀察被監控設備。圖像信號采集設備均使用防震型攝像裝置,克服普通攝像機經受不住長時間顛簸,使用壽命低,工作時的圖像抖動不清的通病。另外,與以往安裝的攝像裝置不同,本機信號采集全部采用有線傳輸,對于行走機構上的攝像裝置的數據傳輸難題,主要采用數字編、解碼及回轉接頭的辦法使信號既能通過360?;剞D的中心集電器,又能保證通過小流碼即可達到流暢的高質量圖像質量。


1.5其他安全裝置及措施

除以上安全裝置外,為了確保鋼絲繩卷繞機構的安全,主、副起升機構、變幅機構采用雙盤式制動器并各增設2組低速軸安全制動器,保險機構因使用級別較低,采用了單盤式制動器及低速軸安全制動器。為防止工作間隙中起重機產生的風擺,對生產現場其他設備產生的安全隱患,下轉柱設置了旋轉錨定裝置。行走機構上還設置了勾軌器、夾軌器、防風拉錨、行走錨定、緩沖器等常規安全裝置,見圖4。201 1年8月,臺風“梅花”從我國東部沿海經過,該起重機使用地區風力達1l一13級,由于事先按照預報做好防臺準備,各安全裝置工作正常,經受住了臺風的考驗。


行走機構

特殊的工作場合、特殊的作業對象,對超大型門座起重機安全監控系統的設計和建造提出了新的課題,起保駕護航作用的安全裝置的設置也必須適應需求而作不斷的創新。


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