專利名稱：超大型浮吊的重載打撈波浪補(bǔ)償系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及港口重型機(jī)械領(lǐng)域，特別是深海打撈、海洋重工領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
大型浮吊是一種能夠在航道或近岸海域進(jìn)行定點(diǎn)施工作業(yè)的水上起重裝備，如進(jìn)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(jìn)行定點(diǎn)起重施工作業(yè)時(shí)。以起重量這一參數(shù)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(shù)向大型化、高科技化方向迅速發(fā)展，大型浮吊也向超大型化、高效化發(fā)展。以適應(yīng)世界海洋發(fā)展戰(zhàn)略的新形勢、新技術(shù)發(fā)展的需要；現(xiàn)有的海洋工程作業(yè)表現(xiàn)出如下特點(diǎn)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(qū)域大，能重載全回轉(zhuǎn)作業(yè)，靈活高效；第二，大型浮吊要求實(shí)現(xiàn)近海及深海
作業(yè)；第三，大型浮吊能應(yīng)對海上多變復(fù)雜的氣候條件，克服風(fēng)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(qū)自航，快速到達(dá)世界各個(gè)海域進(jìn)行海上作業(yè)，以應(yīng)對世界經(jīng)濟(jì)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(shí)現(xiàn)海上的各種惡劣工況下的作業(yè)，能克服風(fēng)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(fā)明并研制出重載打撈波浪補(bǔ)償系統(tǒng)。 國外對波浪補(bǔ)償方法研究的很多，應(yīng)用也僅局限在軍事上的軍艦補(bǔ)給上，但在大型浮吊上應(yīng)用波浪補(bǔ)償?shù)膸缀跏强瞻祝聦?shí)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(dǎo)致浮吊船體擺動幅度增加，因此，更加有必要研究和發(fā)明一套適合在超大型浮吊應(yīng)用的重載打撈及海洋工程波浪補(bǔ)償系統(tǒng)。 國內(nèi)外均未有波浪補(bǔ)償式的大型浮吊，現(xiàn)有的中型及大型浮吊(起重量在1000噸以上)均不具有波浪補(bǔ)償功能。 目前，理論上研究較多的常見波浪補(bǔ)償方式有主動與牽引復(fù)合式補(bǔ)償方式；隨動補(bǔ)償方式；綜合補(bǔ)償方式；油缸加蓄能器的氣液混合型補(bǔ)償方式。這四種常見的波浪補(bǔ)償方式均有一定波浪補(bǔ)償功能，其中主動與牽引復(fù)合式補(bǔ)償方式僅有鉛垂方向上補(bǔ)償功能，沒有解決波浪橫向補(bǔ)償和縱向補(bǔ)償問題，同時(shí)浮吊與重物位置對繩索控制靈敏度影響補(bǔ)給效果；隨動補(bǔ)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(shí)現(xiàn)，使用不便；綜合補(bǔ)償裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高；油缸加蓄能器的氣液混合型補(bǔ)償方式在浮吊與重物相對速度較小情況下，具有波浪補(bǔ)償效果，浮吊作業(yè)時(shí)與重物相對速度??；綜合以上幾種波浪補(bǔ)償裝置的特點(diǎn)，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(bǔ)償方式。本發(fā)明專利所克服的難點(diǎn)和重點(diǎn)是
1.由于起重量超大，起重量可達(dá)成千上萬噸； 2.由于海洋氣候環(huán)境惡劣，超大型浮吊要適應(yīng)這樣的環(huán)境條件下進(jìn)行海上作業(yè)、進(jìn)行深海打撈和海洋平臺安裝，務(wù)必提供更加安全和高效的系統(tǒng)； 3.超大型浮吊作業(yè)進(jìn)行波浪補(bǔ)償，必須對浮吊各個(gè)關(guān)鍵位置的擺動作準(zhǔn)確且實(shí)時(shí)
的監(jiān)測，并將監(jiān)測信號實(shí)時(shí)輸入到PLC控制系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)也必須根據(jù)監(jiān)測信號，實(shí)時(shí)對
液壓系統(tǒng)中油缸、蓄能器等發(fā)出控制指令，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。整個(gè)過程可能是在很短時(shí)間內(nèi)完
成的，所以補(bǔ)償系統(tǒng)必須具有很好響應(yīng)速度，具有控制的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性； 4.國內(nèi)外波浪補(bǔ)償技術(shù)目前僅處于研究階段，應(yīng)用也僅限于軍艦補(bǔ)給領(lǐng)域，而波
浪補(bǔ)償系統(tǒng)在海洋工程領(lǐng)域應(yīng)用，特別是應(yīng)用于海洋工程不可或缺的重型裝備超大型浮吊
屬于首創(chuàng)，因此本發(fā)明成果具有前瞻性，對我國海洋戰(zhàn)略有一定意義。

發(fā)明內(nèi)容
本新型系統(tǒng)采用有顯著的節(jié)省起升電機(jī)的動力消耗、精確性高、簡單集成的、基于一個(gè)閉環(huán)的動力控制；系統(tǒng)安裝在浮吊塔架結(jié)構(gòu)內(nèi)，(見附圖l)，空間占用小。包括機(jī)械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)以及液壓油缸和蓄能器的控制等；機(jī)械系統(tǒng)由起升巻筒、各套滑輪、鋼絲繩、大噸位吊鉤組成；液壓系統(tǒng)由油缸、蓄能器、液壓油泵、液壓閥組成；監(jiān)控系統(tǒng)由浮吊本體位移監(jiān)測、浮吊船體位移監(jiān)測、浮吊起吊重物位移監(jiān)測組成。(見附圖3) 機(jī)械系統(tǒng)是補(bǔ)償系統(tǒng)的直接執(zhí)行裝置，浮吊作業(yè)時(shí)，起升巻筒36轉(zhuǎn)動帶動鋼絲繩37經(jīng)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(shí)，鋼絲繩處于張緊狀態(tài)，由于波浪載荷的作用，浮吊船體發(fā)生傾斜，造成鋼絲繩松弛，當(dāng)浮吊船體擺動至相反方向時(shí)，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(yán)重時(shí)吊重貨物擺動和浮吊船體的縱蕩和橫傾擺動發(fā)生耦合，當(dāng)波浪激勵的頻率靠近貨物擺動自然頻率時(shí)，貨物擺動呈紊亂現(xiàn)象；此時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)31檢測到浮吊的擺動立即啟動補(bǔ)償系統(tǒng)，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(jié)構(gòu)的塔架中，與主升鋼絲繩連接；通過油缸伸縮推動補(bǔ)償滑輪23上下移動，從而吸收或補(bǔ)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(shí)現(xiàn)補(bǔ)償目的。此時(shí)控制系統(tǒng)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(tài)，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(shí)船體搖擺不定，而吊重也隨之搖擺，甚至發(fā)生紊亂直至無法控制的問題。 液壓系統(tǒng)是補(bǔ)償系統(tǒng)的間接執(zhí)行裝置，液壓系統(tǒng)通過油缸伸縮推動補(bǔ)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(shí)收縮放出起升鋼絲繩，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償目的。高壓氣體蓄能器系統(tǒng)可以提高載荷循環(huán)，減少瞬間過載時(shí)的電力要求；高壓氣體提供被動載荷補(bǔ)償時(shí)的能量，其中包括高壓氣罐，壓力用空氣壓縮機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)。打開或關(guān)閉閥來控制高壓罐的使用； 監(jiān)控系統(tǒng)是補(bǔ)償系統(tǒng)的檢測和控制裝置，其中檢測系統(tǒng)是非常敏感的位移和加速度傳感器組成的系統(tǒng)，用于檢測浮吊各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的擺動，同時(shí)把檢測信號實(shí)時(shí)傳輸給控制系統(tǒng)；監(jiān)控系統(tǒng)31檢測到浮吊船體1的擺動位移，即時(shí)發(fā)出控制指令，控制主動補(bǔ)償回路A開始運(yùn)作，液壓動力供給系統(tǒng)32啟動，油缸33開始工作，通過油缸伸縮推動補(bǔ)償滑輪上下移動，從而吸收或補(bǔ)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(bǔ)償滑輪39纏繞后再經(jīng)過吊鉤滑輪組起升，整個(gè)補(bǔ)償系統(tǒng)受到監(jiān)控系統(tǒng)的閉環(huán)控制，以保證對吊重?cái)[動的準(zhǔn)確控制。保證了浮吊重載起升時(shí)，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(jiān)控系統(tǒng)31通過檢測系統(tǒng)38對浮吊本體位移監(jiān)測，浮吊船體位移監(jiān)測，浮吊起吊重物位移監(jiān)測，實(shí)時(shí)監(jiān)控浮吊本體及船體的受波浪影響下的運(yùn)動狀況(縱傾和橫傾擺動位移、加速度等)，并把監(jiān)測的數(shù)據(jù)信號，輸入PLC控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)對液壓油缸和蓄能器的實(shí)施實(shí)時(shí)控制，保證主動補(bǔ)償回路和被動補(bǔ)償回路的正常工作，形成一套閉環(huán)控制系統(tǒng)。
補(bǔ)償功能用于起升以及下降，移動搬運(yùn)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(shí)，波浪影響浮吊船體的船傾或縱蕩、使得吊重平臺無法對準(zhǔn)指定安裝位置的問題。主動補(bǔ)償回路A有能量消耗，被動補(bǔ)償回路B通過蓄能器吸收并儲存一定的能量，用于補(bǔ)充主動補(bǔ)償回路A的能量損失。 以上三個(gè)主系統(tǒng)是本專利發(fā)明的超大型浮吊重載打撈波浪補(bǔ)償系統(tǒng)的三大主要系統(tǒng)通過這三個(gè)系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合，形成了超大型浮吊重載打撈波浪補(bǔ)償系統(tǒng)，本發(fā)明專利具有如下特點(diǎn) 1.解決了超大型浮吊作業(yè)時(shí)，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(dāng)波浪周期性激勵的頻率靠近吊重?cái)[動自然頻率時(shí)，貨物擺動呈紊亂現(xiàn)象的問題； 2.解決了超大型浮吊重載打撈時(shí)，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?dāng)[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(shí)，由于波浪影響和重物在回轉(zhuǎn)移動過程中導(dǎo)致船體重心的變化，浮吊船體會發(fā)生船傾或縱蕩，使得吊重平臺無法對準(zhǔn)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(yùn)動，會產(chǎn)生撞擊力的問題。 經(jīng)模擬后發(fā)現(xiàn)，超大型浮吊在起升同貨物起重量時(shí)，貨物的擺動幅度減小100%以上。通過機(jī)械和液壓補(bǔ)償系統(tǒng)的聯(lián)合動作功能，并通過監(jiān)控系統(tǒng)對浮吊和補(bǔ)償系統(tǒng)的有效控制，能夠有效解決超大型浮吊重載打撈時(shí)，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?dāng)[動的問題；海上安裝作業(yè)時(shí)，能應(yīng)對海上多變復(fù)雜的氣候條件，克服風(fēng)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(yīng)海上作業(yè)的惡劣工況。因此，本專利發(fā)明超大型浮吊的重載打撈波浪補(bǔ)償系統(tǒng)，使得海上打撈，海上重載作業(yè)更加高效，更加安全，作業(yè)領(lǐng)域更廣，海上作業(yè)適應(yīng)性更強(qiáng)。


下面結(jié)合附圖與實(shí)施案例進(jìn)一步說明本發(fā)明。
圖1重型浮吊系統(tǒng)的示意圖； 圖2浮吊重載打撈波浪補(bǔ)償系統(tǒng)部分組成示意 圖3浮吊重載打撈波浪補(bǔ)償系統(tǒng)示意 圖中標(biāo)號 1 、浮吊船體2、浮吊上部結(jié)構(gòu)3、起升系統(tǒng)4、浮吊臂架5、起吊重物6、本專利補(bǔ)償系統(tǒng)21、起升巻筒22、多個(gè)補(bǔ)償油缸23、多組補(bǔ)償滑輪24、蓄能器25、起升倍率滑輪26、大噸位吊鉤31、監(jiān)控系統(tǒng)32、液壓動力供給系統(tǒng)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(tǒng)39、補(bǔ)償滑輪
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖3對本發(fā)明重型浮吊做進(jìn)一步的描述 在浮吊船體和浮吊臂架頭部等各個(gè)關(guān)鍵位置布置有監(jiān)測用傳感器，傳感器把檢測到的信號實(shí)時(shí)傳輸?shù)奖O(jiān)控系統(tǒng)； 首先當(dāng)浮吊起升重物時(shí)，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(shí)控制系統(tǒng)根據(jù)各點(diǎn)傳感器采集到的信號，進(jìn)過PLC控制器處理并發(fā)出指令，主動補(bǔ)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(tài)，重物保持平衡，不會產(chǎn)生擺動；當(dāng)控制系統(tǒng)檢測到起升鋼絲繩張力到一定值時(shí)，被動補(bǔ)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(shí)收縮放出起升鋼絲繩，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償目的，此時(shí)，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(dá)到有效控制吊重?cái)[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(bǔ)償系統(tǒng)； 第二浮吊在海上進(jìn)行深海重載打撈作業(yè)時(shí)，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(shí)分布于浮吊各點(diǎn)的傳感器把檢測到的信號實(shí)時(shí)傳輸?shù)奖O(jiān)控系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)各點(diǎn)傳感器采集到的信號，進(jìn)過PLC控制器處理并發(fā)出指令，主動補(bǔ)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(tài)，重物保持平衡，不會產(chǎn)生擺動；當(dāng)浮吊船體反向傾斜時(shí)，控制系統(tǒng)檢測到起升鋼絲繩張力到一定值時(shí)，被動補(bǔ)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(shí)收縮放出起升鋼絲繩，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償目的，此時(shí)，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(dāng)然，以上過程都是在很短時(shí)間內(nèi)完成的，監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制，所以該補(bǔ)償系統(tǒng)具有較好響應(yīng)速度。 第三浮吊在海上吊裝大型結(jié)構(gòu)時(shí)，波浪對浮吊船體影響導(dǎo)致的海上平臺對接困難問題，此時(shí)控制系統(tǒng)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(tài)，重物保持平衡，不會產(chǎn)生擺動，保證海上平臺順利對接，提高浮吊作業(yè)效率；
第四浮吊將打撈上來的重物或大型結(jié)構(gòu)吊裝到船甲板或海上平臺時(shí)，被吊貨物是以慢速度下降，平臺之間的相對運(yùn)動，會產(chǎn)生撞擊力，該裝置的重力吸收發(fā)揮作用，在貨物與平臺甲板接觸瞬間感應(yīng)高壓蓄能器，同步向補(bǔ)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(shí)船體搖擺不定、而吊重也隨之搖擺，甚至發(fā)生紊亂直至無法控制的問題；以及在海上平臺吊裝時(shí)，波浪影響浮吊船體的船傾或縱蕩，使得吊重平臺無法對準(zhǔn)指定安裝位置的問題。
權(quán)利要求
一種超大型浮吊的重載打撈波浪補(bǔ)償系統(tǒng)，包括機(jī)械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)以及液壓油缸和蓄能器的控制等，其特征在于，機(jī)械系統(tǒng)由起升卷筒、各套滑輪、鋼絲繩、大噸位吊鉤組成；液壓系統(tǒng)由油缸、蓄能器、液壓油泵、液壓閥組成；監(jiān)控系統(tǒng)由浮吊本體位移監(jiān)測、浮吊船體位移監(jiān)測、浮吊起吊重物位移監(jiān)測組成1)監(jiān)控系統(tǒng)(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(shí)發(fā)出控制指令，主動補(bǔ)償回路A運(yùn)作，液壓動力供給系統(tǒng)(32)啟動，油缸(33)工作，通過油缸伸縮推動補(bǔ)償滑輪(39)上下移動，從而吸收或補(bǔ)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(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)(31)檢測到起升鋼絲繩(37)張力到一定值時(shí)，被動補(bǔ)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(bǔ)償滑輪(39)及時(shí)收縮放出起升鋼絲繩(37)，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償目的；3)監(jiān)控系統(tǒng)(31)通過檢測系統(tǒng)(38)對浮吊本體位移監(jiān)測，浮吊船體位移監(jiān)測，浮吊起吊重物位移監(jiān)測，并把監(jiān)測的數(shù)據(jù)信號，輸入PLC控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)對液壓油缸(33)和蓄能器(24)的實(shí)施實(shí)時(shí)控制，保證主動補(bǔ)償回路A和被動補(bǔ)償回路B的正常工作，形成一套閉環(huán)控制系統(tǒng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的起升鋼絲繩(37)通過補(bǔ)償滑輪 (39)纏繞后再經(jīng)過吊鉤滑輪組起升，整個(gè)補(bǔ)償系統(tǒng)受到監(jiān)控系統(tǒng)(31)的閉環(huán)控制，以保證 對吊重?cái)[動的準(zhǔn)確控制。
全文摘要
本發(fā)明超大型浮吊的重載打撈波浪補(bǔ)償系統(tǒng)，包括機(jī)械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)以及液壓油缸和蓄能器的控制等，機(jī)械系統(tǒng)由起升卷筒、各套滑輪、鋼絲繩、大噸位吊鉤組成；液壓系統(tǒng)由油缸、蓄能器、液壓油泵、液壓閥組成；監(jiān)控系統(tǒng)由浮吊本體位移監(jiān)測、浮吊船體位移監(jiān)測、浮吊起吊重物位移監(jiān)測組成本發(fā)明解決了超大型浮吊重載打撈時(shí)、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(jié)構(gòu)時(shí)，波浪對浮吊船體影響導(dǎo)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(yīng)海上作業(yè)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(yōu)先權(quán)日2009年8月6日
發(fā)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(qiáng), 高翔 申請人:上海海事大學(xué)