重型海洋工程起重机吊重试验的技术支持及其应用

深水铺管起重船“海洋石油201”由海洋石油工程股份有限公司全额投资，是全球**艘同时具备3000米级深水S型铺管能力、DP-3+DP-2级动力定位能力和4000吨级大型起重能力的船型深水海洋工程船舶，船长204.65m，型宽39.2m，型深14m，安装在船艉的重型海洋工程起重机备在全回转模式下具备3500t的起重能力，在艉固定后背绳模式下具备4000t的起重能力。该主起重机在2012年4月中旬顺利完成多项大型吊重试验，并得到深水铺管起重船工程项目组、接船组、CCS和ABS等单位的验收。是主起重机吊重试验的示意图。  

为配合主起重机制造厂顺利开展大型吊重试验，深水铺管起重船工程项目组组织设计院、研究所、接船组和船厂等有关单位人员共同完成了与船舶相关的多项技术支持工作，包括大型吊重试验的压调载方案设计和程序准备、稳性和强度校核、浮态分析、倾斜试验（起重工况的初稳性高验证）和实时应力监测等。  

吊重试验手册由主起重机制造厂编制，并得到船级社和工程项目组批准。按照该试验手册，主起重机功能和吊重试验项目多达56项。根据相关计算分析，与船舶性能密切相关的主要有1686t60m吊重试验、3000t41.25m回转试验、3850t3325m超负荷变幅试验、4000t4325m变幅试验和4400t43m超负荷艉固定后背绳吊重试验。这些试验工况对于新建船舶的完整稳性、船体总纵强度、压载系统的可靠性乃至主起重机自身的结构强度都是极大的考验。  

技术人员和作业人员经多次研究和讨论，编制出一整套应用于本船吊重试验的方案和措施，经实践证明，这些方案和措施是有效可行的，确保了各项大型吊重试验安全、顺利地完成。  

1压调载方案设计在设计船舶压调载方案时，首先应在满足船体总纵强度的前提下，尽可能提高船舶的稳性。在起吊吊重试验用水箱后使得船舶的重心篼度大幅增加，而初稳性高相应降低。为避免初稳性高下降过多，应尽可能使预压载水量较大且重心较低，同时又要避免起吊后超出10.6m这个船舶*大起重吃水。这个原则适用于3850t3325m超负荷变幅试验、4000t43~25m变幅试验和4400t43m超负荷艉固定后背绳吊重试验，由于这些吊重试验没有涉及主起重机旋转，船舶在试验过程中不需调载配合。  

但在3000t41.25m回转试验中，除考虑提高船舶稳性外，在压调载方案设计时要考虑预留出部分压载舱空间用于压载水调拨。此外还要考虑以下4项原则：**，压载水只能在压载舱内流动，既不能往舷外打，也不能将海水打入压载舱内，也就是说，任何时刻，船上压载水总量应保持不变。第二，应考虑压载泵和压载舱的实际情况。比如有些压载舱内的舱底水无法在短时间内完全抽干，在设计上就应给予这些舱5%至10%余量的考虑；通常注水舱由于压载舱内部结构和船舶纵横倾等原因也很难打满，在设计上建议按95%容量考虑，即认为这些舱是打不满的。第三，尽可能考虑对舱调拨，例如主起重机往左炫旋转，左戒压载舱就应依次向右舷对称舱调拨；在对舱调拨后，如果还需要继续调载，可以采用对角调拨，如从No.6P舱拨到No.17S舱（No.6S舱在预压载时已经注满）。第四、充分利用燃油舱和淡水舱进行合理配置，可以有效降低船体梁*大弯矩和提高船舶稳性。  

参与回转试验的调载工作。另有2对淡水舱和3对燃油舱。  

经多次分析研究，*终将3000t41.25m回转试验的调载顺序确定为：在吊臂从0.转到15.时，No.llP->No.llS，No.lOP―No.lOS；在吊臂从在试验期间，要求压载系统操作人员保持沉着冷静的心态，熟练掌握压载系统的操作和调拨压载水的流程，时刻与试验指挥和主起重机操作人员保持良好的通话和协作。根据经验，在主起重机旋转初期，调拨压载水通常是跟不上主起重机旋转速度的，船舶总是向主起重机旋转方向倾斜。为此，一旦当船舶向旋转方向倾斜接近1°时，应立即要求主起重机停止动作，待船舶调平后才允许继续旋转。  

在主起重机旋转到左艇90°后，试验基本上可以结束。此时，可以将试验水箱慢慢放入海中，并配合反拨压载水使船舶保持水平。  

图；2液舱布置图表13000t41.25m回转试验调载调载舱调载舱水量占比/%编号舱容/t预起吊工况注：（1）预起吊工况，即主起重机钩头加载前的准备工况；0°、15°、45°和90°为回转试验过程中吊臂角度；调载舱水量占比，即调载舱中实际水量与舱容的比例；调载舱水量占比10%视为该舱无法在短时间内完全抽干。  

2稳性和强度校核按照装载手册列出的稳性衡准、船体许用弯矩和许用剪力的要求，本船1686t60m吊重试验、回转试验、3850t33ir25m超负荷变幅试验、4000t43m~25m变幅试验和4400t43m超负荷艉固定后背绳吊重试验工况的稳性和强度校核均满足CCS和ABS要求。  

3浮态分析大型吊重试验的初稳性高通常较低，一些极端的工况甚至可能出现小于lm的情况。假定船舶排水量不变，附加横倾力矩很可能引起较大的横倾。以下列出几个实用分析公式，有助于提前了解环境条件变化和起重机操作对船舶浮态的影响。  

3.1环境风速大型吊重试验通常安排在天气状态良好的遮蔽码头进行，会对船舶浮态造成明显影响的环境因素主要是阵风，而波浪和流可以忽略不计。假设环境风速造成船舶1°的初始横倾，则对于所有吊重工况都可以通过公，等10分钟后读取N0.15P和N0.15S压载舱测深，计算实际调拨压载水量和横倾力矩；读取油槽摆锤刻度，计算横倾角；将N0.15S压载舱约350t海水打到：N0.15P压载舱，等10分钟后读取N0.15P和N0.15S压载舱测深，计算实际调拨压载水量和横倾力矩；读取油槽摆锤刻度，计算横倾角；计算预起吊工况初稳性高推算起吊后初稳性高GM，并与设计值进行比较。  

试验方案中有两点需要提醒，一是横倾角的测量，不采用船上运动单元（MRU）或吃水传感器等设备读取横倾角，建议采用油槽和摆锤；二是特别注意压载舱自由液面对初稳性高的影响。以No.l压载舱为例，该舱位于船首底部，*大自由液面惯性矩为33503m4，通常要求将该舱装满。假设由于疏忽，只装了98%，自由液面修正将使得初稳性高下降约0.55m.也就说，如果设计初稳性高仅为lm，由于1压载舱自由液面的影响，实际初稳性高将下降到0.45m.如果此时进行试验，将是非常危险的。所以在试验开始前应认真检查压载舱状态，尤其是那些自由液面惯性矩较大的压载舱。  

在计算得到预起吊工况初稳性篼GMo后，可根据静水力学基本原理推算起吊工况初稳性高GM.因步骤较为繁琐，篇幅所限，这里不再展开。  

从表2可以看出，从试验得到的实际初稳性高略低于NAPA软件计算值，但总体偏差控制在5%以内，基本上可以接受。  

表2倾斜试验（初稳性高验证）工况NAPA计算值/m倾斜试验/m差异/m百分比/%预起吊注：“NAPA计算”栏中各工况的初稳性高是在倾斜试验现场根据实际压载状况计算得到的。  

5实时应力监测在大型吊重试验期间，超大负荷会对主起重机和船体的结构产生相当大的应力。为了解主起重机和船体结构的受力状况，选取14个测量点，采用粘贴式应变片方式进行定点实时应力监测。  

S.1测量点布置根据对主起重机和船体结构受力分析，共选取了14处作为测量点。其中，船体梁（No.14应力测1应力测量点No.122应力测量点No.13.13「点5.2应力监测结果在主起重机吊重试验期间，14个监测点测得的*大应力列于表3.表3应力监测测点编号屈服强度/MPa*大应力/MPa百分比/%注：“*大应力”栏中正值为拉应力，负值为压应力。个别测量点（Na9、No.10）应变片出现问题导致数据不准，因此不在表中列出。所有测量点均未考虑初始应力。  

6结语本文对深水铺管起重船主起重机吊重试验的技术支持应用情况进行了总结，并提出若干实用性很强的压调载方案设计、稳性强度校核、浮态分析、初稳性高验证和实时应力监测等经验和做法，将为今后类似重型海洋工程起重机的吊重试验提供重要的技术。