摘 要

随着全球经济的快速发展，人们对于海洋能源的开发和利用的力度不断加强。海洋浮动平台是一种海上基础性的建筑设施，在海洋能源开发领域中起到至关重要的作用，而吊机是其能够完成生产作业的重要组成部分，是海洋工程领域必不可少的重要装备之一。

本文结合已有的60t可移动式平台起重机的相关资料，采用模块化的设计思想，完成了海洋浮动平台110吨级吊机的主体设计，重点介绍了吊机的主要结构件和功能系统，总结出本吊机的主要参数，绘制出本吊机负载曲线图；

本文参考美国石油协会《海上平台起重机规范》和《起重机设计规范》，对本吊机工作中的载荷进行分类计算，对本吊机部分构件进行强度校核，主要包括吊臂、滑轮、油缸、塔身和底座，证明了本吊机结构符合强度要求；

本文利用有限元计算方法，对海洋浮动平台吊机进行了静力分析和预应力模态分析，得到了吊机各个工况下的应力、应变和变形以及固有频率和振型，证明了吊机结构的安全性，并提出了相关改进意见；

本文分析了几种波浪补偿系统的优缺点，完成了海洋浮动平台吊机波浪补偿系统的设计，介绍了本吊机被动式波浪补偿系统的主体设计和工作原理；完成了本补偿系统的相关动力学分析。

关键词：海洋平台、起重机、静力计算、模态分析、波浪补偿

Abstract

With the rapid development of the global economy, consumer demand of marine energy have been continuously increased. The marine floating platform is a basic building facility at sea, and plays a crucial role in the field of energy exploitation, on which the crane is an important part to complete production operations and is one of the indispensable important equipment.

In this paper, based on the relevant data of the existing 60-ton removable platform crane, the design of the 110-ton crane of marine floating platform was completed with the modularized design concept. The main structural parts and functional systems of the crane were introduced, and the main parameters and the crane load curve of the crane were out finally.

This article refers to the American Petroleum Institute "Offshore Platform Crane Specification" and "Crane Design Code" to classify and calculate the load of the crane in the work, and carries out strength check on some components of the crane, mainly including booms, pulleys, cylinders, towers and the base, proving that the crane structure meets the strength requirements;

In this paper, the finite element method was used to carry out the static analysis and prestressed modal analysis of the floating platform cranes. The stress, strain and deformation, and the natural frequency and mode shape of the crane under various working conditions were obtained. Finally this paper proved the security of the crane structure, and put forward relevant improvement suggestions;

This paper analyzes the advantages and disadvantages of several kinds of wave compensation systems, and completes the design of wave compensation system for marine floating platform cranes. This paper introduces the main design and working principle of the passive wave compensation system for this crane, and completes the relevant dynamics of the compensation system. analysis.

Keywords: offshore platforms, cranes, static calculations, modal analysis, wave compensation

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 国内外海洋浮动平台吊机研究现状 1

1.2.2 国内外波浪补偿系统研究现状 3

1.3 本文工作内容 4

1.4 研究技术路线 5

1.5 本章小结 5

第2章 海洋浮动平台吊机主体设计 6

2.1 海洋浮动平台吊机技术要求 6

2.2 模块化设计 6

2.3 海洋浮动平台吊机主体设计 7

2.3.1 海洋浮动平台吊机总体描述 7

2.3.2 海洋浮动平台吊机主要结构件 7

2.3.3 海洋浮动平台吊机主要功能系统 10

2.4 海洋浮动平台吊机主要参数 11

2.4.1 吊机参数 11

2.4.2 吊机使用环境 11

2.4.3 吊机负载曲线图 12

2.5 本章小结 12

第3章 海洋浮动平台吊机载荷计算与结构校核 13

3.1 吊机载荷计算概述 13

3.2 吊机工作中的载荷 13

3.3 吊机垂直动态系数 14

3.3.1 船外起升垂直动态系数 14

3.3.2 船上起升垂直动态系数 15

3.4 吊机钢丝绳选型 15

3.4.1 吊机钢丝绳最大静拉力 15

3.4.2 吊机钢丝绳直径 15

3.5 吊机各旋转构件风载荷 16

3.5.1 吊机吊臂风载荷 17

3.5.2 吊机驾驶室风载荷 17

3.5.3 吊机塔身风载荷 17

3.5.4 起吊重物风载作用到吊臂顶端载荷 18

3.5.5 吊臂旋转件风载荷 18

3.6 吊机底座最大负载 18

3.6.1 吊机水平设计载荷 18

3.6.2 吊机底座最大倾覆力矩 21

3.6.3 吊机回转力矩 23

3.6.4 吊机径向力 24

3.7 吊机吊臂强度校核 25

3.7.1 吊机吊臂根部与油缸受力分析 25

3.7.2 吊机吊臂截面强度校核 27

3.7.3 吊臂连接螺栓强度校核 36

3.8 吊机滑轮轴/座强度校核 39

3.8.1 滑轮轴强度校核 39

3.8.2 滑轮座强度校核 41

3.9 吊臂根部强度校核 41

3.9.1 吊臂根部销轴强度校核 41

3.9.2 吊臂根部销轴耳板强度校核 43

3.10 变幅油缸强度及稳定性校核 43

3.10.1 变幅油缸强度校核 44

3.10.2 变幅油缸活塞杆稳定性校核 44

3.11 变幅油缸轴/座强度校核 45

3.11.1 变幅油缸销轴强度校核 46

3.11.2 变幅油缸销轴耳板强度校核 47

3.12 吊臂塔身强度校核 47

3.12.1 吊臂塔身I-I截面强度校核 48

3.12.2 吊臂塔身II-II截面强度校核 49

3.13 吊机底座强度校核 51

3.13.1 吊机底座受力分析 51

3.13.2 吊机底座销轴强度校核 51

3.13.3 吊机底座销轴耳板挤压强度校核 52

3.13.4 吊机底座销轴耳板抗拉强度校核 53

3.13.5 吊机底座A-A截面强度校核 54

3.13.6 吊机底座横梁强度校核 55

3.13.7 吊机底座纵梁强度校核 56

3.13.8 吊机底座与支撑梁接触点强度校核 58

3.14 回转螺栓强度校核 58

3.15 本章小结 59

第4章 海洋浮动平台吊机静力及模态分析 60

4.1 有限元法概述 60

4.2 吊机有限元模型 61

4.2.1 吊机三维模型 61

4.2.2 吊机模型网格划分 61

4.3 吊机静力分析 62

4.3.1 吊机模型材料参数 62

4.3.2 吊机模型边界条件及载荷 63

4.3.3 吊机模型静力计算结果 63

4.3.4 吊机模型静力计算结果分析与改进意见 70

4.4 吊机模态分析 72

4.4.1 模态分析理论 72

4.4.2 吊机模型模态计算结果 72

4.4.3 吊机模型模态计算结果分析与改进意见 79

4.5 本章小结 82

第5章 海洋浮动平台吊机波浪补偿系统设计 83

5.1 波浪补偿系统 83

5.1.1 主动式波浪补偿系统 84

5.1.2 被动式波浪补偿系统 84

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