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万吨半潜船起升绞车液压泵站的设计文献综述

 2020-05-01 08:39:47  

1.目的及意义

随着全球经济的不断发展,对能源的需求量会越来越大,海洋平台数量会随着海洋开采油气事业的发展大幅度增加,半潜船的市场需求急剧上升。因此,万吨半潜船的发展对全球海洋能源的勘探开发以及大型工业结构的运输具有重要意义。半潜船进行装卸工作时,需要使用起重设备,起重设备配有起升液压绞车,液压泵站向起升液压绞车输送液压能,是起重设备的动力源。本文通过了解目前国内外万吨半潜船的发展及研究状况,结合万吨半潜船起升绞车液压泵站的主要设计参数,掌握万吨半潜船起重设备对起升液压绞车的液压泵站的技术指标和性能要求,考虑系统的工作效率,重点研究分析起重机构和液压泵站系统,主要是起升绞车和液压泵站在额定负荷和40%额定负荷时的工况分析与仿真,这将为万吨半潜船起重设备的研究与优化改善提供参考。最后,在符合设计要求的前提下,设计更加节能的主动补偿的负载敏感液压系统,建立相应的数学模型及仿真模型,并通过计算和仿真的结果进一步比较优化前和优化后的液压系统的性能差异,为其的实际应用提供参考。


20世纪70年代后期,随着全球经济的发展,国际传统海运从常规的小件货物转向大型机械化工设备、大型车辆、大型工业结构件发展。进入90年代后,又逐渐出现超大型货物、超大型整体构件、超大型工业结构模块等等,如海洋石油钻井平台、港口门机、军用设备、管道及电缆等类货物,其具有超宽、超高、超重、形状不规则等特点,都远远超出了普通集装箱船和散货船的结构和技术规范。因此,对于一种能够装载运输超大型结构物的特种运输工程船的需求日益增强,半潜船的出现正好有效地满足这类需求。

半潜船也称半潜式母船,是一种特殊的船舶设计方式,与一般的水面船只不同,半潜船通常拥有较深的吃水,但又不似潜水艇般完全隐没于水中,而是有部分船体或结构外露在水面外。它通过本身压载水的调整,把装货甲板潜入水中,以便将所要承运的特定货物(像驳船、游艇、舰船、钻井平台等)从指定位置浮入半潜船的装货甲板上,将货物运到指定位置。由于隐没在水中的体积比例高,因此半潜船比较不容易受到海面上的波浪影响,能够保持较佳的稳定性而适合当作水上的工作平台使用。半潜船均装有起重设备,可用于货物的装卸与调配。起重设备装有起升液压绞车,由液压泵站向起升液压绞车输送液压能,是起重设备的动力源。液压绞车是利用液压马达直接或通过减速器带动卷筒缠绕钢绳来提升重物的起重设备。由于其具有起动转矩大、安全性好、噪声小、操作可靠、低速稳定性好及效率高等优点,广泛应用于船舶、港口、建筑、冶金等行业。随着工程技术不断发展,绞车的速度越来越快,负载惯性越来越大,绞车系统的精准调控也就变得越来越困难,因此,掌握绞车相关技术参数对其性能的影响规律,有助于改善绞车的调控效果。

早期的半潜驳船并没有动力设备,不具备自航能力,所以那个时期的半潜驳船只能通过拖轮拖带的方式完成运输。日本住友重工于1976年为荷兰Wijsmuller航运公司建造的“Ocean Servant l”号标志着自航式半潜船即现代半潜船的正式诞生。非自航半潜驳船的应用为半潜船的出现打下了良好的基础,事实上也是现代半潜船的前身。中国是继荷兰之后第二个建造自航式半潜运输船的国家。在我国,真正意义上拥有的第一艘半潜船是由广州广船国际股份有限公司制造的“泰安口”号,由上海船舶研究设计院和DELTA MARINE公司共同承担施工设计的。

从分布来看,1万~3万吨级和3万~5万吨级是当前半潜船的主流吨位,且主要为2000年以后新建船舶,占船队总数近80%。载重大、功能强的半潜船基本由DOCKWISE掌握,但是中国的半潜船发展较快,已经成为半潜船市场的非常重要的竞争者。早期半潜船的设计基本由欧洲设计公司,尤其是荷兰的设计公司如Vuyk Engineering Centre来完成。随着经验积累,国内设计单位如七〇八所完成了海洋石油278半潜船的设计工作,将中国带进先进半潜船设计国家行列。现今我国已经掌握了5万吨以上高端半潜船的设计能力。国内具有半潜船设计能力、改装设计能力的机构有上海船舶研究院、七〇八所等。进入新世纪以来,中国国内的航运企业发展半潜船运输,先后有“泰安口”等30余艘新建/改造半潜船/半潜驳建造完成,其中高端半潜船有近十艘之多。可以说在建造领域,中国已经成为世界第一的半潜船建造国家。目前世界上共有130余艘半潜船处于运营状态。拥有半潜船的国家主要有荷兰、挪威、中国,其中荷兰是世界上第一个建造半潜船的国家。当前主要运营公司包括荷兰DOCKWISE、挪威OCEAN HEAVYLIFT(OHT)公司、中远航运、振华重工等。

相较于传统海运,半潜船运输属于特种运输中的高端市场,盈利能力较强,因此半潜船市场的竞争也愈发激烈。未来半潜船的技术发展也会随着市场竞争,出现不同的特征:

(1) 无艏、艉楼全通甲板开启新一代半潜船设计方向;

(2) 可移动式浮箱使得载货操作更为便捷;

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