具备升沉补偿功能的海洋起重机吊重位移量测量方法

摘 要：本文以多功能水下工程船“海洋石油286”为例，详细介绍了具备升沉补偿功能的海洋起重机吊重位移量测量方法及步骤，为以后类似起重机的升沉补偿试验提供测试方案。

关键词：升沉补偿；位移量

中图分类号：U667.5 文献标识码：A

Abstract： This paper takes a certain multi-purpose offshore construction vessel “HAIYANGSHIYOU 286” as an example to introduce the measuring method and procedure of load position deviation of heave compensation offshore crane.

Key words： Active and passive heave compensation；Position deviation

1 前言

随着国家深海战略的实施推进，水下作业海洋工程船舶的建造取得了快速的发展。水下作业海洋工程船舶一般需具备DP3能力，能在复杂海况环境条件进行多种深水水下施工作业，如：采油树、PLEM、PLET、跨接管、CDU等。船舶起重机在进行以上施工作业时，吊重会因船舶受到波浪的作用而产生升沉及纵横摇等复杂的相对运动，从而无法保持位置固定，这对于水下作业会带来较大的安全风险，增加施工难度，因此具备波浪补偿功能的重型船舶起重机越来越多地在海洋工程船舶上得到实际应用。吊重位移偏移量作为具备波浪补偿海洋起重机的重要指标，必须得到实际的检测及测量。

2 波浪补偿功能简介

波浪补偿功能主要由执行机构、相对运动检测模块和控制系统组成。控制系统根据相对运动参数检测信号，包括船舶摇摆周期、振幅等信息，通过控制系统进行计算，根据计算出的结果给出控制信号，驱动执行机构进而实现波浪补偿。

波浪补偿原理及受力载荷平衡图，如图1、图2所示。

船舶在海洋中会随着波浪产生相应的振幅及加速度，吊重上下浮动，补偿油缸的受力随之减少或者增大，根据起重机MRU的检测数据，自动调整氮气及液压油注入补偿油缸的容量，增大或者减少补偿油缸的伸缩行程，以达到减少吊重位移的目的。

3 吊重位移量的测量方法

3.1 补偿系统试验

3.1.1 试验准备工作

进行此项试验前需具备以下条件：

（1）波浪补偿试验时，船舶无其他能引起船舶摇摆的工作；

（2）选取试验吊重；

（3）ROV的支持；

（4）单独的水深测量设备，如HIPAP等；

（5）海况检测装置；

（6）适当的水深；

（7）船舶相关的抗横倾系统试验完毕。

补偿系统试验的目的是检测起重机吊重的实际位移量，此数值理论上越小越好。“海洋石油286”船配置HUISMAN产品OMC9000-400桅杆式起重机，技术指标中吊重位移量不大于15 cm。

为了保证吊重放入水中不会产生倾倒现象，吊重的设计及制作应尽量设置成一个整体的构件，同时整体的结构形式也利于吊重沉入海底时克服淤泥的吸附力，如图3所示。

测量绳在水中会因波浪及洋流处于浮动状态，测量绳的浮动会造成偏移量测量的误差较大。为此设计了以下的测试方案（见图4）：图中带有刻度的测量绳长度一般长约15～20 m（采用红、白油漆以5 cm为间距进行涂色，方便ROV水下摄像头的观察），一端连接浮球（浮球完全浸没水中），另一端连接10～15 kg重物（此端落入海床底部），测量绳穿过眼环（眼环固定在吊重上）随吊重一起放入海底。此方案可以保证吊重在上下位移的过程中始终保证眼环处测量点与海床之间的尼龙绳为直段，提高数据测量的准确性。

3.1.2 试验步骤

下面以海洋石油286船为例，介绍试验的详细步骤：

（1）首先根据起重机厂家提供的负重曲线，选取适当吊重。

（2）参照起重机的设计参数、工作环境，选取适当的海况，如表1所列。

（3）确定以上参数之后，将船舶航行至相应海域，测量实际海况、风速等信息，同时按照方案布置，图4准备好所有的试验工具，符合要求后，先进行波浪补偿的功能性试验（空载），步骤如下：

①根据起重机自身的MRU单元，记录实际的海况信息，包括波高、波浪周期；

②检查起重机各设备的运转状况是否正常；

③将钩头落入水中约50 m处，记录起重机驾驶室屏幕显示的钩头位置；

④开启波浪补偿模式，起重机进入波浪补偿工作状态；保持此状态运行20分钟，检查系统的温度、压力、液位等；

⑤利用ROV监测钩头的位置偏移量是否正常；

⑥提升钩头至主甲板，关闭AHC模式。

（ 4 ）功能试验合格之后，进行负载试验，步骤如下：

①将固定在主甲板的重物挂至钩头上，注意各索具卸扣的连接要符合吊装工艺；

②提升重物，记录空气中吊重的数值；

③回转吊臂，下放吊重至刚接触水面的位置，重新设置起重机钢丝绳里程表；

④下放钩头至水下约5 m处，记录重物在水中的重量；

⑤继续下放钩头，直至吊重距海床表面约10 m处；

⑥根据驾驶室显示屏上读数记录水深、吊重数值；

⑦开启起重机波浪补偿模式，保持15分钟；

⑧根据驾驶室显示屏上的读数，记录下吊重的位置偏移量，同时ROV一直配合此项工作，在ROV控制室直观监测到吊重的位置偏移量，与起重机驾驶室读数形成比较；

⑨继续下放钩头，直至吊重落至海床上；保持运行5分钟，重复步骤⑧，记录数据；

⑩提升钩头至海床上约10 m处，保持运行5分钟，重复步骤（⑧，记录数据；

⑾关闭波浪补偿模式，提升吊重，放至主甲板；

⑿吊重与钩头之间脱离，起重机吊臂放至吊臂托架上，试验结束。

本船的试验水深80 m，吊重选取100 t，波高约1.8 m。在此环境下进行了补偿功能的测试。经过实测，吊重的实际位置偏移量不大于15 cm，达到设计指标要求，相关海试图片见图5。

4 结束语

本文对吊重位移量试验的前期准备、吊重工装形式的设计、位移量的测量方案、测量步骤等进行了阐述，文中图4的测量方案具有通用性，具备补偿功能的起重机测试都可按照此方案进行补偿功能试验，但需特别注意，不同的起重机、吊重及海况的选取需严格按照各起重机的技术指标选取，否则将影响吊重位移量的测量精度。

参考文献

[1] 中国船级社.船舶与海上设施起重规范[M].北京：人民交通出版社，2007.