绕桩吊滑触线安装设计

1 前言

近年来， 随着清洁能源所占比例的逐年提高， 风电正成为发展趋势。相比陆上风电的偏远难寻、寻到后难以实施利用， 我国近海风力具有资源丰富、使

用便捷、成本相对较低等特点， 有一定的发展潜力，海上风电安装平台及起重设备应时而生。起重设备作为安装、维护、更换风电装置的重要设备， 其性能及工作能力至关重要。我司为中交三航局设计的“风华”号风电安装船上的 1 000 t 和 360 t 绕桩吊具有占用空间小、自重轻、工作范围合理、稳定性高等特点。绕桩吊作为目前海上风电安装的一种新型起重机形式， 正逐步被海上风电安装平台所推荐， 其有效节省了甲板起重设备的占用空间。与此同时， 因绕于桩腿外侧， 有效减轻了自身及平台的重量。但是因为绕桩吊有别于传统起重设备， 增加了设计**及研发难度， 尤其是因起重机中心被桩腿所占， 使得传统的中心集电器输送电能的形式在绕桩吊上无法实现。如何传输电能即成为亟待解决的一大核心问题。

2 方案选择

解决起重机电能输送问题主要有以下 3 种方法:

( 1) 自带柴油机发电。该方法设计简单、安装方便， 但是由于其自重大， 对起重机结构产生较大影响。除此之外， 其日后的维护及加油也会给使用方带来各种不便。

( 2) 拖链形式。该方法因为设计简单、安装简便， 制作精度要求不高， 自重较之柴油机发电减轻许多， 又可良好利用船电， 价格相对便宜， 所以较为常见。不足之处在于起重机受拖链长度限制， 无法做到全回转， 只能在一定角度之内回转， 给实际吊装带来一定的不便。
( 3) 滑触线形式． 该方法设计难度大， 价格高，实际安装精度要求高， 且滑触线方案以往多用于直线传输项目圆面环形接触导电方式非常罕见， 特别是起重机领域。但相较于拖链， 滑触线自重更轻， 同时可以做到 360°全回转， 不受角度约束， 大幅提高了日后的实际操作效率［1］ 。三者相比， 并考虑*终用户的使用情况， *终选择滑触线作为“风华”号起重机的输电方式。要求为: 集电器安装方管中心到吊夹安装支架中心的距离误差在 15 mm 以内 ( 1 000 t 安装面为7 170mm; 360 t 安装面为5 470 mm) ， 集电器和对应滑触线间的误差在 10 mm 以内， 即垂直方向滑线安装误差需要控制在 10 mm 之内。

3 支架安装及设计
滑触线支架分为集电器支架 和滑环支架 2 个部分。
集电器支架是安装滑触线接头用支架， 我们在设计时将其分为两部分: 上部为圆管拼装结构， 直接焊于回转轴承法兰处， 随着一圈多套( 1 000 t 起重机为 8 套; 360 t 起重机为 6 套) 集电器安装的位置进行长度调整; 下部以法兰螺栓对接于接头安装支架。该支架我们做到多套一致， 以方便在以后的维护保养时更换， 具有可替代性强、更换方便等特点。
在法兰连接处皆可以增加垫片， 以调整垂直位置使其满足厂家垂直安装公差用。此外， 在集电器安装方管法兰上， 采用了环形腰型孔， 使得方管可以绕中心进行正负 15° 调整。通过此设计， 可以有效避免上支架焊接时存在左右方向与滑线不垂直的偏差， 从而导致集电器安装时与滑线产生一定角度而接触不完全， 影响使用性能的情况。为了更好地控制集电器的安装垂直公差， 还增加了方管的有效安装距离， 方便厂家在沿着方管长度方向安装集电器时可以根据现场实际情况进行调整。

除了考虑集电器支架的安装公差外， 该支架的强度特别是刚度也是重点考虑的问题。因为 2 台机均采用多层滑线( 360 t 为 20 层， 1 000 t 为 31 层) ，且滑线集电器支架需要跟随起重机回转部分转动，所以必须安装于回转轴承上方， 这样就导致该支架悬长非常大， 其用料的选择就变得十分敏感。若用料过强， 将会增加起重机自重; 若用料节省， 支架过柔将导致集电器回转运动时各个接触点与滑环之间接触不一致， 对使用性能造成影响。所以在此设计
时对支架进行了三维建模， 并对材料逐级进行了强度及刚度的验证， 在满足工作需要的同时， 又合理控制了整个支架的重量。
因为滑环支架一圈较为密集， 所以主要关注支架设计中对公差的控制及调整。首先在纵向增加了垂直腰型孔， 使滑环在竖直方向上可以进行调整安装; 其次在径向控制上采用了双角钢腰孔螺栓连接形式。设计时将该腰孔长度定为( 0 ～ 27 mm) ， 因为直径方向有 2 件， 所以在径向就有了近 54 mm 的调整量， 大于厂商提出的 15 mm 的径向公差， 如此增加了现场可调整余地， 为整个滑环的圆度控制和调整奠定了良好基础。
在滑环支架设计的同时， 考虑到绕桩吊中心开放容易渗水以及起重机回转轴承润滑油渗漏可能对滑环使用环境及寿命带来负面影响， 在绕桩吊中心桩腿外侧增加了防雨罩壳， 有效阻挡了雨水或海水对滑环的破坏可能。此外， 还设计了回转轴承集油盘， 避免润滑油污染滑触线。
4 结语
绕桩式起重机在现代起重机行业， 特别是近海风电安装工业上有其一定的优势， 滑触线作为一种新兴绕桩式起重机的输电方式， 不仅对起重机重量控制起到了帮助， 而且十分有效地解决了传统拖链无法自由全回转的问题。尽管滑触线价格较之其他选择略贵， 且滑环清洁度需要严格控制， 但是其使用效果令人满意， 即从设计到安装上已经了解并明确该技术的可用性， 为今后的项目设计多样性、全功能性提供了事实及理论基础。