CN101104501A - 双主梁多吊点起重机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双主梁多吊点起重机，包括主梁、起升机构、平移机构、电控系统，其特征在于所述主梁为高低布置的双主梁每个主梁具有变截面，为三箱型梁组成的高窄复合梁；起升机构由多套卷扬系统组成，每套卷扬系统分别连接控制多个吊点，通过电控系统同步驱动上述全部吊点；卷扬系统上安装排绳机构，采用单联多层缠绕绳系；平移机构是在低主梁两端设置主梁自行式双向平移机构；电控系统是多吊点起重机超静定系统电气控制系统。本发明的起重机具有超大起重量、超大起升高度、超大跨度的特点，适合于海上钻井平台大型分段等超大载荷的吊装对接，将推动钻井平台制造方式的变更，创造巨大的社会效益，对中国乃至世界海工项目的制造产生深远影响。

Description

双主梁多吊点起重机

技术领域

本发明涉及起重机械，尤其涉及海上钻井平台整体对接及制造用的双主梁多吊点起重机。

背景技术

随着钻井平台需求的增加，大型起重机要求被用于海上钻井平台整体制作，要对钻井平台的大型分段的进行提升、组装，并能适应不同塔架高度和不同的钻井平台的宽度，使许多高空作业改为平地作业并一次提升安装，不仅节省钻井平台制造工时、缩短建造周期，而且能确保人员安全和提高产品质量。

但由于该类型起重机必须具有超大起重量(联合起吊可达2万吨)，超大起升高度(最大可达103m)，超大跨度(跨度为125m)，因此给设计、制造、安装、调试带来不可想象的困难，如主梁如何构造、起升机构如何选型、多卷扬机构如何布置、主梁开钢丝绳出入孔所引起的应力集中问题如何解决、主梁如何移动、多吊点起升载荷如何平衡和同步等，故目前国际上还没有这种类型和起吊方式的起重机。

发明内容

鉴于现有技术所存在的上述局限及现场实际的迫切需求，本发明旨在提供一种超大起重量起重机，以满足钻井平台的制造新工艺所提出的吊装要求。

本发明的技术解决方案是这样实现的：

一种超大载荷用双主梁多吊点起重机，包括主梁、起升机构、平移机构、电控系统、回转式维修起重机、司机室、锚定装置和防风系缆，其特征在于：

所述的主梁包括高低布置的双主梁，两主梁分别安放于高低两个混凝土基础上，两主梁之间无连接端梁；所述的每个主梁通过锚定装置和防风系缆加以整体固定，以确保主梁在工作或非工作状态的整体稳定；每个主梁均采用变截面，为上、中、下三箱型梁组成的高窄复合梁；所述的高窄复合型主梁的高宽比为3～5。

所述的起升机构由多套卷扬系统组成，分别设置于两个主梁的两端；每个主梁的每端分别布置一套以上卷扬系统，每套卷扬系统分别设置一个以上的吊点，并通过电控系统同步驱动上述全部吊点；所述的卷扬系统上安装排绳机构，并采用单联多层缠绕绳系；以确保整个起升高度不乱绳，避免了众多起升钢丝绳之间以及钢丝绳与主梁的干涉问题。

如20000t×125m吊钩式桥式起重机项目，其起升机构由12套卷扬系统组成，每个主梁的每端布置3套，每套卷扬系统分别设置4个吊点，整机共48个吊点。

所述的平移机构是在低主梁两端底部沿垂直主梁的轴向设置主梁自行式双向平移机构；

所述的电控系统是一种多吊点起重机超静定系统电气控制系统，包括由变频器、逆变器、通信模块和电动机组成的起升机构控制系统、控制器、载荷传感器、位置传感器和上位机，

所述的控制器负责同上位机通信接收控制指令、返回现场信息，同时控制各起升机构运行、接收传感器的反馈信号；

所述的载荷传感器和位置传感器将各起升机构的承载重量和起吊高度信息通过自身所带的通信模块传给控制器，通过控制器的处理后调整各起升机构的运行；

其中控制器、传感器、起升机构都通过总线通信方式进行连接。

所述的控制器为PLC，载荷传感器为称重传感器，位置传感器为编码传感器。

所述的电控系统是一种多吊点起重机超静定系统电气控制系统，包括自动计算吊件质心并合理分配各吊点拉力的控制系统、吊件防倾翻平衡控制系统、各机构线速度同步控制系统、吊件水平自动控制系统。通过该电控系统实现了起重机载荷的同步以及平稳起升，通过电控系统还可实现12套卷扬系统单动、联动、以及主梁的水平横移等功能。

与现有技术相比，本发明的有益效果是不言而喻的：

(1)能实现超大载荷升降；

(2)起升机构采用多卷扬系统使制造、安装和维修简单，成本低；

(3)高低布置双主梁结构能适应塔架较高的钻井平台大型分段的吊装对接，可避免采用单根主梁升降方案所带来的技术复杂性和低可靠性等问题；

(4)整机安全可靠并能适应吊点距离变化的需要；

(5)三箱型梁组成的高窄复合梁结构具有结构合理，承载能力大，自重轻等特点，可有效解决主梁开钢丝绳出入孔所带来的应力集中问题；

(6)特殊构造使基础设施造价降低；

(7)使用该起重机将使海上钻井平台制造效率大大提高。

总之，本发明不仅经济效益显著，而且能推动钻井平台制造方式的变更，从而带来巨大的社会效益，对中国乃至世界海工项目建造产生影响深远。

附图说明

本发明附图11张，其中

图1是本发明的整机布置主视图；

图2是图1的左视图；

图3是本发明的主梁布置示意图；

图4是图3的A-A剖视图；

图5是本发明的起升机构的1套卷扬系统的钢丝绳缠绕的示意图；

图6是图1的单根主梁上起升机构的左视图；

图7是平移机构的主视图；

图8是自动计算吊件的质心位置；

图9是自动分配各吊点的目标拉力值；

图10是卷扬系统同步控制原理框图；

图11是控制系统原理框图。

图中，1、高主梁2、低主梁3、卷扬系统4、平移机构21、铰座22、液压平移机构23、油缸支持架24、不锈钢滑移轨道25、方钢导轨26、改性聚四氟乙烯板31、控制器32、控制系统33、载荷传感器34、位置传感器35、上位机。

具体实施方式

现结合20000t×125m吊钩式桥式起重机项目，对本发明作进一步的具体

说明如下：

如图1所示，高主梁1和低主梁2分别布置在高低两个不同的混凝土基础上，起升机构由每根主梁上的各六套卷扬系统3即共12套卷扬系统组成，每套卷扬系统3由卷扬机、钢丝绳、导向滑轮、定滑轮组、动滑轮组等组成；整个系统的倍率为40；每套卷扬系统包含4个动滑轮组，每个动滑轮组控制1个吊点。卷扬机包括卷筒(包括钢丝绳压板)、减速器、制动器、开式齿轮、联轴器、浮动轴、底座等部件，即从与电机相连的联轴器到末级制动的整套机构；卷扬机上安装排绳机构，能确保整个起升高度不乱绳；卷扬机采用单联多层缠绕绳系。卷扬机按图3所示所示通过电机驱动卷筒完成每次升降循环，每个卷扬系统控制4个吊点，12套卷扬系统即共有48个吊点，共同完成2万吨载荷升降任务。卷扬系统钢丝绳缠绕参见图5。

主梁采用变截面形式如图3所示，它是由上、中、下三箱型梁组成的高窄复合梁如图4所示，其高宽比等于4。

通过多吊点起重机起升钢丝绳防干涉布置如图6所示，避免了众多钢丝绳干涉问题。如图1所示，将卷扬机放到主梁盖板上面，每根主梁的每端盖板上面各布置3套卷扬机；每套卷扬机的钢丝绳沿主梁盖板的上部空间经一个固定导向滑轮从主梁上盖板上的小开孔进入主梁内定滑轮组上，然后缠绕到动滑轮组上，反复缠绕，最后固定在定滑轮组的固定点上。

每端主梁上面的3套卷扬机采用不同高度的支座，使不同卷扬机卷筒钢丝绳的出绳高度不同；另外使主梁每端的3套卷扬机的卷筒垂直中心线与导向滑轮中心线的连线对主梁中心线形成1个相同的小偏角，为了保证钢丝绳在卷筒和滑轮上的偏角不超过标准规定，最终采用每端3套卷扬机相对主梁中心线旋转1.04度，两端偏向相对，；这样布置能使钢丝绳在空间形成交错布置，既避免钢丝绳间以及钢丝绳与主梁的干涉，又使钢丝绳与卷扬机卷筒以及滑轮的偏角符合标准。

动滑轮组间连杆使每套卷扬系统所控制的4组动滑轮组间保持固定距离的连接，它既可使4个动滑轮组控制的4个吊点的同步升降，又能避免钢丝绳间的干涉。

通过起重机主梁双向自行式平移机构如图7所示，使低基础上的主梁2上能沿垂直于主梁轴向作水平双向移动，以满足不同设备的吊点位置的不同。所述的平移机构包括用以承载主梁2自重及载荷的铰座21、液压平移机构22、油缸支持架23、不锈钢滑移轨道24、方钢导轨25、改性聚四氟乙烯板26、自锁楔块夹紧机构组成。

例如，当平移距离±7m时，液压缸一次伸缩14m不现实，所以采用步进式液压平移机构，整套液压平移机构22由液压系统、电气系统以及支持架组成液压系统中包括两个顶升油缸。整套液压平移机构22沿着一根方钢导轨25进行双向爬移，每次推动主梁0.8m，每次移动先通过一对自锁楔块夹紧机构夹紧方钢导轨25，另一对楔形块处于松驰状态，然后活塞杆推动油缸支持架23带动主梁平移，推到0.8m时，自锁楔块夹紧机构松开轨道25，液压泵反向供油使支持架同方向平移0.8m，自锁楔块夹紧机构再次夹紧方钢导轨25，活塞杆再次推动油缸支持架23带动主梁2，如此循环，直到满足每次平移距离的要求。当反向平移时，另外一对楔形块开始作用，同样通过上述过程来实现反向平移。

由于主梁与土建基础存在相对滑移，在土建预埋板表面粘一层镜面不锈钢滑移轨道24，在主梁铰座21下盖板底部固定一层改性聚四氟乙烯板26，这样磨擦系数大大减小，并且该材质压缩变形量小、磨损率也比较低。

通过多吊点起重机超静定系统电气控制系统实现起重机载荷的同步以及平稳起升。所述的电控系统采用“自动计算被吊件质心、合理分配各吊点的拉力、吊件防倾翻平衡控制、各机构线速度同步控制、吊件水平自动控制”设计思路和多种控制手段来解决了以上问题。

由12套卷扬系统组成的起升机构超静定系统的电气控制方案如下：

(1)自动计算吊件质心(见图8)、合理分配各吊点拉力(见图9)

在“悬停模式”下通过12个吊点的拉力传感器测出吊件在水平状态时的拉力值，见附图9中的实测拉力值，控制系统将根据这些值自动计算出吊件质心所在位置，并按照等差数列的形式给各个吊点自动分配目标拉力值，见图9中分配拉力值，这样就可以保证在起升过程中各个吊点拉力更加合理，可以有效防止倾翻。

(2)多套起升机构的防倾翻平衡控制

控制系统通过对12套起升机构载荷情况进行分析并进行合理分组，自动计算出吊件的质心位置，并对每套起升机构进行合理力的分配。在运行过程中各吊点拉力控制作为另一个重要的附加控制手段，控制系统通过拉力传感器检测各个吊钩在运行过程中所承载的拉力，一旦某个吊点拉力超出目标拉力值，将对该机构进行修正，使其拉力值回到允许值范围内。可以有效防止倾翻。

(3)12套起升机构速度同步控制(见图10)

在联合起吊过程中各起升电机采用速度控制作为主给定，速度同步控制作为最基本的控制手段，由于起升机构钢丝绳缠绕方式为多层缠绕，针对某一电

机转速，起升机构在每一层的线速度是不同的。控制系统通过计算及与外部多种检测手段配合，按层的不同为变频器提供不同的速度给定信号，可以确保每套起升机构钢丝绳线速度一致。

(4)吊件水平控制

吊件水平控制作为附加控制手段，控制系统通过位置检测编码器提供的位移信号，在起吊过程中实时检测各吊点的相对位置差，当各起吊点构成的坐标平面与悬停模式时记忆的坐标平面不平行，且超过设定值时，进行位置修正；使吊件在运行过程中保持基本水平。

总之，通过工业控制计算机平台，按照上述电气控制方案的建立不同数学控制程序，经过大量复杂计算和逻辑控制，实现各起升机构的同步稳定运行。

在联合起吊的不同阶段采用不同的控制手段，分为准备模式、钢丝绳预张紧模式、悬停模式、联合起吊模式。在不同的控制模式下，控制系统将采用不同的控制手段，并自动完成数据采集及运算、功能判断以及数据修正等功能，使控制系统达到高度自动化、智能化。

为实现以上目标，本系统组合采用了以下现有先进技术：

(1)采用国际领先的可逆交流多传动变频调速控制系统来对每个电机实现精确的速度和转矩控制。

(2)采用多组整流回馈单元并联运行技术的应用来满足大容量电机供电的需求，并达到节能效果。

(3)采用功能强大、性能优异的PLC作为核心控制系统，综合工业以太网络技术以及现场总线技术，实现集中一分散式控制，使得各种数据的采集、运算稳定快捷。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种双主梁多吊点起重机，包括主梁、起升机构、平移机构、电控系统、回转式维修起重机、司机室、锚定装置和防风系缆，其特征在于：

所述的主梁包括高低布置的双主梁(1、2)，两主梁分别安放于高低两个混凝土基础上，两主梁之间无连接端梁；所述的每个主梁通过锚定装置和防风系缆加以整体固定；每个主梁均采用变截面，为三箱型梁组成的高窄复合梁；

所述的起升机构由多套卷扬系统(3)组成，分别设置于两个主梁的两端；每个主梁的每端分别布置一套以上卷扬系统(3)，每套卷扬系统分别设置一个以上的吊点，并通过电控系统同步驱动上述全部吊点；所述的卷扬系统上安装排绳机构，并采用单联多层缠绕绳系；

所述的平移机构是在低主梁(2)两端底部沿垂直主梁的轴向设置主梁自行式双向平移机构(4)。

2.根据权利要求1所述的双主梁多吊点起重机，其特征在于所述的高窄复合型主梁的高宽比为3～5。

3.根据权利要求1所述的双主梁多吊点起重机，其特征在于所述的起升机构由12套卷扬系统组成，每个主梁的每端布置三套，每套卷扬系统分别设置4个吊点，整机共48个吊点。

4.根据权利要求1、2或3所述的双主梁多吊点起重机，其特征在于所述的电控系统是一种多吊点起重机超静定系统电气控制系统，包括由变频器、逆变器、通信模块和电动机组成的起升机构控制系统(32)、控制器(31)、载荷传感器(33)、位置传感器(34)和上位机(35)，

所述的控制器负责同上位机通信接收控制指令、返回现场信息，同时控制各起升机构运行、接收传感器的反馈信号；

所述的载荷传感器和位置传感器将各起升机构的承载重量和起吊高度信息通过自身所带的通信模块传给控制器，通过控制器的处理后调整各起升机构的运行；

其中控制器、传感器、起升机构都通过总线通信方式进行连接。

5.根据权力要求4所述的双主梁多吊点起重机，其特征在于所述的控制器为PLC，载荷传感器为称重传感器，位置传感器为编码传感器。

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