繞樁吊滑觸線安裝設計

1 前言

近年來， 隨著清潔能源所占比例的逐年提高， 風電正成為發展趨勢。相比陸上風電的偏遠難尋、尋到后難以實施利用， 我國近海風力具有資源豐富、使

用便捷、成本相對較低等特點， 有一定的發展潛力，海上風電安裝平臺及起重設備應時而生。起重設備作為安裝、維護、更換風電裝置的重要設備， 其性能及工作能力至關重要。我司為中交三航局設計的“風華”號風電安裝船上的 1 000 t 和 360 t 繞樁吊具有占用空間小、自重輕、工作范圍合理、穩定性高等特點。繞樁吊作為目前海上風電安裝的一種新型起重機形式， 正逐步被海上風電安裝平臺所推薦， 其有效節省了甲板起重設備的占用空間。與此同時， 因繞于樁腿外側， 有效減輕了自身及平臺的重量。但是因為繞樁吊有別于傳統起重設備， 增加了設計**及研發難度， 尤其是因起重機中心被樁腿所占， 使得傳統的中心集電器輸送電能的形式在繞樁吊上無法實現。如何傳輸電能即成為亟待解決的一大核心問題。

2 方案選擇

解決起重機電能輸送問題主要有以下 3 種方法:

( 1) 自帶柴油機發電。該方法設計簡單、安裝方便， 但是由于其自重大， 對起重機結構產生較大影響。除此之外， 其日后的維護及加油也會給使用方帶來各種不便。

( 2) 拖鏈形式。該方法因為設計簡單、安裝簡便， 制作精度要求不高， 自重較之柴油機發電減輕許多， 又可良好利用船電， 價格相對便宜， 所以較為常見。不足之處在于起重機受拖鏈長度限制， 無法做到全回轉， 只能在一定角度之內回轉， 給實際吊裝帶來一定的不便。
( 3) 滑觸線形式． 該方法設計難度大， 價格高，實際安裝精度要求高， 且滑觸線方案以往多用于直線傳輸項目圓面環形接觸導電方式非常罕見， 特別是起重機領域。但相較于拖鏈， 滑觸線自重更輕， 同時可以做到 360°全回轉， 不受角度約束， 大幅提高了日后的實際操作效率［1］ 。三者相比， 并考慮*終用戶的使用情況， *終選擇滑觸線作為“風華”號起重機的輸電方式。要求為: 集電器安裝方管中心到吊夾安裝支架中心的距離誤差在 15 mm 以內 ( 1 000 t 安裝面為7 170mm; 360 t 安裝面為5 470 mm) ， 集電器和對應滑觸線間的誤差在 10 mm 以內， 即垂直方向滑線安裝誤差需要控制在 10 mm 之內。

3 支架安裝及設計
滑觸線支架分為集電器支架 和滑環支架 2 個部分。
集電器支架是安裝滑觸線接頭用支架， 我們在設計時將其分為兩部分: 上部為圓管拼裝結構， 直接焊于回轉軸承法蘭處， 隨著一圈多套( 1 000 t 起重機為 8 套; 360 t 起重機為 6 套) 集電器安裝的位置進行長度調整; 下部以法蘭螺栓對接于接頭安裝支架。該支架我們做到多套一致， 以方便在以后的維護保養時更換， 具有可替代性強、更換方便等特點。
在法蘭連接處皆可以增加墊片， 以調整垂直位置使其滿足廠家垂直安裝公差用。此外， 在集電器安裝方管法蘭上， 采用了環形腰型孔， 使得方管可以繞中心進行正負 15° 調整。通過此設計， 可以有效避免上支架焊接時存在左右方向與滑線不垂直的偏差， 從而導致集電器安裝時與滑線產生一定角度而接觸不完全， 影響使用性能的情況。為了更好地控制集電器的安裝垂直公差， 還增加了方管的有效安裝距離， 方便廠家在沿著方管長度方向安裝集電器時可以根據現場實際情況進行調整。

除了考慮集電器支架的安裝公差外， 該支架的強度特別是剛度也是重點考慮的問題。因為 2 臺機均采用多層滑線( 360 t 為 20 層， 1 000 t 為 31 層) ，且滑線集電器支架需要跟隨起重機回轉部分轉動，所以必須安裝于回轉軸承上方， 這樣就導致該支架懸長非常大， 其用料的選擇就變得十分敏感。若用料過強， 將會增加起重機自重; 若用料節省， 支架過柔將導致集電器回轉運動時各個接觸點與滑環之間接觸不一致， 對使用性能造成影響。所以在此設計
時對支架進行了三維建模， 并對材料逐級進行了強度及剛度的驗證， 在滿足工作需要的同時， 又合理控制了整個支架的重量。
因為滑環支架一圈較為密集， 所以主要關注支架設計中對公差的控制及調整。首先在縱向增加了垂直腰型孔， 使滑環在豎直方向上可以進行調整安裝; 其次在徑向控制上采用了雙角鋼腰孔螺栓連接形式。設計時將該腰孔長度定為( 0 ～ 27 mm) ， 因為直徑方向有 2 件， 所以在徑向就有了近 54 mm 的調整量， 大于廠商提出的 15 mm 的徑向公差， 如此增加了現場可調整余地， 為整個滑環的圓度控制和調整奠定了良好基礎。
在滑環支架設計的同時， 考慮到繞樁吊中心開放容易滲水以及起重機回轉軸承潤滑油滲漏可能對滑環使用環境及壽命帶來負面影響， 在繞樁吊中心樁腿外側增加了防雨罩殼， 有效阻擋了雨水或海水對滑環的破壞可能。此外， 還設計了回轉軸承集油盤， 避免潤滑油污染滑觸線。
4 結語
繞樁式起重機在現代起重機行業， 特別是近海風電安裝工業上有其一定的優勢， 滑觸線作為一種新興繞樁式起重機的輸電方式， 不僅對起重機重量控制起到了幫助， 而且十分有效地解決了傳統拖鏈無法自由全回轉的問題。盡管滑觸線價格較之其他選擇略貴， 且滑環清潔度需要嚴格控制， 但是其使用效果令人滿意， 即從設計到安裝上已經了解并明確該技術的可用性， 為今后的項目設計多樣性、全功能性提供了事實及理論基礎。