海洋平台工作船深水大型拖缆机选型分析.pdf

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第４３卷第４期船海工程Ｖｏｌ．４３Ｎｏ．４２０１４年８月ＳＨＩＰ＆ＯＣＥＡＮＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＡｕｇ．２０１４ＤＯＩ：１０．３９６３／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１-７９５３．２０１４．０４．０３１海洋平台工作船深水大型拖缆机选型分析１２涂永彬，赵洁（１．武昌船舶重工有限责任公司，武汉４３００６４；２．武汉交通职业学院，武汉４３００６５）摘要：对ＣＣＳ、ＡＢＳ、ＤＮＶ等船级规范中涉及拖缆机的相关要求进行分析，在参考中国船级社海上拖航指南的基础上，根据拖缆机设计建造标准，在初步设计阶段依据预估的系柱拖力，拟定深水大型拖缆机选型步骤，确定拖缆机支持载荷及工作载荷，完成深水大型拖缆机的设备选型。关键词：海洋平台工作船；深水大型拖缆机；系柱拖力；选型研究中图分类号：Ｕ６７４．３８文献标志码：Ａ文章编号：１６７１-７９５３（２０１４）０４-０１２３-０３［１］随着海洋油气开采向深远海进军，海洋工程载荷应不小于拖曳系统的破断强度。装备也逐步向深水大型化方面发展。对为海洋石可以看出，ＣＣＳ枟规范枠并未对拖缆机的主要油钻井平台提供长途拖航、深水起抛锚等服务的性能参数作出具体要求，只是笼统地指出拖缆机海洋平台工作船而言，则要求作为主要拖曳设备构件的设计应由拖缆的破断强度来决定，也并未的拖缆机具备更强的拖曳能力。然而，船级社相给出拖缆机构件和拖缆破断强度之间的具体关关规范在船舶系柱拖力、拖缆破断载荷、拖缆机支系。此外，枟规范枠要求拖曳设备处支承结构的设持载荷、拖缆机工作载荷等拖曳系统主要性能参计载荷应不小于拖曳系统的破断强度，也只是强数之间并没有给出明确要求。尤其是系柱拖力超调拖缆机船体支撑结构强度应不小于整个拖曳系过１６２０ｋＮ的海洋平台工作船，拖缆机的设备选统的破断强度，并未明确拖缆机设备性能参数和型及性能参数已经超出了相应的设计建造标准。拖缆破断强度和船舶系柱拖力之间的关系。但为此，对深水大型拖缆机进行选型研究，拟定选型是，从整个拖曳系统进行分析，可以得出以下关步骤，明确拖曳系统主要性能参数之间的关系，完系：船舶系柱拖力＜拖缆破断强度＜拖缆机结构成拖缆机设备选型。强度。即在整个拖曳系统中，为保证正常拖航，要求船舶系柱拖力的值最小。如果出现紧急情况，１船级规范的相关要求启动应急释放装置，释放拖缆。在最恶劣的情况具备拖曳功能的海洋平台工作船通常配备有下，如果应急释放装置也发生故障，拖缆机及船体专用的拖缆机进行拖曳作业，尤其是系柱拖力达支持结构也不应发生过载而结构变形，只能是拖到２０００ｋＮ，进行深水作业的海洋平台工作船往缆超出破断载荷而断裂。往配备有深水大型拖缆机。1．2ABS规范对拖缆机的要求1．1CCS规范对拖缆机的要求美国船级社入级规范枟ＲｕｌｅｓｆｏｒＢｕｉｌｄｉｎｇａｎｄ中国船级社钢制海船入级规范（２０１２）（以下ＣｌａｓｓｉｎｇＳｔｅｅｌＶｅｓｓｅｌｓＵｎｄｅｒ９０Ｍｅｔｅｒｓ（２９５Ｆｅｅｔ）ｉｎ简称枟规范枠）第２篇第１０章对授予ＴＵＧ附加标Ｌｅｎｇｔｈ（２０１１）枠在第５部分第８章对授予Ｔｏｗｉｎｇ志船舶所配置的拖曳设备提出了相应要求。枟规Ｖｅｓｓｅｌｓ附加标志船舶所配置的拖曳设备提出了范枠指出，拖缆机构件的设计应根据拖缆的破断相应要求，除需向船级社提交相关的认可文件和强度来决定，并要求拖曳设备处支承结构的设计系柱拖力试验程序外，对拖缆机的设备选型特地提出参考载荷（RL）的概念，确定了拖缆机工作载［２］荷和船舶系柱拖力（BP）之间的关系，见图１。收稿日期：２０１３－１２－２４修回日期：２０１４－０１－０６由图１可知，当船舶系柱拖力小于或者等于第一作者简介：涂永彬（１９８５－），男，学士，工程师５００ｋＮ时，参考载荷为２倍的系柱拖力；当船舶研究方向：海洋工程装备系柱拖力大于等于１５００ｋＮ时，参考载荷取１．３３E-mail：ｔｕｙｏｎｇｂｉｎ＠１２６．ｃｏｍ倍的系柱拖力；当船舶系柱拖力介于二者之间时，１２３ 第４期船海工程第４３卷提出参考载荷的概念，建立船舶系柱拖力与拖缆机卷筒工作载荷之间的量化关系。对于深水大型拖缆机，拖缆机的卷筒负载至少为系柱拖力的２倍。２拖航指南的相关要求中国船级社枟海上拖航指南（２０１１）枠（以下简称枟指南枠）对海上拖航的最主要拖曳设备拖缆机图1参考载荷和船舶系柱拖力之间的量化关系也提出了细致要求。指南要求，拖缆机的设计强度应能承受拖缆的破断载荷而不发生永久变形，采用插值法求得。拖缆机的制动装置应具备承担最大拖缆破断载荷对该规范进行分析，可知在拖缆机选型时需１．１倍的支持载荷，拖缆机卷筒上最内层拖缆的根据系柱拖力的大小来确定不同规格的拖缆机，拖力至少为船舶系柱拖力的２．５倍。拖缆机除配对于深水大型拖缆机而言，ＡＢＳ规范要求拖缆机有主制动装置外，还应备有一套应急制动装置，并的工作载荷至少为船舶系柱拖力的１．３３倍。拖要求其最内层拖缆上的制动力至少为船舶系柱拖缆的破断载荷不得小于参考载荷，并要求拖缆机力的２倍。拖缆机在从事制动、拖曳与回收等操应能承受参考载荷而不产生永久变形。作时，在任何情况下，甚至在正常动力源发生故障1．3DNV规范对拖缆机的要求［４］时也应能从驾驶室应急释放拖缆。挪威船级社枟船舶入级规范（２０１３）枠第５部同时，枟指南枠指出，拖缆的最小破断载荷由分第７章对授予ＴＵＧ附加标志船舶所配置的拖船舶的系柱拖力决定，并特别强调，在正常作业工曳设备提出了具体要求。尤其值得注意的是，在况下，拖缆所承受的载荷应不超过其破断载荷的２００７年４月１２日“皇族海豚号”（ＢｏｕｒｂｏｎＤｏｌ-５０％。拖缆最小破断载荷与船舶系柱拖力之间的ｐｈｉｎ）海洋平台工作船在设得兰（Ｓｈｅｔｌａｎｄ）海岸外具体关系见表２。的北海执行钻井平台拖航任务倾覆后，挪威船级表2拖缆最小破断载荷与船舶系柱拖力的关系社对该类型船舶的抗倾覆性以及拖缆机等拖曳设备提出了更为严苛的要求。与ＡＢＳ相同，ＤＮＶ也船舶系柱拖力（BP）／ｋＮ拖缆最小破断负荷＜３９２３BP给出了参考载荷的概念，并给出了船舶系柱拖力３９２～８８３（３．８～BP／４９１）BP［３］与参考载荷之间的关系，见表１。＞８８３２BP表1船舶系柱拖力与参考载荷的关系虽然枟指南枠只是指导性文件，但是从中可以船舶系柱拖力（BP）／ｋＮ参考载荷（RL）比较清晰地得到船舶系柱拖力、拖缆破断载荷、拖＜４００３．０BP４０～９００（３．８０～BP／５０）BP缆机支持载荷、拖缆机卷筒等最内层工作载荷、拖＞９００２．０BP缆机结构强度之间的关系。然而，对现有的海洋由表１可知，当船舶系柱拖力小于４００ｋＮ平台工作船所选用的深水大型拖缆机进行分析发时，参考载荷为３倍的系柱拖力；当船舶系柱拖力现，拖缆机卷筒最内层工作载荷一般达不到船舶大于９００ｋＮ时，参考载荷取２倍的系柱拖力；当系柱拖力的２．５倍。例如，某海洋平台工作船由船舶系柱拖力介于二者之间时，按照公式计算。瓦锡兰（波兰）设计公司设计、入挪威船级社，系而且，规范还强调拖缆机卷筒的工作载荷应能承柱拖力为２０００ｋＮ，拖缆机由Ｒｏｌｌｓ-Ｒｏｙｃｅ公司提受参考载荷而不产生永久变形。此外，ＤＮＶ规范供，拖缆机卷筒最内层工作载荷为４０００ｔ，达不到还对拖缆机的应急释放作出具体要求，要求拖缆系柱拖力２．５倍的要求。再如，某艘具备世界顶机在所有工况下发生紧急情况时均能释放拖缆，尖水平的深水海洋平台工作船，该船由乌斯坦公应急释放后要求拖缆机的刹车能立即处于正常工司设计、具有中国船级社和英国劳氏船级社双船作中，甚至在失电状态下，也总能实施应急释放。级，系柱拖力达到３０００ｋＮ，拖缆机仍由Ｒｏｌｌｓ-与ＣＣＳ及ＡＢＳ规范进行比较，可以看出Ｒｏｙｃｅ公司提供，拖缆机卷筒最内层工作载荷为ＤＮＶ规范对拖缆机性能参数的要求最为严格，并４５００ｋＮ，仍然达不到系柱拖力２．５倍的要求。１２４ 海洋平台工作船深水大型拖缆机选型分析———涂永彬，赵洁对于实船参数与拖航指南要求存在的偏差进得到船舶系柱拖力与拖缆最小破断载荷、拖缆机行分析，主要有以下两个原因：①拖航指南仅仅最小支持载荷以及拖缆机卷筒载荷之间的关系，只是作为指导性文件，不具备强制性，且出版年代为深水大型拖缆机的设备选型提供参考。较早；②近年来，海工装备发展迅猛，深水大型拖４结论缆机主要性能参数大幅度提升，拖航指南不具备足够的普适性。１）对于船舶系柱拖力大于８１０ｋＮ的海洋平台工作船而言，拖缆最小破断载荷至少为船舶系３拖缆机相关标准要求柱拖力的２倍。在拖缆机的设计、建造过程中，通常参考的标２）拖缆机最小支持载荷至少为拖缆最小破［５］准为ＧＢ／Ｔ１１８６９—２００７，远洋船用拖曳绞车。断载荷的１．１倍。该标准由国际标准ＩＳＯ７３６５：１９８３枟造船和海上结３）表３中拖缆机卷筒载荷约为船舶系柱拖构物甲板机械远洋拖曳绞车枠修改而成，适用于力的１．２５倍，考虑到ＡＢＳ及ＤＮＶ的要求更为严拖缆机的设计、生产和验收。该标准明确给出了格，在实船项目中应视船舶入级情况而定。拖缆机主要性能参数、船舶系柱拖力、拖缆公称规这样，对于深水大型拖缆机的设备选型，在方格和拖缆破断载荷之间的对应关系，见表３。案设计阶段，待依据总体性能完成船舶系柱拖力表3拖缆机主要性能参数、船舶系柱拖力、拖缆公称规格的预估后，就可以参照以上结论确定拖缆最小破与拖缆破断载荷的关系断载荷及拖缆规格，再确定拖缆机的最小支持载拖缆机拖缆机船舶拖缆拖缆最拖缆机公称卷筒载系柱拖公称直小破断最小支荷，然后，再根据船舶的入级情况确定拖缆机的卷规格荷／ｋＮ力／ｋＮ径／ｍｍ载荷／ｋＮ持载荷／ｋＮ筒工作载荷。在初步确定拖缆机卷筒工作负载和１６１６０１３０２６４２５４７０最小支持负载这两个主要性能参数后，便可以着２５２５０２００３２６４５７１０４０４００３２５４０１０１０１１１１手进行拖缆机的选型。６３６３０５１０４８１４５０１５９５参考文献８０８００６５０５２１７００１８７０１００１０００８１０５４１８４０２０２４［１］中国船级社．中国船级社钢质海船入级规范［Ｓ］．北１２５１２５０１０１２５８２１２０２３３２京：人民交通出版社，２０１２．１６０１６００１３００６４２７２０３０００［２］ＡＢＳ．Ｒｕｌｅｓｆｏｒｂｕｉｌｄｉｎｇａｎｄｃｌａｓｓｉｎｇｓｔｅｅｌｖｅｓｓｅｌｓｕｎｄｅｒ２００２０００１６２０７０３４８３３８４０９０ｍｅｔｅｒｓ（２９５Ｆｅｅｔ）ｉｎＬｅｎｇｔｈ［Ｓ］．ＡＢＳ，２０１１．由表３可知，系柱拖力小于等于１６２０ｋＮ的［３］ＤＮＶ，Ｒｕｌｅｓｆｏｒｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｓｈｉｐｓ［Ｓ］．ＤＮＶ，２０１３．海洋平台工作船可参照该标准确定拖缆机的主要［４］中国船级社．海上拖航指南［Ｓ］．北京：人民交通出性能参数完成拖缆机的设备选型。然而，对系柱版社，２０１１．拖力达到２０００ｋＮ、甚至３０００ｋＮ的深水海洋平［５］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局．ＧＢ／Ｔ台工作船而言，则很难按照该标准完成深水大型１１８６９—２００７远洋船用拖曳绞车［Ｓ］．北京：中国标准拖缆机的设备选型。不过，对表３进行分析，可以出版社，２００７．ＨｅａｖｙＡｎｃｈｏｒＨａｎｄｌｉｎｇａｎｄＴｏｗｉｎｇＷｉｎｃｈＳｅｌｅｃｔｉｏｎＡｎａｌｙｓｉｓｆｏｒＤｅｅｐＳｅａＵｓｅｄｉｎＯｆｆｓｈｏｒｅＳｅｒｖｉｃｅＶｅｓｓｅｌｓ１２TUYong-bin，ZHAOJie（１．ＷｕｃｈａｎｇＳｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇＩｎｄｕｓｔｒｙＣｏｍｐａｎｙＬｔｄ．Ｗｕｈａｎ４３００６４，Ｃｈｉｎａ；２．ＷｕｈａｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｏｍｍｕｎｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ４３００６５，Ｃｈｉｎａ）Abstract：Ｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｔｏｗｉｎｇｅｎｇｉｎｅｉｎｔｈｅｒｕｌｅｓｆｏｒｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｓｈｉｐａｎｄｔｈｅｇｕｉｄｅｌｉｎｅｓａｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ａｃ-ｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓｔａｎｄａｒｄｓｏｆａｎｃｈｏｒｈａｎｄｌｉｎｇａｎｄｔｏｗｉｎｇｗｉｎｃｈ，ｔｈｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎｓｔｅｐｏｆｈｅａｖｙＡＨ／Ｔｗｉｎｃｈｆｏｒｄｅｅｐｓｅａｕｓｅｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｅｓｔｉｍａｔｅｄｂｏｌｌａｒｄｐｕｌｌｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｂｙｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇｔｈｅｈｏｌｄｉｎｇｌｏａｄａｎｄｗｏｒｋｉｎｇｌｏａｄ，ｔｈｅｄｅｅｐｓｅａｈｅａｖｙＡＨ／Ｔｗｉｎｃｈｃａｎｂｅｓｅｌｅｃｔｅｄｉｎｔｈｅｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙｄｅｓｉｇｎｓｔａｇｅ．Keywords：ｏｆｆｓｈｏｒｅｓｅｒｖｉｃｅｖｅｓｓｅｌｓ；ｈｅａｖｙａｎｃｈｏｒｈａｎｄｌｉｎｇ＆ｔｏｗｉｎｇｗｉｎｃｈ；ｂｏｌｌａｒｄｐｕｌｌ；ｓｅｌｅｃｔｉｏｎｒｅｓｅａｒｃｈ１２５