1 前言
近年來， 隨著清潔能源所占比例的逐年提高， 風(fēng)電正成為發(fā)展趨勢。相比陸上風(fēng)電的偏遠難尋、尋到后難以實施利用， 我國近海風(fēng)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(fā)展?jié)摿?，海上風(fēng)電安裝平臺及起重設(shè)備應(yīng)時而生。起重設(shè)備作為安裝、維護、更換風(fēng)電裝置的重要設(shè)備， 其性能及工作能力至關(guān)重要。我司為中交三航局設(shè)計的“風(fēng)華”號風(fēng)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(wěn)定性高等特點。繞樁吊作為目前海上風(fēng)電安裝的一種新型起重機形式， 正逐步被海上風(fēng)電安裝平臺所推薦， 其有效節(jié)省了甲板起重設(shè)備的占用空間。與此同時， 因繞于樁腿外側(cè)， 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(tǒng)起重設(shè)備， 增加了設(shè)計**及研發(fā)難度， 尤其是因起重機中心被樁腿所占， 使得傳統(tǒng)的中心集電器輸送電能的形式在繞樁吊上無法實現(xiàn)。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(fā)電。該方法設(shè)計簡單、安裝方便， 但是由于其自重大， 對起重機結(jié)構(gòu)產(chǎn)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(shè)計簡單、安裝簡便， 制作精度要求不高， 自重較之柴油機發(fā)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(zhuǎn)， 只能在一定角度之內(nèi)回轉(zhuǎn)， 給實際吊裝帶來一定的不便。
( 3) 滑觸線形式． 該方法設(shè)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(huán)形接觸導(dǎo)電方式非常罕見， 特別是起重機領(lǐng)域。但相較于拖鏈， 滑觸線自重更輕， 同時可以做到 360°全回轉(zhuǎn)， 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(fēng)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(nèi) ( 1 000 t 安裝面為7 170mm; 360 t 安裝面為5 470 mm) ， 集電器和對應(yīng)滑觸線間的誤差在 10 mm 以內(nèi)， 即垂直方向滑線安裝誤差需要控制在 10 mm 之內(nèi)。
3 支架安裝及設(shè)計
滑觸線支架分為集電器支架 和滑環(huán)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(shè)計時將其分為兩部分: 上部為圓管拼裝結(jié)構(gòu)， 直接焊于回轉(zhuǎn)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(diào)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(yǎng)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(diào)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(huán)形腰型孔， 使得方管可以繞中心進行正負(fù) 15° 調(diào)整。通過此設(shè)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(dǎo)致集電器安裝時與滑線產(chǎn)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(jù)現(xiàn)場實際情況進行調(diào)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(zhuǎn)部分轉(zhuǎn)動，所以必須安裝于回轉(zhuǎn)軸承上方， 這樣就導(dǎo)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(jié)省， 支架過柔將導(dǎo)致集電器回轉(zhuǎn)運動時各個接觸點與滑環(huán)之間接觸不一致， 對使用性能造成影響。所以在此設(shè)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(huán)支架一圈較為密集， 所以主要關(guān)注支架設(shè)計中對公差的控制及調(diào)整。首先在縱向增加了垂直腰型孔， 使滑環(huán)在豎直方向上可以進行調(diào)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(shè)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(diào)整量， 大于廠商提出的 15 mm 的徑向公差， 如此增加了現(xiàn)場可調(diào)整余地， 為整個滑環(huán)的圓度控制和調(diào)整奠定了良好基礎(chǔ)。
在滑環(huán)支架設(shè)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(zhuǎn)軸承潤滑油滲漏可能對滑環(huán)使用環(huán)境及壽命帶來負(fù)面影響， 在繞樁吊中心樁腿外側(cè)增加了防雨罩殼， 有效阻擋了雨水或海水對滑環(huán)的破壞可能。此外， 還設(shè)計了回轉(zhuǎn)軸承集油盤， 避免潤滑油污染滑觸線。
4 結(jié)語
繞樁式起重機在現(xiàn)代起重機行業(yè)， 特別是近海風(fēng)電安裝工業(yè)上有其一定的優(yōu)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(tǒng)拖鏈無法自由全回轉(zhuǎn)的問題。盡管滑觸線價格較之其他選擇略貴， 且滑環(huán)清潔度需要嚴(yán)格控制， 但是其使用效果令人滿意， 即從設(shè)計到安裝上已經(jīng)了解并明確該技術(shù)的可用性， 為今后的項目設(shè)計多樣性、全功能性提供了事實及理論基礎(chǔ)。
