Особенности постройки и испытании тяжелых плавкранов

Опубликовано в Обзоры

Технология и основные положения по организации постройки плавучих кранов разрабатывались, исходя из особенностей их конструкции, типа имеющегося технологического оборудования и производственных условий на заводе-изготовителе. В итоге был выбран вариант постройки корпусов на стапеле из отдельных секций. За последние 15 лет вес секций плавкранов, подаваемых на стапель, увеличился в шесть раз, а вес конструкции верхнего строения — в 2,5 раза.

Особенности постройки и испытании тяжелых плавкранов

При постройке плавкрана «Богатырь» был использован агрегатный метод монтажа оборудования. Например, таким методом монтировались насосы, сепараторы, масляный блок, теплообменные аппараты, блок сжатого воздуха и т. д. При отработке блочного метода широко использовались модели агрегатов. С их помощью была проверена техническая документация, а впоследствии они использовались при монтаже оборудования и изготовлении трубопроводов.

Специальные опытно-конструкторские и научно-исследовательские работы позволили на должном уровне организовать технологию изготовления отдельных элементов плавкрана. Так, в частности, была выполнена работа по освоению передовой технологии обработки, сборки и сварки высоконапряженных опорных колонн из высокопрочной стали большой толщины. В результате удалось установить зависимости между толщиной и шириной листа и диаметром листогибочных валков, уточнить режимы обработки и сварки и разработать необходимую технологическую оснастку.

К моменту постройки крана были завершены работы по освоению изготовления и монтажа высокомоментных лебедок с тяговым усилием до 4-104 кгс, опорно-поворотного устройства с зубчатым венцом диаметром около 5 м и другого сложного оборудования. Большие габариты деталей и стремление максимально сократить межзаводскую кооперацию потребовали проведения ряда технических мероприятий, в результате чего возможности заводского оборудования значительно расширились. Некоторые из этих мероприятий представляют интерес для всех судостроительных заводов.

Испытания механизмов и узлов плавкранов. Конструктивные особенности плавкранов и автономность приводов устройств позволяют проводить их испытания параллельно, с максимальным сокращением объема швартовных и ходовых испытаний. Так, крыльчатые движители испытывали на специально оборудованном плавстенде при 100%-ной нагрузке, что дает возможность максимально сократить продолжительность ходовых и швартовных испытаний. Автономность приводов и применение тиристорной системы управления механизмами изменения вылета главного и вспомогательного подъемов позволили совместить испытания на плавкране и тем самым сократить их общий срок.

Ввиду того, что непосредственно на судне осуществить плавную обкатку редукторов невозможно из-за крена крана при повороте стрелы, возникли серьезные затруднения при испытании механизмов поворота. Редукторы механизмов поворота вертикального исполнения имеют привод значительной мощности, что исключало возможность использования штатных нагрузочных устройств.

Было рассмотрено несколько вариантов нагрузки механизмов. Наибольший интерес представлял вариант нагрузки двух редукторов, по кольцевой схеме, когда один из электродвигателей работает в режиме генератора. Такая схема, однако, имела существенные недостатки. Во-первых, требовалось обеспечить механическую связь редукторов (через зубчатую или иную передачу), а во-вторых, исключалась возможность автономной обкатки каждого редуктора. В результате приняли простейшую схему обкатки при помощи индивидуальных нагружающих устройств в виде полых вертикальных барабанов, установленных взамен шестерен открытой передачи. Вода для охлаждения подавалась непосредственно в полые барабаны и удалялась при помощи эжекторов. Такое устройство позволило осуществить плавную обкатку редукторов, что в дальнейшем обеспечило их нормальную работу.

Лебедки главного и вспомогательного подъемов, а также изменения вылета стрелы плавкрана «Богатырь» необычны по конструкции. Они не имеют самостоятельных фундаментных рам и монтируются на судовых фундаментах. Габаритные размеры лебедки главного подъема: длина 10,8 м, ширина 4,3 м, высота 3,6 м. Все лебедки имеют двусторонний привод от штатных электродвигателей мощностью 60—85 квт через редукторы и открытую передачу. Приведенные технические характеристики лебедок показывают, что практически невозможно изготовить компактный стенд для их испытаний с необходимыми нагрузками. Поэтому обкатка и испытание лебедок на плавкране со снятыми механизмами поворота проводились по особой программе. Верхнее строение без поворотного устройства жестко прикреплялось к корпусу крана, а железобетонные грузы размещались на палубе так, что позволяли производить обкатку и испытания трех лебедок на всех режимах.

Для обеспечения испытания лебедок необходимы грузы, удовлетворяющие ряду требований. Во-первых, диапазон весов их должен быть достаточно широк. Во-вторых, вес должен выдерживаться с точностью до ± 1 %. При испытании плавкрана «Богатырь» были применены железобетонные грузы массой от 5 до 100 т. Такой набор грузов позволял компоновать их в группы нужной массы. Принятый метод позволил вести обкатку механизмов поворота на стенде и лебедок на плавкране параллельно, сократив сроки сдаточных испытаний.

Принципиально новой и сложной проблемой при создании плавкрана было определение рационального метода испытания подвески грузоподъемностью 300 т. По техническим требованиям такую подвеску необходимо испытывать на усилие 48-104 кгс. Большая нагрузка и значительные габаритные размеры не позволяли провести испытания с помощью штатного оборудования и требовали разработки специального испытательного стенда.

Было разработано несколько вариантов испытательных стендов. Первый вариант основывался на общепринятом методе испытания подобных грузоподъемных сооружений, т. е. необходимое усилие достигалось за счет набора груза. Стенд предполагалось выполнить в виде четырехопорного сооружения высотой 25 м и шириной у основания 10x10 м. Подвеску намечалось крепить через систему блоков к верхней перекладине стенда, а снизу на гаке подвешивать специально изготовленные грузы. Для обслуживания стенда был необходим кран грузоподъемностью 80—100 т. Однако экономическая оценка стенда показала его низкую эффективность.

В дальнейшем был разработан принципиально новый метод испытания подвески, выгодно отличающийся от первого своей простотой. Стенд представляет собой металлоконструкцию с габаритными размерами 10X5X2 м. Усилие 48-104 кгс создается гидравлическими цилиндрами. Для обслуживания стенда потребовался кран грузоподъемностью 30 т.

Швартовные и ходовые испытания были проведены в короткие сроки и подтвердили спецификационные данные плавкрана. Скорость хода, определенная по трем галсам, составила в среднем 5,3 уз. Мощность электродвигателей крыльчатых движителей на мерной миле составила: левого — 323 квт, среднего — 321 квт и правого — 324 квт. На завершающем этапе испытаний плавкрана проверялась его работа с грузами 50—330 т при волнении моря 3 балла с целью определения напряжений в отдельных сечениях основных металлоконструкций и усилий, действующих на гак, оценки безопасности и удобства работы обслуживающего персонала, определения углов раскачивания грузов при различных высотах подъема. Грузовые операции производились в следующем порядке: подъем стрелы из походного положения, остропка груза, подъем груза над палубой на высоту 5—8 м, поворот на борт, опускание груза под воду с установкой его на дно и подъем на различных вылетах, поворот стрелы в нос. Одновременно проводились тензометрирование металлоконструкций, запись параметров качки крана и раскачивание подвесок, запись усилий на гаке главного подъема и в стреловом полиспасте. Испытания показали:

1. Плавкран «Богатырь» и его верхнее строение с точки зрения прочности конструкции обеспечивает нормальное и безопасное выполнение грузовых операций при волнении моря до 3 баллов и ветре до 5 баллов включительно (при положении крана вразрез волне или под углом ±30° к бегу волн).

2. Остропка груза на палубе не вызывает каких-либо дополнительных трудностей и не представляет опасности для обслуживающего персонала.

3. Бортовая и килевая качка крана на волнении 3 балла и вызываемые ею вертикальные и боковые перемещения груза незначительны, что позволяет сделать вывод о возможности безопасного выполнения грузовых операций.

4. Технические характеристики плавкрана «Богатырь» вполне удовлетворяют современным требованиям и находятся на уровне мировых достижений в области краностроения.