1 前言

近年來(lái)， 隨著(zhù)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(shí)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(diǎn)， 有一定的發(fā)展潛力，海上風(fēng)電安裝平臺及起重設備應時(shí)而生。起重設備作為安裝、維護、更換風(fēng)電裝置的重要設備， 其性能及工作能力至關(guān)重要。我司為中交三航局設計的“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、穩定性高等特點(diǎn)。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， 其有效節省了甲板起重設備的占用空間。與此同時(shí)， 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(fā)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(wú)法實(shí)現。如何傳輸電能即成為亟待解決的一大核心問(wèn)題。

2 方案選擇

解決起重機電能輸送問(wèn)題主要有以下 3 種方法:

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

( 2) 拖鏈形式。該方法因為設計簡(jiǎn)單、安裝簡(jiǎn)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(jià)格相對便宜， 所以較為常見(jiàn)。不足之處在于起重機受拖鏈長(cháng)度限制， 無(wú)法做到全回轉， 只能在一定角度之內回轉， 給實(shí)際吊裝帶來(lái)一定的不便。
( 3) 滑觸線(xiàn)形式． 該方法設計難度大， 價(jià)格高，實(shí)際安裝精度要求高， 且滑觸線(xiàn)方案以往多用于直線(xiàn)傳輸項目圓面環(huán)形接觸導電方式非常罕見(jiàn)， 特別是起重機領(lǐng)域。但相較于拖鏈， 滑觸線(xiàn)自重更輕， 同時(shí)可以做到 360°全回轉， 不受角度約束， 大幅提高了日后的實(shí)際操作效率［1］ 。三者相比， 并考慮*終用戶(hù)的使用情況， *終選擇滑觸線(xiàn)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?xún)?( 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(xiàn)間的誤差在 10 mm 以?xún)龋?即垂直方向滑線(xiàn)安裝誤差需要控制在 10 mm 之內。

3 支架安裝及設計
滑觸線(xiàn)支架分為集電器支架 和滑環(huán)支架 2 個(gè)部分。
集電器支架是安裝滑觸線(xiàn)接頭用支架， 我們在設計時(shí)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(zhù)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(jìn)行長(cháng)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(shí)更換， 具有可替代性強、更換方便等特點(diǎn)。
在法蘭連接處皆可以增加墊片， 以調整垂直位置使其滿(mǎn)足廠(chǎng)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(jìn)行正負 15° 調整。通過(guò)此設計， 可以有效避免上支架焊接時(shí)存在左右方向與滑線(xiàn)不垂直的偏差， 從而導致集電器安裝時(shí)與滑線(xiàn)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(chǎng)家在沿著(zhù)方管長(cháng)度方向安裝集電器時(shí)可以根據現場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)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(diǎn)考慮的問(wèn)題。因為 2 臺機均采用多層滑線(xiàn)( 360 t 為 20 層， 1 000 t 為 31 層) ，且滑線(xiàn)集電器支架需要跟隨起重機回轉部分轉動(dòng)，所以必須安裝于回轉軸承上方， 這樣就導致該支架懸長(cháng)非常大， 其用料的選擇就變得十分敏感。若用料過(guò)強， 將會(huì )增加起重機自重; 若用料節省， 支架過(guò)柔將導致集電器回轉運動(dòng)時(shí)各個(gè)接觸點(diǎn)與滑環(huán)之間接觸不一致， 對使用性能造成影響。所以在此設計
時(shí)對支架進(jìn)行了三維建模， 并對材料逐級進(jìn)行了強度及剛度的驗證， 在滿(mǎn)足工作需要的同時(shí)， 又合理控制了整個(gè)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(huán)在豎直方向上可以進(jìn)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(shí)將該腰孔長(cháng)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(chǎng)商提出的 15 mm 的徑向公差， 如此增加了現場(chǎng)可調整余地， 為整個(gè)滑環(huán)的圓度控制和調整奠定了良好基礎。
在滑環(huán)支架設計的同時(shí)， 考慮到繞樁吊中心開(kāi)放容易滲水以及起重機回轉軸承潤滑油滲漏可能對滑環(huán)使用環(huán)境及壽命帶來(lái)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(huán)的破壞可能。此外， 還設計了回轉軸承集油盤(pán)， 避免潤滑油污染滑觸線(xiàn)。
4 結語(yǔ)
繞樁式起重機在現代起重機行業(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(xiàn)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(wú)法自由全回轉的問(wèn)題。盡管滑觸線(xiàn)價(jià)格較之其他選擇略貴， 且滑環(huán)清潔度需要嚴格控制， 但是其使用效果令人滿(mǎn)意， 即從設計到安裝上已經(jīng)了解并明確該技術(shù)的可用性， 為今后的項目設計多樣性、全功能性提供了事實(shí)及理論基礎。