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钻井船新型吊车应力测试研究

分类:应力应变测试    关键词:应力测试

钻井船是一搜综合性工作船,主要负责海上石油钻井和各种海上作业。因某项还上工程作业的需求,需要拆除船上原有吊车,重新安装一台新型吊车。为了确保船舶和设备的安全,对吊车底座及支撑结构进行了应力测试

改造前后吊车的技术性能与测试目的

改造前吊车数据:

吊杆长度:21m

起吊能力:最大幅度 21m(水平) 15t

          最小幅度 3.5m(水平) 15t

改造后吊车数据:

安全工作负荷:主钩       副钩

              9t/23.5m    3t/25m

              15t/15m

本次应力测试的目的是确定吊车在最危险的起吊负荷工况下,吊车基础和支撑结构的应力和强度,并评价结构是否满足海上安全作业的要求。

测试方案

1. 测试状态

吊车安装在船体左舷,吊车底座及支撑机构包括板、钢管、工字钢等构件,结构简图如图1所示(图1中1-4为被测杆件的编号,①-⑦为测点的编号)

钻井船新型吊车应力测试研究.png

在吊车最大负荷状态下进行测试,根据新安装的吊车的技术性能,吊车最大起吊负荷为起吊力矩2206KN.m,此时吊物重量为15t,吊臂仰角50°,吊物距吊车回转中心线的水平距离为15m。

根据计算和受理分析可知,吊臂在以下3个方向上吊车基础和支撑构件受力较大。

方向一:吊臂指向左舷,与x轴成180°;

方向二:吊臂指向船艏且与x轴成150°;

方向三:吊臂指向船艉且与x轴成210°。

2. 测点布置

参照有限元计算报告,在吊车有负荷时,图中1、2、3、4号杆件上会发生危险情况,由受力分析确定处①②③④⑤⑥⑦号共7个测点,其中吊车基础上布置5个测点,基础下部斜支撑上布置2个测点。测点①②⑤用于测试弯曲应力,测点③④⑥⑦用于测试轴向应力。

3.测试仪器的组成

仪器采用聚航科技生产的JHYC静态应变仪,仪器设置全软件操作,数据可实时保存。应变片阻值为120Ω。根据测点布置和测试方案,接桥方式为测点①②⑤连接成双臂半桥,两个工作片互为温度补偿,其余各测点连接成单臂半桥,其中1个作为工作片,另一作温度补偿片。

4.应力测试结果分析及结论

在进行各种状态应力测试之前,吊车按最危险负荷起吊并模拟运行,然后卸载就位于支架,测试系统调零。全部测试结束后,吊车仍就位于支架,并对测试系统进行零点校核。

按不同状态依次进行试验,应力测试数据分为弯曲应力和轴向应力,经叠加后各杆件的合成应力值列于表中,需要说明的是,在吊车无负荷的情况下,吊车结构自重引起的应力经过计算得出,且包含在表列应力值之内。

钻井船新型吊车应力测试研究1.png

结果分析

从表中可以看出,在三种测试状态下,吊臂指向左舷,与x轴成180°状态时吊车基础的应力值最大,最大应力值出现在杆件3中,其余各状态应力值较小,但较大的应力值也出现在杆件3中。基础结构的最大应力值为σmax=84.8MPa。

通过与计算值对比发现,本测试结果比计算结果普遍偏小,原因在于:

① 计算模型中,忽略了20mm厚吊车基础围板的影响,降低了系统的刚度;

② 计算过程中,计入了风力、惯性力的影响,测试时风级比计算假定要小;

③ 计算过程中引入了1.3倍的安全系数,即将自重和吊物力矩放大了1.3倍,而测试时对实际力矩的应力反映,不存在放大的问题。

结论

本船吊车基础采用D30高强度钢,其屈服极限σs=315MPa,许用应力[σ]=315MPa,测试结果得到最大应力值为σmax=84.8MPa,许用应力值大于最大应力值,故吊车基础和支撑结构完全满足强度的要求。


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