变幅绞车、钢丝绳是吊机起升系统主要组成部分。操作人员在维护保养过程中发现钢丝绳出现磨损情况并发现3根断丝。经测量, 磨损接近钢丝绳直径的9%。经查找报废标准, 钢丝绳6倍直径内出现3根断丝, 或磨损超过钢丝绳直径的7%, 满足两个条件之一即达到报废标准。
经检查发现, 钢丝绳断丝的主要原因是由于咬绳而引起的, 钢丝绳在上升过程中出现咬绳的现象并发出摩擦声音。在钢丝绳缠绕卷筒的第四层第二圈时, 咬绳的现象特别严重, 出现明显的跳绳, 并且发出较大的摩擦声音。经过分析判断, 钢丝绳咬绳大致有以下原因:
(1) 变幅绞车中心与入绳第一个变幅滑轮中心不重合。变幅卷筒中心与变幅钢丝绳入绳第一个滑轮中心必须在一条垂线上, 如图1示意图所示, 而实际现场情况两者的中心不在一条直线上, 经现场测量反馈, 卷筒中心线向左侧偏移量超过20mm, 是造成钢丝绳出现咬绳的原因。
(2) 钢丝绳的入绳的角度偏大导致钢丝绳发生咬绳。用α表示钢丝绳的入绳角, X、Y表示拉力在不同方向的分量, 若钢丝绳的拉力为F, 则Fx=Fcosα, Fy=Fsinα。Fx是钢丝绳卷绕的有效分力, 它拉动钢丝绳绕进或绕出滚筒, Fy为有害分力, 它使钢丝绳与钢丝绳之间、钢丝绳与滑轮绳槽侧面产生摩擦力。从现场测量来看, 虽然其入绳倾角最大为2.04°小于螺旋绳槽2.5°的最大允许值。但是如果入绳角α过大, 则Fy数值也必然增大, 可能会导致钢丝绳不能依次排列, 从而产生咬绳现象, 同时对滑轮而言主要是磨损加快, 对钢丝绳来说则出现断丝等情况。
(3) 钢丝绳缠绕层数超过绞车设计层数。查阅吊机绞车的设计图纸, 发现绞车的设计层数只有3层, 而现场钢丝绳已经缠绕到了4层, 并且情况较严重的现象发生在第4层第二圈。
(4) 钢丝绳直径与绞车绳槽节距不配合。钢丝绳直径与绞车绳槽节距大小不匹配也是造成钢丝绳咬绳的原因。理论与实践证明, 即使入绳的角度小于螺旋绳槽最大允许值2.5°, 由于卷筒上绳圈间隙较小, 钢丝绳直径较大或者卷筒直径较大, 也会导致咬绳的现象发生。
(5) 没有正确安装和保养。吊机在安装时, 由于三角架和底座横向间隙较大, 所以不一定保证三角架与底座绞车对齐, 也是导致咬绳原因。钢丝绳外层绳股的钢丝表面的磨损, 是由于它在压力作用下与滑轮和卷筒的绳槽接触摩擦造成的。这种现象在吊机加速和减速运动时, 钢丝绳与滑轮接触的部位特别明显, 并表现为外部钢丝磨成平面状。润滑不足, 或不正确的润滑以及还存在灰尘和砂粒都会加剧磨损。
(1) 对变幅卷筒底座进行调整, 使其卷筒中心线与滑轮中心线在同一条线上。
(2) 重新制作新卷筒, 将卷筒的宽度由590mm缩短为455.7mm, 此时入绳的角度由2.04°减小到1.58°, 尽量减小Fy为有害分力。
(3) 针对钢丝绳缠绕层数超过绞车设计层数情况, 截短10米保持只有3层, 并且满足最小缠绕圈数5圈的要求, 成功避免最严重的咬绳的现象产生。
(4) 经过测量, 测量节距结果是29.7mm, 测量钢丝绳直径是28.4-28.6mm, 是满足设计要求。
(5) 绞车在运行中若出现严重松绳, 有时候也会导致钢丝绳出现咬绳的情况, 因此在绞车安装时尽量减小中心线偏差, 运行过程中尽量避免严重松绳。润滑不足, 以及还存在灰尘和砂粒都会加剧磨损。因此在使用过程中, 需涂抹足够的润滑脂, 以减小钢丝绳之间的摩擦, 从而减小磨损。
(6) 在改造动作最小的情况下, 可以通过贴板对滚筒挡距进行调整, API 2C-2012中7.3.1.5 e的规范要求中, 允许采用法兰垫片进行滚筒调整间隙, 但是直接在上面进行焊接原则上是不允许的。
通过此次对海洋石油平台基座式吊机变幅钢丝绳咬绳的问题进行分析, 列举出可能产生的原因, 然后逐一排查, 形成了一个系统的解决方案, 为以后处理类似问题提供了参考。海洋石油固定平台基座式吊机变幅钢丝绳咬绳的主要原因有入绳的角度偏大, 选型设计不正确, 安装误差和不正确的使用等。尽量减小入绳角度, 严格按照绞车设计选用钢丝绳, 保证卷筒中心线和滑轮中心线对中, 同时安装时候尽量减小安装误差, 做好维护保养工作, 就能成功避免钢丝绳的咬绳, 减小磨损同时延长寿命, 为吊机的安全稳定地运行提供保障。
摘要：基座式吊机是海洋石油固定平台非常重要的吊装设备, 钢丝绳的正常使用是吊机稳定运行的前提。咬绳是导致钢丝绳磨损从而报废的主要原因。本文针对海洋石油固定平台的基座式吊机变幅绞车钢丝绳咬绳的问题进行分析, 提出解决方法, 逐一排查各个可能引起的原因并成功解决咬绳问题, 通过总结为以后钢丝绳咬绳的问题处理提供参考。
关键词：吊机,变幅绞车,钢丝绳,咬绳
[1] 起重机设计规范.GB/T3811—2008.
[2] 陈坚.偏角对钢丝绳负面影响新指标[J].起重运输机械, 2013.
[3] 雷宽成, 李金华.钢丝绳经过滑轮时允许偏角的计算分析[J].河南石油, 1998.
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