船用吊裝油臂的結構型式及特點

柴油負荷臂是船舶碼頭上使用金屬管道進行維修的重要挖掘機。它可以承受石油、天然氣、天然氣和其他交通工具。與軟管相比,船用裝卸油臂克服了軟管不易操作,不適應船舶的漂移和晃動,壽命短,需要操作人員隨時監控,勞動強度高,且容易發生泄漏和引起污染等缺點,而且船用裝卸油臂可增設控制、監測及保護系統等,提高了裝卸效率和安全性,給碼頭油品裝卸帶來很大便利。國外船用裝卸油臂的主要制造商有,法國FMC公司,德國SVT公司和EMCOWHEATON公司,日本NIGATA公司。它們的產品結構型式各有特點,下面將船用裝卸油臂主要的幾種結構型式及特點作一簡述和比較。1搭建對基基材料的裝卸油臂船用裝卸油臂按支撐結構可分為自支撐結構(裝卸管道本身兼作支撐結構)和分離支撐結構(在裝卸管道外增設支撐鋼架)兩大類,按內臂與外臂相對運動的傳動機構可分為平面四桿傳動機構、繩輪傳動機構和擺動油缸傳動機構等;按驅動方式可分為手動和電液驅動兩種。船用裝卸油臂主要由支座、內臂、外臂、旋轉接頭、快速接頭、傳動機構、平衡配重系統、監測和控制系統等部件組成,如圖1所示。船用裝卸油臂通過支座固定在碼頭基礎上,它可通過內臂與支座、外臂與內臂之間的旋轉接頭間的相對運動和平衡配重系統在空載狀態下的平衡作用,實現裝卸油臂在三維方向基本對位,最終借助裝于外臂前端的三向旋轉接頭上的快速接頭與船舶接口法蘭對接,并可適應船舶的漂移和晃動。除了上述的主要組成部件以外,船用裝卸油臂通常配備外臂前端(與船舶法蘭對接處)輔助支撐腿、真空斷路器、存放用機械鎖緊機構、安全扶梯和檢修平臺等輔助設施。為增加安全性,還可配置緊急脫離接頭。除了裝卸管道以外,用于低溫液化石油氣和天然氣裝卸的船用裝卸油臂還增設一根回氣管,用于回收裝卸過程中汽化的部分氣體。船用裝卸油臂所用材料,一般選用普通碳鋼管。當裝卸介質為低溫液化氣和天然氣時,應選用適合于低溫操作的低溫碳鋼管或者不銹鋼管。當用于裝卸腐蝕性介質時,還可以選用內襯耐腐蝕材料的復合管。2基于固定臂的結構特點和應用領域2.1設備在超低溫條件下工作的能力自支撐結構裝卸油臂所承受的自重、風載荷和地震力等瞬時載荷均由裝卸油臂輸油管道自身承擔,并只能依靠管道自身來承受因溫度變化而引起的附加應力。而分離支撐結構裝卸油臂的自重及瞬時載荷則由單獨的支撐結構承擔,輸油管道本身只承受流體的重力,并可在支撐結構上滑動,能更好地適應在超低溫條件下工作時因溫度變化引起的伸縮變形。從這兩方面講,分離支撐結構裝卸油臂比自支撐結構裝卸油臂的受力情況要好。但是分離支撐結構裝卸油臂的結構復雜,設備自重大,外形尺寸和占地面積大,其所承受較大的瞬時載荷全部作用于碼頭基礎之上。而自支撐結構裝卸油臂具有設備自重小,外形尺寸和占地面積小,所承受的瞬時載荷小,因而對碼頭基礎的作用力小。在這一點上,自支撐結構裝卸油臂較有優勢。因此,在一般情況下,因受碼頭條件限制或大型起重設備無法靠近碼頭,而不易安裝較重設備時,應優先考慮選用自支撐結構的裝卸油臂。而當用于裝卸超低溫液化氣和石油天然氣時,考慮到分離式支撐結構具有吸收因溫度變化而引起的變形的優點,應優先考慮選用分離式支撐結構的船用裝卸油臂。2.2利用連續工藝生產的繩輪傳動機構德國EMCOWHEATON公司生產的船用裝卸油臂采用了平面四桿傳動機構,而法國FMC公司、德國SVT公司以及日本NIGATA公司則多采用繩輪傳動機構及擺動油缸傳動機構,與平面四桿傳動機構相比,繩輪傳動機構直接將油缸的直線運動轉換為繩輪的轉動,具有傳動效率高,運動平穩,慣性力小和運動過程中無死點等優點。但其剛性較低。擺動油缸傳動機構與繩輪傳動機構和平面四桿機構相比,省去了中間的傳動機構,直接采用油缸傳遞力矩,使設備結構更簡單。但是,擺動油缸受大運動范圍和油缸布置等限制,一般適用于口徑較小和臂長較短的船用裝卸油臂。2.3控制板、控制板、控制板大中型船用裝卸油臂,大多采用電液驅動,易于實現自動操作,還可實現遙控操作,可以配備緊急脫離接頭以應付緊急情況。手動操作裝卸油臂則適用于自動化程度和安全性要求不高的場所,主要用于小口徑的船用裝卸油臂。2.4旋轉節密封槽的加工旋轉接頭是用于連接船用裝卸油臂各管節并使它們能夠作相對運動和承受一定載荷的重要部件。旋轉接頭由旋轉節和密封件組成。旋轉節一般由外旋轉體和內旋轉體以及內外旋轉體中間的滾道組成。密封件安裝在內外旋轉節的密封槽內。如圖2所示。在滾道的處理上,一般直接對滾道進行熱處理,以提高滾道的硬度和耐磨性。而法國FMC公司采用快速嵌入式不銹鋼滾道的專利技術,便于維修和更換,且旋轉體可以采用低碳鋼材料,其焊接性和延伸性均優于中高碳鋼。旋轉接頭密封件的材料根據使用條件的不同,可選用丁腈橡膠、氯丁橡膠、聚四氯乙烯等。一般在常溫條件下,使用潤滑脂潤滑旋轉接頭滾珠和滾道。用于超低溫作業的旋轉接頭除設有更加嚴格的密封和泄漏監測措施外,還采用了注氮干燥措施或噴涂聚四氟乙烯細粉末的潤滑方式。2.5液壓快速接頭配套設施不完善快速接頭分手動和液動兩種,船用裝卸油臂的對接和脫離大都為現場操作,無論采用手動還是液壓快速接頭,均需要操作人員在現場進行監督。因此,在一般條件下,配套液壓快速接頭的意義不大。但對于大口徑、大重量,或用于有毒介質或低溫液化石油氣和天然氣裝卸的裝卸油臂,配套液壓快速接頭對于保護人身安全和減少操作人員勞動強度具有積極的意義。2.6內湖港區的安全邊界緊急脫離接頭一般設置于外臂前端,通常包括兩個閥門及一套復雜的脫扣機構。它可用于著火等緊急情況或船用裝卸油臂的操作超出了操作包絡范圍內的安全界限時,接受控制和監測系統命令,自動切斷油路,脫開裝卸油臂與船舶的連接,以保護人身及設備安全。對于風浪不大的場所,如內河,內湖碼頭以及用戶無要求時,可不配套緊急脫離接頭。而對于風浪較大的場所,如在遠洋碼頭等使用條件較惡劣的環境下,或應用戶要求,裝卸油臂應配備緊急脫離接頭,監測和控制系統增設相應的電液控制元件和液壓回路,以便在緊急情況下實施切斷和脫離動作。3無線測控操作監測和控制系統通常用于電液驅動的船用裝卸油臂,一般由控制柜和液壓站組成,通常為組合的電液控制系統,適用于就地操作。它用于控制船用裝卸油臂的對接和脫離,監測船用裝卸油臂的工作狀態,必要時,發出報警信號、緊急脫離信號及動作等。根據用戶需要,還可配備有線或無線遙控器進行遙控操作。無線遙控器與有線遙控器相比,具有重量輕,便于攜帶和操作的優點,但無線遙控有信號干擾和受距離限制的缺陷。當油船靠泊后,通過監測和控制系統的控制柜或遙控器操作裝卸油臂,完成與油船對接、裝卸和脫離等工序。在裝卸油臂的控制開關中,設有操作/自由模式選擇開關,裝卸油臂的液壓回路中配備相應的液壓控制元件和換向閥。在操作模式下,裝卸油臂可實現伸出和回收操作,進而實現與油船法蘭的對接和脫離操作;在自由模式下,裝卸油臂可實現裝卸過程中在外力的作用下隨著船舶的漂移和晃動而運動。船用裝卸油臂的監控是依靠安裝于裝卸油臂內臂和外臂之間或內臂和配重支撐梁之間與支座和內臂之間的幾個極限位置開關來實施的,當船用裝卸油臂與油船的接頭伸出超過包絡工作范圍的安全界限時,相應方向的極限位置開關會給控制系統輸出一個信號,控制系統