船用吊装油臂的结构型式及特点

船用吊装油臂的结构型式及特点

柴油负荷臂是船舶码头上使用金属管道进行维修的重要挖掘机。它可以承受石油、天然气、天然气和其他交通工具。与软管相比,船用装卸油臂克服了软管不易操作,不适应船舶的漂移和晃动,寿命短,需要操作人员随时监控,劳动强度高,且容易发生泄漏和引起污染等缺点,而且船用装卸油臂可增设控制、监测及保护系统等,提高了装卸效率和安全性,给码头油品装卸带来很大便利。国外船用装卸油臂的主要制造商有,法国FMC公司,德国SVT公司和EMCOWHEATON公司,日本NIGATA公司。它们的产品结构型式各有特点,下面将船用装卸油臂主要的几种结构型式及特点作一简述和比较。1搭建对基基材料的装卸油臂船用装卸油臂按支撑结构可分为自支撑结构(装卸管道本身兼作支撑结构)和分离支撑结构(在装卸管道外增设支撑钢架)两大类,按内臂与外臂相对运动的传动机构可分为平面四杆传动机构、绳轮传动机构和摆动油缸传动机构等;按驱动方式可分为手动和电液驱动两种。船用装卸油臂主要由支座、内臂、外臂、旋转接头、快速接头、传动机构、平衡配重系统、监测和控制系统等部件组成,如图1所示。船用装卸油臂通过支座固定在码头基础上,它可通过内臂与支座、外臂与内臂之间的旋转接头间的相对运动和平衡配重系统在空载状态下的平衡作用,实现装卸油臂在三维方向基本对位,最终借助装于外臂前端的三向旋转接头上的快速接头与船舶接口法兰对接,并可适应船舶的漂移和晃动。除了上述的主要组成部件以外,船用装卸油臂通常配备外臂前端(与船舶法兰对接处)辅助支撑腿、真空断路器、存放用机械锁紧机构、安全扶梯和检修平台等辅助设施。为增加安全性,还可配置紧急脱离接头。除了装卸管道以外,用于低温液化石油气和天然气装卸的船用装卸油臂还增设一根回气管,用于回收装卸过程中汽化的部分气体。船用装卸油臂所用材料,一般选用普通碳钢管。当装卸介质为低温液化气和天然气时,应选用适合于低温操作的低温碳钢管或者不锈钢管。当用于装卸腐蚀性介质时,还可以选用内衬耐腐蚀材料的复合管。2基于固定臂的结构特点和应用领域2.1设备在超低温条件下工作的能力自支撑结构装卸油臂所承受的自重、风载荷和地震力等瞬时载荷均由装卸油臂输油管道自身承担,并只能依靠管道自身来承受因温度变化而引起的附加应力。而分离支撑结构装卸油臂的自重及瞬时载荷则由单独的支撑结构承担,输油管道本身只承受流体的重力,并可在支撑结构上滑动,能更好地适应在超低温条件下工作时因温度变化引起的伸缩变形。从这两方面讲,分离支撑结构装卸油臂比自支撑结构装卸油臂的受力情况要好。但是分离支撑结构装卸油臂的结构复杂,设备自重大,外形尺寸和占地面积大,其所承受较大的瞬时载荷全部作用于码头基础之上。而自支撑结构装卸油臂具有设备自重小,外形尺寸和占地面积小,所承受的瞬时载荷小,因而对码头基础的作用力小。在这一点上,自支撑结构装卸油臂较有优势。因此,在一般情况下,因受码头条件限制或大型起重设备无法靠近码头,而不易安装较重设备时,应优先考虑选用自支撑结构的装卸油臂。而当用于装卸超低温液化气和石油天然气时,考虑到分离式支撑结构具有吸收因温度变化而引起的变形的优点,应优先考虑选用分离式支撑结构的船用装卸油臂。2.2利用连续工艺生产的绳轮传动机构德国EMCOWHEATON公司生产的船用装卸油臂采用了平面四杆传动机构,而法国FMC公司、德国SVT公司以及日本NIGATA公司则多采用绳轮传动机构及摆动油缸传动机构,与平面四杆传动机构相比,绳轮传动机构直接将油缸的直线运动转换为绳轮的转动,具有传动效率高,运动平稳,惯性力小和运动过程中无死点等优点。但其刚性较低。摆动油缸传动机构与绳轮传动机构和平面四杆机构相比,省去了中间的传动机构,直接采用油缸传递力矩,使设备结构更简单。但是,摆动油缸受大运动范围和油缸布置等限制,一般适用于口径较小和臂长较短的船用装卸油臂。2.3控制板、控制板、控制板大中型船用装卸油臂,大多采用电液驱动,易于实现自动操作,还可实现遥控操作,可以配备紧急脱离接头以应付紧急情况。手动操作装卸油臂则适用于自动化程度和安全性要求不高的场所,主要用于小口径的船用装卸油臂。2.4旋转节密封槽的加工旋转接头是用于连接船用装卸油臂各管节并使它们能够作相对运动和承受一定载荷的重要部件。旋转接头由旋转节和密封件组成。旋转节一般由外旋转体和内旋转体以及内外旋转体中间的滚道组成。密封件安装在内外旋转节的密封槽内。如图2所示。在滚道的处理上,一般直接对滚道进行热处理,以提高滚道的硬度和耐磨性。而法国FMC公司采用快速嵌入式不锈钢滚道的专利技术,便于维修和更换,且旋转体可以采用低碳钢材料,其焊接性和延伸性均优于中高碳钢。旋转接头密封件的材料根据使用条件的不同,可选用丁腈橡胶、氯丁橡胶、聚四氯乙烯等。一般在常温条件下,使用润滑脂润滑旋转接头滚珠和滚道。用于超低温作业的旋转接头除设有更加严格的密封和泄漏监测措施外,还采用了注氮干燥措施或喷涂聚四氟乙烯细粉末的润滑方式。2.5液压快速接头配套设施不完善快速接头分手动和液动两种,船用装卸油臂的对接和脱离大都为现场操作,无论采用手动还是液压快速接头,均需要操作人员在现场进行监督。因此,在一般条件下,配套液压快速接头的意义不大。但对于大口径、大重量,或用于有毒介质或低温液化石油气和天然气装卸的装卸油臂,配套液压快速接头对于保护人身安全和减少操作人员劳动强度具有积极的意义。2.6内湖港区的安全边界紧急脱离接头一般设置于外臂前端,通常包括两个阀门及一套复杂的脱扣机构。它可用于着火等紧急情况或船用装卸油臂的操作超出了操作包络范围内的安全界限时,接受控制和监测系统命令,自动切断油路,脱开装卸油臂与船舶的连接,以保护人身及设备安全。对于风浪不大的场所,如内河,内湖码头以及用户无要求时,可不配套紧急脱离接头。而对于风浪较大的场所,如在远洋码头等使用条件较恶劣的环境下,或应用户要求,装卸油臂应配备紧急脱离接头,监测和控制系统增设相应的电液控制元件和液压回路,以便在紧急情况下实施切断和脱离动作。3无线测控操作监测和控制系统通常用于电液驱动的船用装卸油臂,一般由控制柜和液压站组成,通常为组合的电液控制系统,适用于就地操作。它用于控制船用装卸油臂的对接和脱离,监测船用装卸油臂的工作状态,必要时,发出报警信号、紧急脱离信号及动作等。根据用户需要,还可配备有线或无线遥控器进行遥控操作。无线遥控器与有线遥控器相比,具有重量轻,便于携带和操作的优点,但无线遥控有信号干扰和受距离限制的缺陷。当油船靠泊后,通过监测和控制系统的控制柜或遥控器操作装卸油臂,完成与油船对接、装卸和脱离等工序。在装卸油臂的控制开关中,设有操作/自由模式选择开关,装卸油臂的液压回路中配备相应的液压控制元件和换向阀。在操作模式下,装卸油臂可实现伸出和回收操作,进而实现与油船法兰的对接和脱离操作;在自由模式下,装卸油臂可实现装卸过程中在外力的作用下随着船舶的漂移和晃动而运动。船用装卸油臂的监控是依靠安装于装卸油臂内臂和外臂之间或内臂和配重支撑梁之间与支座和内臂之间的几个极限位置开关来实施的,当船用装卸油臂与油船的接头伸出超过包络工作范围的安全界限时,相应方向的极限位置开关会给控制系统输出一个信号,控制系统