海洋平台起重机钢丝绳常见故障分析与处理

本文以国内某海上自升式平台配置的电液驱动起重机[2421HX32-00_YQHG2500-35 t-12 m(5 t -35 m) 型海洋起重机]（以下简称吊机）为例进行分析研究。该平台主要进行海上钻完井作业支持、修井和相关工程支持服务。

该吊机在高盐度、高湿度的海洋环境下使用，设计工作环境温度为_ 20℃～ +45℃，允许工作风速为20.8m/s；停放时最大允许风速为51.5 m/s。吊机日均运转时间约为7~9 h。吊机的主要起重性能如图1 所示。

图1 某海上自升式平台吊机起重特性曲线

Ⅰ——1.0 m 有义浪高时，船外起升主钩负载曲线

Ⅱ——船上起升主钩负载曲线

Ⅲ——2.5 m 有义浪高时，船外起升主钩负载曲线

Ⅳ——1.0 m 有义浪高时，船外及船上起升副钩负载曲线

Ⅴ——2.5 m 有义浪高时，起升副钩吊人负载曲线

1 钢丝绳简介

吊机钢丝绳通过滑轮组、压板以及楔形与绞车以及钢结构安装固定，实现变幅、主钩、副钩系统的起升与下放动作。钢丝绳的应用布置如图2 所示, 这3 组钢丝绳的具体信息以及使用特性整理如表1 所示。

2 常见故障原因分析与处理

钢丝绳作为吊机的关键组成部件，不仅要注重日常维保，还必须建立信息管理台账，包括钢丝绳型号、安装时间、使用时长、检查情况、保养信息等。

现针对吊机日常作业过程中，几种常见的钢丝绳故障进行分析，并提出处理建议。

2.1 钢丝绳“打扭”

1）故障现象 穿过游动滑轮组的钢丝绳，实现主钩的起升与下放操作动作。正常工作状态下，游动滑轮组两侧的钢丝绳应相互平行，互不干涉；但当钢丝绳“打扭”时，游动滑轮组两侧的钢丝绳之间就会出现“8 字形”或者“麻花形”交叉，如图3 所示。当主钩下放行程越长时，扭结现象会越明显。钢丝绳的“打扭”不仅会加剧磨损消耗，更会增加吊装作业的安全风险。

2）原因分析 出现这种现象的原因是新安装或新换钢丝绳使用一段时间后，出现内部应力集中，导致钢丝绳“打扭”。

3）处理方法

新安装或新换钢丝绳时，应注意选择抗扭结性能好，绳股捻向与绞车卷筒相匹配的钢丝绳；使用正确的穿绳工艺，确保穿绳过程中，避免产生扭转应力。

作业过程中，出现钢丝绳扭结时，应暂停吊装任务，将吊臂置于安全架上，并将主钩吊钩与滑轮组下放至甲板面，再逐步放松钢丝绳，在做好安全防护措施的情况下，通过拆除与吊臂相连的楔形头端（“死绳”端），释放钢丝绳内部应力，回装并固定楔形头。再次作业前，做起重测试，确认钢丝绳“打扭”问题解决。

2.2 钢丝绳“崩绳”

1）故障现象 吊机新投入使用不久，大约2 个月

时间，吊臂做变幅起升动作，在40°～ 60°之间，也就是变幅绞车卷筒上第二层与第三层排绳转换处，出现钢丝绳排绳不规则，并会引起多次钢丝绳“崩绳”现象，吊机载荷负载越重时，“崩绳”现象就越明显，并会伴有声响和震动。如果吊机持续这种状态运转，会快速加剧钢丝绳的磨损，并存在吊装作业安全隐患。绞车上钢丝绳正常工作状态与错排“崩绳”状态下卷绕状态对比如图4 所示。

图4 绞车钢丝绳正常工作与错排“崩绳”状态对比

2）原因分析

①卷筒与新安装的钢丝绳不匹配，导致第一层钢丝绳排满后，卷筒上还留有小于钢丝绳直径的间隙（卷筒一周），会导致排绳不规则问题；

②光面的卷筒在运转一段时间后，第一层钢丝绳因较长时间的受压变形，会导致钢丝绳的导向纹路失效

③卷筒排绳与A 型架顶部导向定滑轮的偏斜夹角过大；

④卷筒上压板固定的出绳口走向不顺，会导致第二层排绳不规则，或第二层最后1～2圈的排绳出现“崩绳”。

3）处理方法 所有钢丝绳缠绕系统的偏斜角均不应大于4°，对阻旋转钢丝绳不应大于2°，可以采取减少卷筒长度或增加卷筒直径、增大定滑轮与卷筒之间的距离等措施减小偏斜角。当钢丝绳在绞车卷筒上采用多层缠绕时，在卷筒法兰处的钢丝绳偏斜角宜大于0.5°，以避免钢丝绳堆聚[1]。现场确认钢丝绳的选型与绞车卷筒的匹配，并且实测偏斜角均在设计允许范围内。通过在压板固定的出绳口增加一根与卷筒直径贴合的弧形导向条，长度15 cm，排绳错乱和“崩绳”问题得到显著改善。在使用一段时间后，仍存在轻微的排绳不规则问题，根据现场情况，配合出绳口导向条，在卷筒内侧壁再增加一片外边长4 cm×6 cm 的导向挡板，使钢丝绳“崩绳”问题得到明显解决。

导向条 针对卷筒出绳口因压板、焊缝及绳槽等缺陷造成的排绳S 形故障，导致卷筒上排绳至第二层最后一圈时出现排绳错叠或“崩绳”。此时可通过在卷筒初始出绳口增加导向条，调整出绳口的钢丝绳排序。导向条弧度与卷筒直径匹配，最大长度不建议超过卷筒直径的1/4 周长。导向条横截面为圆形，最大直径处不超过钢丝绳直径，并逐渐呈现径缩，形状如图5 所示。

图5 钢丝绳导向条形状图示

导向挡板 卷筒上钢丝绳排绳错叠或“崩绳”故障比较严重，通过导向条无法彻底解决问题时，可在卷筒内侧壁根据排绳间隙增加导向挡板来解决问题。导向挡板可分为块状和多片式圆环状，内弧面直径D 与卷筒直径匹配，径向有效厚度H 应为钢丝绳直径的整倍数值。导向挡板与卷筒内侧壁之间，可进行电焊固定，也可配孔固定，形状如图6 所示。

图7 钢丝绳“断丝”故障现象

2） 原因分析 钢丝绳在正常使用过程中，受外力（摩擦、冲击、挤压等）作用，会出现钢丝绳的损耗现象。

3）解决方法 吊机日常作业过程中，加强钢丝绳的状态监测，并做好维护与记录工作。一旦发现任何异常，参照《GB/T 5972—2006 起重机用钢丝绳检验和报废实用规范》，对钢丝绳的使用状态进行判断，一旦达到相关报废标准，立即对符合报废标准的钢丝绳进行换新处理。

3小结

吊机使用过程中，钢丝绳是决定现场起重吊装作业安全与否的关键部件之一。因此，对于钢丝绳一般建议采用预防性维修为主，同时，对于易损型号的钢丝绳提前做好备品管理，这样可以较大地提高设备使用的可靠性与安全性。