联吊吊装重大件的关键问题

张飞成， 任玉清， 张先飞， 徐和中

(1. 大连海洋大学 航海与船舶工程学院, 辽宁 大连 116023；2. 中国外运(文莱)有限公司, 北京 100029； 3. 中波轮船股份公司, 上海 200002)

在做重大件吊装方案时，索具的选择和组装、货物积载位置、吊装过程中对船舶稳性和横倾的影响、吊装操作程序对重大件的安全吊装至关重要。文献[1]～文献[3]在重大件货物装卸的计算原理方面给出装卸货物对船舶浮态和初稳性的计算方法；文献[4] ～文献[9]在计算时考虑吊杆仰角问题，并采用注入(排放)压载水方法对船舶进行横倾调整；文献[9]从理论上建立双吊联动理论数学模型。对此，综合上述文献所给的计算方法，联系航海实际，针对联吊吊装重大件，改进上述计算稳性方法和调整横倾方法的不足之处，并考虑吊装索具和调拨压载水(相关文献均采用注入排出压载水)对船舶稳性的影响，计算出实船条件下船舶的最小稳心值和最大横倾角。在调整船舶横倾的方法上采用调拨压载水法并针对实际工作中反向吊起“旁通”法，调整船舶横倾的可行性进行理论上的计算验证，最后给出“黄海开拓”船联吊吊装重大件的具体操作程序。

1 索具和货物积载位置

1.1 索具的安全负荷

1.2 货物的积载位置

目前，专用的重大件杂货船的克令吊一般布置在船舶的一侧，而不是传统的布置于艏艉中心线上，这样布置的优点在于整个货舱(包括二层柜)、舱盖可装运超长货物并且增大装货空间，缺点就是当货物超长甚至超过两吊之间距离时增加联吊操作难度，并且受限于克令吊的趴臂伸展距离，起吊前对重大件货物在码头或驳船的位置以及在装船后的积载位置都有严格要求。货物的吊点必须处于克令吊不同的安全负荷对应的趴距之内。 “黄海开拓”船单吊最大安全负荷80 t,趴距为5～22 m，理论上联吊操作可吊装160 t货物(包括所用横梁自重)。根据货物的长度不等可确定粗方格区域为联吊操作时重大件货物可积载位置，见图2。

图2 “黄海开拓”船联吊吊装重大件货物积载位置

2 吊装重大件时对船舶稳性及横倾的影响

单件重大件一般几十吨至几百吨，相比于远洋杂货船排水量来讲，货物重量仍然小于排水量的10%。因此，在吊装重大件货物时计算船舶的稳性可按照少量装载货物来处理。[4]船舶在吊装过程中，会导致船舶稳性的下降以及产生横倾角。[3,5]在做吊装方案时，一定要计算准确，防止在吊装过程中货物触碰甚至船舶倾覆的事故。

2.1 吊装过程中船舶初稳心计算

设船舶的初始排水量为Δ，船舶的重心高度为kG，吊货前克令吊吊臂处于前后水平固定位置(船舶航行状态)、吊梁初始位置位于主甲板。当船吊吊起货物时，船舶排水量增大和初稳心高度减少[10]，其减少量δGM为

(1)

p=lbsinα+q

(2)

式(1)和式(2)中:P为货重;p为吊顶部距基线的距离;Q为吊顶部重量;q为吊底座距基线距离;R为吊梁重量;r为型深;S为需调拨压载水的重量;Sz为需调拨压载水重心的上升高度；lb为吊臂长度;α为吊臂仰角。由式(1)和式(2)可知：初稳心的减少量与吊臂仰角、吊臂顶部重量、所用吊梁的重量、需调拨压载水重量和重心上升的高度有关。吊装对稳性核算计算参数见图3。

图3 吊装时稳性核算计算参数

由船舶原理相关知识可知，此时的船舶复原力矩为

MS=(Δ+P)[hGM-δGM]sinθ=[(Δ+P)hGM-

P(p-kG)-Q(p-q)-R(p-r)-S×Sz]×

sinθ

(3)

2.2 吊装过程中船舶最大横倾角计算

在重大件货物被吊起后，在货物由码头转移至船上的过程中，船舶会受到一横倾力矩Mh的作用Mh可表示为

(4)

式(4)中:α为吊臂仰角;β为吊臂水平旋回角;B为型宽。

在实际工作中，一般计算最大横倾力矩(或最大横倾角)。一般来讲，装货前货物在岸上或驳船的位置是固定的，为达到吊的最大起重负荷，此时吊臂仰角较大。对于克令吊布置在一舷的船舶而言，最大横倾力矩产生在货物吊离地面时且吊臂与船长方向垂直即β为90°时最大横倾力矩有

(5)

根据横倾力矩与复原力矩平衡的条件，可得到吊装最大件货物过程中最大的横倾角为

(6)

2.3 两种调整横倾的计算方法

在吊装重大件货物时，应尽量保持船体处于正浮状态，如不能满足正浮状态则要求横倾角不超过3°[5-6]，以防起吊时货物摇晃以及克令吊自我保护而停止工作。当发现横倾过大时，可采用调拨压载水方法(此法比单边压载或排放速度快2倍，目前，重大件船舶都设有专门的调平边柜)对船舶进行调平。另外，重大件杂货船一般都有二层柜，也可利用闲置的克令吊吊起一块“旁通”在反方向对船舶横倾进行调整，能否完全调平取决于吊装大件时引起的横倾角大小和吊起一块“旁通”引起的横倾角大小进行比较。

2.3.1调拨压载水法

调拨压载水法由于能够快速将船舶调平，在重大件船舶上广泛应用，前提是船方要提前计算好需要的调拨压载水量，把左右调平边柜的水按需备好。防止调平时某边柜的压载水不够而另一边柜的压载水已满溢出。需要调拨的最大压载水质量的表达

式为

(7)

式(7)中：Sy为压载水转移的横向距离。

2.3.2反向吊起“旁通”法

目前，还没有相关文献提到使用反向吊起“旁通”法调整船舶横倾，但在实际工作中却有使用此方法。该方法只针对配有“旁通”的二层柜船舶，可减小横倾角度甚至调平船舶，操作方便。根据有关船舶原理知识，吊起船舶内的“旁通”相当于卸载一件货物但没落地，此时必然引起船舶横倾，这个横倾角度和船舶吊装重大件产生的横倾角度相反，可使整个船舶的横倾减小以便满足要求。但是，需要注意的是船内吊起“旁通”时，也会引起的船舶稳性进一步减小。其减少量δGM′的计算式为

(8)

船内吊起“旁通”时引起的横倾角的表达式为

(9)

式(8)和(9)中：PT为“旁通”的重量；p′为该吊顶部距基线距离;zPT为“旁通”初始的垂向坐标值;P为货重。当α取最小值(吊臂的水平限位仰角)，β为90°时，产生最大的抑制横倾角。

3 实船计算及联吊操作

3.1 稳性计算和横倾角计算

以“黄海开拓”船某航次为例，相关船舶参数见表1。克令吊技术参数见表2。

表1 “黄海开拓”船舶资料

某航次装运盾构机，单件货重135 t，由于货物自身两吊点距离不足4 m，故采用横梁增长两克令吊吊点距离，横梁自重20 t，采用1号和2号克令吊联吊操作将货吊起，将货物装于2舱二层柜，相关稳性和横倾角计算示意如图3所示。计算过程中需要的一些基础数据见表3。在实际工作中，只要计算吊装过程中船舶最小稳心值大于该排水量对应的稳心值即满足要求，计算最大横倾角以便给出相应调平措施。极限稳性值见表4。

表2 “黄海开拓”船克令吊技术参数

表3 计算所需基础数据

把相关数据代入式(1)中可得稳心最大减小值为

δGM=0.55 m

(10)

船舶起吊过程中的最小初稳心值为

hGM1=hGM-δGM=2.35 m

(11)

由表4可知:在该排水量下船舶极限稳心值为2.1 m，满足要求。

把相关数据代入式(6)中可得吊装过程中最大横倾角为

θ=6.6°

(12)

3.2 调平船舶横倾计算

把相关数据代入式(7)中可得将船调平需要从

表4 “黄海开拓”船稳心极限值

NO4舱左边柜调驳右边柜的最大压载水量为

S=190 t

(13)

把相关数据代入式(8)中可得用3号吊反向吊起一块“旁通”还会使船舶减小的初稳心值为

δGM′=0.20 m

(14)

此时，船舶的最小稳心值为

hGM2=hGM1-δGM′=2.15 m

(15)

产生的反向最大抑制横倾角为

φ=2.2°

(16)

由上述可知：本次反向吊起“旁通”操作并不能将船调整至横倾3°内，但是若货重减少或排水量减少可将船舶调至横倾3°内，甚至调平。

3.3 联吊操作

本件货物采用联吊吊装将其装船。起吊前最重要的第一步就是要保证连接克令吊钩头和横梁的吊货钢丝(或吊带)受力均匀、钩头要在各自横梁吊点的正上方。否则在货物刚吊离地面时，会加剧重大件货物的晃荡。可采取如下办法调整钩头位置：先绞起钩头，注意观察，让吊货钢丝(或吊带)受力，不要直接吊起货物，否则会发生严重事故。然后快速落钩头，若发现钩头不是垂直下落而是向某一方向偏转，则说明钩头位置不正，应向钩头偏转方向的反方向调整。如此反复，直至将钩头调整至横梁吊点的正上方。

吊装时应先让两克令钢丝慢慢受力，当克令吊钢丝绳受力达到货重的1/2时，操吊人员应告知地面指挥人员，之后钢丝绳受力每增加10 t报告一次。当船舶横倾接近2.5°时，克令吊应停止绞钢丝绳，驾驶员开始将NO4舱左边柜压载水调拨至右边柜，随着压载水调拨，船舶左倾慢慢减小，钢丝绳受力继续增大，当压载水调拨至货物离开地面时，压载水停止操作，此时吊货钢丝绳受力最大，船舶保持平衡。货物离地后，继续绞钢丝绳将货物抬高到舱口围以上约0.5 m，随后将1号吊吊臂左转(左右以操吊人员在操控室为基准)见图4，2号吊追随1号吊左转，当1号吊钩头到达A位时，2号吊吊臂开始右转，1号吊继续左转，当1号吊钩头达到B位置时，2号吊钩头到达C位置时，为把重大件装在指定位置，对1号吊右转再趴臂，2号吊趴臂。当横梁越过左侧船舷向船内移动时，船舶会慢慢变为右倾，此时视情况将NO4右边柜压载水向左边柜调驳，保证船舶的横倾在可接受范围之内。尽管目前多功能杂货船都配有自动调平功能，但一般只在装卸集装箱时使用该功能，因为装卸重大件货物时使用自动调平功能会使指挥人员失去对船舶态势的判断。

图4 联吊吊装示意

吊装过程应防止两吊吊臂形成“内八字”或“外八字”造成对吊货钢丝斜拉，此外还应保持横梁水平方向不能有倾斜，否则的话应该采取相应措施进行调整。该件货物实船吊装图见图5。

4 结束语

为确保重大件的安全吊装，必须正确组装吊装索具并选择好索具的安全负荷，掌握吊装过程中对船舶稳性和横倾的影响规律，以便采取切实可行的措施。利用文中的方法，可求得吊装过程中任意时刻船舶的稳心值和横倾角大小，并算出需调拨的压载水量和反向吊起“旁通”可抑制的横倾角大小。联吊吊装具体操作程序和吊装过程中压载水操作程序对船员具有一定的实践指导意义。

图5 实船联吊吊装图