[发明专利]负载处理装置及其使用方法

说明书

技术领域

本文描述了一种用于提升和降下负载的负载处理装置。更具体来说，本文描述了一种用于提升和降下负载的负载处理装置，其中该负载处理装置包括适于连接到负载的长形构件、包括一个或多个滑轮(sheave，绞轮)的绞盘，长形构件穿过该绞盘运行，其中该绞盘限定长形构件的低张力侧和高张力侧。

背景技术

绞盘可以被视为一个充当用于穿行于其中的绳索、缆线或任何长形构件的力放大器或力缩小器的黑盒。在下文中，词语“绳索”应被认为是包括适于连接到并搬运负载的任何长形构件。通过绞盘的力的放大或缩小将遵循艾

特尔万(Eytelwein)公式：

其中，S1是作用于绞盘的高张力侧上的绳索力，S2是作用于绞盘的低张力侧上的绳索力，μ是摩擦系数，而α是绳索绕过的所有圈数按照弧度测

量的总角度。当

时将达到最大程度的绳索力放大或缩小，且绳索将开始滑动。在下文中，S1/S2比率将被称为放大因数或缩小因数，这取决于绳索的行进方向。因为绳索的滑动是非期望的，所以绞盘系统通常被超裕度设计为使绳索在所需圈数之外再绕过一圈以上。上述一圈以上的额外圈数将使得穿过绞盘运行的绳索产生更多的弯折。通常这被认为是为了获得更大的防滑动安全性而付出的小代价。对于比系统的最大负载小的负载而言，绞盘超裕度设计的程度将更大，使得围绕绞盘滑轮缠绕若干非必要的圈数。通常，这也被认为是为了获得防滑动的高安全性因数而付出的小代价。

然而，绞盘系统的超裕度设计造成了许多缺点，其中一些缺点是大部分绞盘设计人员都不会理解的，且这些缺点甚至可能会降低系统的安全性。下文中描述的缺点通常在包括升沉补偿系统的离岸提升装置中将会甚至更加突出，升沉补偿(heave compensation，波浪补偿)系统用于抵消作用于安置该提升装置的船只上的波浪起伏。绳索将前后行进以补偿船只的起伏运动，以保持负载相对于海床或另一船只的稳定，且绳索将因此在高张力状态下经受大数量的弯折循环。

在绞盘系统中，多个滑轮通常设置为彼此非常接近。这些滑轮可以被连接(如在双绞盘系统中)或者可以被各自独立地驱动，或者绞盘可以包括连接的或独立驱动的滑轮设置的组合。如果绳索的运动频繁地颠倒方向(比如在上述的离岸升沉补偿操作中的那样)，这会导致绳索的过早失效。

当绳索在绞盘中前后行进时，受影响的绳索段将会在它们每次进入滑轮时被弯折而在它们每次离开滑轮时被拉直。由于绳索内的摩擦以及绳索与滑轮之间的摩擦，受影响的绳索段和绞盘滑轮将会发热。这可能导致润滑剂的损耗，且结果是加速了绳索的劣化。热量可能还会导致绳索缆线中的应变老化过程。热效应趋于随着绳索直径的增加而增大。

当绳索进行了比必要数量更多的弯折循环时，存在这样的风险：指数力放大作用从绞盘的两侧积累，进而使绞盘系统中产生力峰值。穿过绞盘行进的绳索因此不仅进行了比必要数量更多的弯折循环，而且这些弯折循环可能是在比被认为是系统最大绳索力的负载更高的负载下做出的。过多的弯折循环和负载的不利效果的结合将会导致更高的弯折疲劳，且结果是大幅缩短绳索寿命。在一些情况下，绳索力已增大到高于绳索的断裂强度的水平，因此这会导致绞盘系统的绳索的过载失效。一些绞盘的定向/轴心故障同样可能是由于系统中的绳索力远高于设计者的预计值而造成的。

现有技术的另一个缺陷是下述因素所引起的：将提升负载时与降下负载时相比，绞盘系统中的力分布不同。这意味着在每次绳索的运动方向颠倒时，绳索段上的力会有相当程度的增大或减小。这将会导致大量的张力-张力疲劳，这种疲劳将与上文已描述过的过余的滑轮导致的疲劳相叠加。此外，位于滑轮上的绳索将会连续改变其长度以适应改变的绳索力，因而引起绳索上的磨损以及绞盘的滑轮上的磨损。

下文还将参照附图描述现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的一个目的是纠正或减轻现有技术的至少一个缺陷，或者至少提供一种现有技术的有益的替代方案。

该目的是通过下文的描述及随附的权利要求中公开的多个特征来实现的。

在第一个方案中，本发明涉及一种用于提升和降下负载的负载处理装置，该负载处理装置包括：

长形构件，适于连接到负载；

绞盘，包括一个或多个滑轮，长形构件穿过该绞盘运行，该绞盘限定长形构件的低张力侧和高张力侧，其中，负载处理装置还包括张力调节构件，该张力调节构件适于在长形构件的低张力侧操作。