摘 要

由于全球经济的快速发展，人类对能源的需求量不断增加，蕴藏丰富资源的海洋领域也逐渐被开发利用。大型半潜船在全球海洋能源的勘探开发以及大型工业结构的运输中发挥着重要作用，因此，大型半潜船的市场需求急剧上升。

大型半潜船进行装卸工作时，需要使用起重设备，起重设备配有起升绞车，液压泵站向起升绞车输送液压能，是起重设备的动力源。本文通过了解国内外大型半潜船的发展以及研究现状，结合万吨半潜船起升绞车液压泵站的主要设计参数，综合考虑万吨半潜船起重设备对起升绞车液压泵站的技术及性能要求，借助三维设计软件CATIA进行建模仿真，重点分析和设计万吨半潜船起升绞车的液压泵站系统。

本液压泵站是在保证起升绞车在额定负荷和40%额定负荷工况条件下进行设计，采用负载敏感液压系统，提高了起升绞车的工作效率，节能效果好，能为其它大型半潜船起重设备的优化与设计提供参考作用。

关键词: 半潜船；起升绞车；液压泵站；负载敏感

Abstract

Due to the rapid development of the global economy, mankind's demand for energy is continually increasing, and the ocean which has abundant resources is gradually being developed and utilized. The large-scale semi-submersible vessels play an important role in the exploration and development of global ocean energy and the transportation of large industrial structures, so the market demand for semi-submersibles has risen sharply in recent years.

When semi-submersible vessels carry out loading and unloading work, they need to use lifting equipment which is equipped with a lifting winch. The hydraulic pump station conveys hydraulic energy to the lifting winch, so the hydraulic pump station is the power source of lifting equipment in semi-submersibles vessel. Through knowing about the current development and latest research of semi-submersible vessel in domestic and abroad, this paper combines with the main design parameters of hydraulic pump station of the semi-submersible lifting winch, and comprehensively considers the technical characteristics and performance requirements of lifting equipment in semi-submersible vessel for hydraulic pump station in lifting hydraulic winch, and focus on the analysis and design of the hydraulic pump station system for the semi-submersible vessel lifting winch under the help of 3D design software CATIA.

The hydraulic pump station is designed under the pre-requisite of ensuring that the lifting hydraulic winch can work stably under the rated load and 40% rated load. Moreover, adopting a load-sensing hydraulic system, which will increase the working efficiency of the hydraulic pump station greatly, achieve energy-saving result, and provide a practical reference for the optimization and improvement of lifting equipment in semi-submersible vessel.

Key Words：semi-submersible vessel；lifting winch；hydraulic pump station；load-sensing

目 录

第1章 绪论 1

1.1 设计目的与意义 1

1.2 国内外发展现状 2

1.2.1 国外发展现状 2

1.2.2 国内发展现状 2

1.3设计内容 3

第2章 液压泵站液压系统设计 4

2.1 设计要求 4

2.2 工况分析 5

2.3 液压系统主要参数的确定 6

2.3.1 系统压力的确定 6

2.3.2 执行元件的计算 6

2.4 液压系统原理图的拟定 7

2.4.1 选择系统类型 8

2.4.2 选择调速和调压方式的选择 8

2.4.3 换向回路的确定 11

2.4.3 液压系统原理图的设计 11

第3章 液压元件的计算和选择 13

3.1 液压马达 13

3.1.1 液压马达的类型 13

3.1.2 液压马达的选型计算 14

3.2 液压泵 16

3.2.1 液压泵的类型 16

3.2.2 液压泵的选型计算 17

3.3 电动机 18

3.3.1 电动机的计算 18

3.3.2 电动机型号的确定 18

3.4 液压控制阀 19

3.4.1 安装形式的选择 19

3.4.2 控制方法的选择 19

3.4.3 规格的选择计算 20

3.5 管道 23

3.5.1 管道的分类 23

3.5.2 管道的计算 23

3.6 油箱容积的计算 25

3.7 液压辅助元件 26

3.7.1过滤器 26

3.7.2压力表/压力传感器及液位液温计 26

3.7.3液压元件明细表 27

第4章 液压系统的性能分析 27

4.1 液压系统压力损失的计算 28

4.1.1 管路沿程压力损失计算 28

4.1.2 管路局部压力损失的计算 29

4.1.3 流经阀件等元件的局部压力损失的计算 30

4.1.4 系统总压力损失的计算 30

4.2 液压系统的效率分析 31

4.3 液压系统发热温升的计算 32

第5章 液压泵站的设计 35

5.1 液压泵站结构型式的确定 35

5.2 液压泵站的结构设计 35

5.2.1 液压安装泵站的总体布置 35

5.2.2 液压泵站总体结构的设计 35

5.3 油箱的结构设计 38

5.3.2 油箱的结构特点 38

5.4 集成块的设计 39

5.5 管路及管路布置 40

第6章 经济性与环保性分析 41

第7章 总结 42

7.1 总结 42

7.2 展望 42

参考文献 44

致谢 46

第1章 绪论

1.1 设计目的与意义

二十世纪七十年代后期，随着全球经济的快速发展，国际传统海运从常规的小件货物逐渐向大型物件转变，如：机械设备、大型车辆、大型工业结构物件等。进入九十年代后，超大型货物、整体构件及工业结构模块等逐渐出现，如：海洋石油钻井平台、港口门机、军用设备、管道及电缆等货物，这类超大型货物具有结构庞大、形状不规则等特点，其尺寸都远远超出了普通集装箱船和散货船的装载范围和技术规范^[1-2]。因此，对于一种能够装载和运输超大型结构物的特种运输工程船的需求日益上升，半潜船的出现正好能够有效地满足这一类需求。

半潜船也称作半潜式母船，是一种特殊的船舶设计方式，主要用于运输超大型的设备，例如：海上石油钻井平台、起重设备（龙门吊）、桥梁构件等。半潜船异于普通的水上船舶，又不同于全部隐没于水中的潜水艇，它拥有较深的吃水量，在航行中，大部分船体潜入到水中，比较不易受到海浪的影响，能保持较佳的稳定性，因此，适合在水面上进行工作。装货前，半潜船调节自身的压载水，逐渐将装货甲板潜入水中至一定深度，然后，所要载运的超大型货物（像驳船、游艇、龙门吊、钻井平台等）从水面上漂浮到装货甲板上，最后，半潜船以最佳的半潜航行状态将货物运送至目的地。半潜船均配置起重装备，用于货物的装卸与调配。起重装备配有起升绞车，进行起重作业时，液压泵站向起升绞车输送液压能，驱动起升绞车卷筒转动，是起重装的重要动力源。液压马达直接或间接通过减速器带动绞车卷筒转动，进行货物的装卸工作。起升绞车工作时噪声较小，输出转矩大，工作效率高，安全性高，操作可靠，所以，广泛应用于各类工程邻域，如：船舶、港口、建筑、冶金等行业。随着技术不断完善与发展，绞车的运行速度和负载惯性不断变大，导致绞车系统的精准调控变得更加复杂、困难，掌握好起升绞车相关技术参数与其性能之间的相互影响关系，将有助于改善起升绞车的整体性能^[3]。

液压泵站是起升绞车液压泵站的动力源，其设计对于万吨半潜船的起重作业起着关键作用，一个设计合理的液压泵站将会保证万吨半潜船稳定地、高效地进行起重作业。万吨半潜船在海洋能源发展、大型结构件的运输等领域发挥着重要作用，因此，万吨半潜船稳定、高效的工作将会大大促进海洋能源勘探开发，提高大型结构件的运输速度，这将有利于全球的经济发展以及新能源的开发。

1.2 国内外发展现状

1.2.1 国外发展现状