90 m自升式海上平臺圍阱的精度研究及改進

林 偉，楊九九，余 彪，王 華，戴康利，黃佛生

（金海重工（舟山）設計研究院有限公司，浙江岱山 316200）

90 m自升式海上平臺圍阱的精度研究及改進

林 偉，楊九九，余 彪，王 華，戴康利，黃佛生

（金海重工（舟山）設計研究院有限公司，浙江岱山 316200）

文章主要闡述了90 m自升助航式海上平臺圍阱施工精度控制方法，以及為了降低施工的難度，縮短生產周期，對圍阱結構進行了優化，優化后結構達到了預期的效果。

圍阱；圍筒；精度控制；平臺

0 引言

隨著國家經濟的發展，對石油能源需求量越來越大，而陸地開采受到地理分布和開采難度等條件的限制，國內石油產量一直不能滿足日益增長的能源需求。目前，國家進口大量石油以緩解這一矛盾，而且進口量逐年上升。但國際社會仍動蕩不安，能源安全問題受到嚴重威脅。面對重重矛盾，國家非常重視海洋資源的勘探及開采。海工平臺成為開發海洋的重要工具，國家大力倡導技術創新、自主研發[1]。

在這樣的背景下，金海重工股份有限公司（下稱“公司”）建造的90 m自升助航式海上平臺（下稱“90 m S.E.U”）是公司的第一艘海工平臺，是公司戰略轉型的重要項目，同時也是自主生產設計的項目，對公司發展海工產品具有里程碑意義。

1 船舶概況

船舶主尺度：總長85.1 m，型長63.6 m，型寬40.0 m，型深5.8 m，設計吃水3.0 m，載員300人，最大作業水深60 m。

主要特點：四條90 m圓柱式帶方形樁靴的樁腿和升降系統，自航式，具備居住單元、DP1定位系統、190 t吊機。如圖1所示。

90 m S.E.U結構由主船體、樁腿、樁靴、圍阱、生活樓及直升機甲板主要部分組成。圍阱是90 m S.E.U的重要組成部分，也是升降系統的核心部分之一，其建造精度要求非常高，圍阱的精度水平直接影響90 m S.E.U的升降功能及使用壽命。圍阱的結構特點如圖2所示，主要由圍筒、π型板及周圍結構組成。圍阱的精度公差小，對船廠的生產建造及管理水平都是一項巨大考驗。本文主要介紹圍阱的精度控制方法和圍阱結構設計改進方案，旨在降低施工難度，提高生產效率。

2 圍阱精度控制公差范圍[2]

圍阱精度控制公差范圍見表1。

表1 圍阱精度控制公差范圍

3 影響圍阱精度因素

圍阱作為整個平臺動力傳遞機構，其制作精度要求非常高，影響其精度因素主要有幾個方面：圍阱筒體加工精度、圍阱裝配和π型板安裝精度、齒輪箱安裝精度、運輸方式、搭載方式。

3.1 圍筒加工精度

圍筒板材切割精度控制，應選用正確規格的板材，檢查出廠爐批號，對鋼板的板厚、表面粗糙度、鹽分、板厚等進行嚴格檢查和登記。仔細核對切割指令準確無誤，選用切割變形較小的火焰數控切割機切割零件。檢查割好的零件的長度和寬度，偏差不能超過0.3 mm，相鄰兩邊需要保證垂直度，角度偏差不能超過0.1°。采用自動坡口機切割坡口，坡口角度偏差嚴格控制在1°以內[3]。

采用三蕊輥卷板機把零件卷成圈形。首先需要采用油壓機對板兩端進行預彎，預彎的長度為三蕊輥卷板機兩個下輥中心尺寸的 1/2。預彎時需要在特制的模具上進行，用樣板進行檢驗，預彎的加工偏差量不能超過1 mm。預壓完成后，將其放在卷板機上，進行滾圓加工。此過程非常關鍵，難度也較大。在卷板機上加工時，需要保證預彎的邊與輥軸平行。加工成型以后，采用內圓弧形樣板輔助檢驗，零件加工內徑公差0 mm～3 mm，圓度±3 mm，軸心直線度3 mm/10 m[4]。加工完成后零件豎立放置48小時釋加工應力，筒體加強（見圖3），減少運輸、裝配、焊接變形。

3.2 圍阱裝配及π型板安裝精度

圍阱裝配，精度嚴格，公差允許小。筒體內徑公差0 mm～3 mm，圓度±3 mm，軸心直線度3 mm/10 m[1]。錯邊量（開口邊緣≤1 mm，環縫小于等于1.5 mm），端面不平度≤1‰Di且≤2 mm，圓度≤1‰Di且≤3 mm[2,5]。定位結束后測量整套精度數據后進行圍阱焊接，留反變形余量，開設小坡口，低電流低電壓，預熱，采用CO2氣體保護焊打底，埋弧自動焊多次多道的焊接（見圖4）以及保溫等方法控制焊接變形，同時做好過程監控，發現超差及時處理。

π型板安裝，π型板作為傳動設備安裝平臺，π型板裝配要求保證x、y和z方向的安裝精度：1）x方向安裝精度：安裝架基準基于樁腿導筒基準高度差±1mm；2）y方向安裝精度：以樁腿導筒垂直中心線為基準量取半寬值2 160 (0, +1.5) mm；3）z方向安裝精度：通過頂甲板定位封閉頂部，如圖5所示。

若采用傳統的固定胎架進行焊接，需要進行翻身作業或者采用仰焊的形式，而這些措施都會影響整個精度。因此為保證建造精度胎架采用套筒式旋轉胎架，每隔2 m～3 m設置一個胎架，設置位置與圍筒內部加強相對應，且π型板螺栓頂撐將其緊固于圍阱上（圖6）。

3.3 圍阱運輸

圍阱制作完工后，需要將其放置在特殊門架上，禁止將圍筒與門架進行焊接，以減少放置時由于重力或受力不均衡等因素而引起的變形（圖7）。

同時在圍筒內部的臨時加強（圖8）可以增加圍筒的剛性，減少放置及運輸過程中帶來的變形，臨時加強在圍阱船塢搭載結束后再拆除。

3.4 圍阱的搭載

為方便齒輪箱的安裝，圍阱采用齒輪箱安裝結束后船塢單獨吊裝。先將圍阱分段船塢搭載，焊接、變形火功校正完成后，再把圍筒插入圍阱分段定位。找出圍筒上、下中心，確保在同一垂直線上，偏差控制在1 mm以內。

圍阱分段焊接的過程中，精度部門、設計部門、施工部應密切配合。施工部門嚴格按照焊接工藝，制定合理的焊接順序；精度部門時刻監測圍筒的直線度、圓度等精度數據，分析是否超差，并將數據匯報給施工和設計部門。如果發現超差情況，施工部門停止施焊，匯同設計部門分析原因，找出解決方案，再進行下一步。焊接結束進行精度測量和完整性檢查，焊接后48小時后再拆除內部加強。

4 圍阱與樁腿

如圖2所示，樁腿的設計外徑是3 300 mm，而圍筒的設計內徑是3 312 mm，兩者相差12 mm，即樁腿與圍筒的設計間隙是6 mm。根據表1可知，圍筒的圓度公差是±3 mm，如果圍筒控制在公差范圍內以及樁腿公差為0時，也可能出現圍筒與樁腿的間隙為3 mm的情況。然而現實中樁腿精度肯定存在偏差，根據樁腿的公差要求，圓度控制在±3 mm。如果圍筒與樁腿可以控制在公差范圍內，有可能出現間隙為0的情況。這對平臺升降帶來巨大的潛在危險，同時對生產裝配過程中精度控制過程是嚴酷的考驗。在樁腿吊裝過程，如果發生無法插入，或者平臺在升降過程中，發生卡住或擠壓，都會導致災難性的后果。

5 圍阱改進方案

設計公司及船東要求圍阱圍筒與樁腿的間隙盡可能小，原因是減少樁腿在圍阱內的搖晃。但間隙偏小，對船廠施工要求較高。為了降低施工的難度，規避精度給平臺帶來的潛在風險，如果對圍阱結構進行改進，既可以將圍阱圍筒與樁腿之間的間隙增大，降低施工難度及風險，又能滿足船東的要求，讓客戶滿意。按照這一思路，將圍阱圍筒的內徑由原來的3 312 mm，改成3 328 mm，即圍筒與樁腿的設計間隙由原來的6 mm改成14 mm，同時在距圍筒上、下端口80 mm安裝寬度500 mm的墊板。如圖9所示，理論上墊板的厚度是7 mm，以保證有墊板處的理論間隙是6 mm。實際上，墊板的厚度需要根據圍阱與樁腿之間的真實間隙進行適當調整。

通過此設計改進，圍筒與樁腿的間隙由原來的6 mm，增加到14 mm，極大地降低了精度要求，解決了現場的施工難度大的問題。同時在上、下口安裝的墊板可以達到原設計要求，即減少樁腿在圍筒內的搖晃，滿足了船東的要求。

6 結論

圍阱屬于90 m S.E.U的關鍵結構之一，其精度控制非常重要，考驗船廠的管理及生產建造水平。通過船廠各部門通力合作，加強管理，在精度控制方面下了很大力氣，使得精度水平上升了一個臺階。對于如此高精度的要求，為了降低風險，加快生產進度，增加效益，對圍阱結構進行了改進，既降低了施工難度，也滿足了船東要求，受到了船廠施工部門及船東的一致贊揚。

[1] 余彪, 楊九九, 王華, 等. 90 m S.E.U海工作業平臺關鍵結構的精度控制[J]. 船舶標準化工程師, 2015, 48(5): 40-43.

[2] 國防科學技術工業委員會. 中國造船質量標準: CB/T 4000-2005[S]. 2005.

[3] CCS. 海上移動平臺入級與建造規范[S]. 2012.

[4] 美國石油學會. API_SPEC_5L[S]. 2007.

[5] ABS. ABS MODU RULE[S]. 2008.

Accuracy Research and Improvement of Jackhouse Construction on 90 m Self-elevating Unit

Lin Wei, Yang Jiujiu, Yu Biao, Wang Hua, Dai Kangli, Huang Fosheng

(Jinhai Heavy Industry (ZhouShan) Design & Research Institute Co. Ltd., Zhejiang Daishan 316200, China)

The article mainly demonstrates the accuracy control method of the construction of 90 m S.E.U jachhouse. In order to reduce the difficulty of the construction and to shorten the period of production, the structure of jackhouse is improved. The structure after improving reaches the expecting result.

jackhouse; jackhouse-cylinder; accuracy control; unit

TU578

A

10.14141/j.31-1981.2017.02.012

林偉（1981—），男，助理工程師，研究方向：船舶生產設計和建造。