3 600 t液壓插銷式連續(xù)升降系統(tǒng)及其安裝工藝

商明星，陳煥東，劉富均，梁涓華

（中船黃埔文沖船舶有限公司，廣州 511462）

1 前言

我國(guó)擁有豐富的風(fēng)能資源，據(jù)最新公布的距離地面高度為50 m的風(fēng)能資源數(shù)據(jù)顯示：達(dá)到三級(jí)以上(風(fēng)功率密度大于300 W/ m2)的風(fēng)能資源陸上潛在開發(fā)量為23.8 億kW；達(dá)到四級(jí)以上(風(fēng)功率密度大于400 W/m2)的風(fēng)能資源陸上潛在開發(fā)量為11.3億kW；且5 ～25 m水深線以內(nèi)區(qū)域可裝機(jī)容量約為2 億kW。

升降系統(tǒng)作為自升式風(fēng)電安裝平臺(tái)的核心裝備，長(zhǎng)期以來一直被國(guó)外少數(shù)公司所壟斷。近幾年來國(guó)內(nèi)公司奮發(fā)圖強(qiáng)，自行研制3 600 t液壓插銷式連續(xù)升降系統(tǒng)，并于2017年5月順利完成全程升降試驗(yàn)，各類試驗(yàn)數(shù)據(jù)完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求，目前已順利交付船東并出海作業(yè)。

2 3 600 t液壓插銷式連續(xù)升降系統(tǒng)概況

升降系統(tǒng)的主要作用是使平臺(tái)以連續(xù)的方式在海面沿樁腿升降、壓樁、拔樁。在需要長(zhǎng)期保持站立高度時(shí)，可使用附帶的鎖緊機(jī)構(gòu)長(zhǎng)期保持氣隙,確保海上風(fēng)電安裝平臺(tái)其它作業(yè)的順利實(shí)施。升降系統(tǒng)主要由：升降裝置機(jī)械本體、液壓動(dòng)力單元及電氣控制系統(tǒng)等三大部分組成。

2.1 機(jī)械本體

機(jī)械本體主要用于實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的升降，是平臺(tái)各類動(dòng)作的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主要包含固樁室、升降滑座總成、液壓插銷總成、提升油缸、鎖緊裝置模塊、扶正機(jī)構(gòu)等部件。

（1）固樁室：固樁室為高強(qiáng)度鋼板焊接而成的鋼結(jié)構(gòu)件,頂部設(shè)有樁腿導(dǎo)向裝置，具有樁腿導(dǎo)向及防轉(zhuǎn)功能；其頂部設(shè)置有固樁塊，用于平臺(tái)拖航和支持工況下固定樁腿，固樁架通過焊接與平臺(tái)主體連接；固樁室側(cè)面開有門孔，內(nèi)部設(shè)有兩層平臺(tái)，便于升降系統(tǒng)安裝、維修。

（2）升降滑座總成：每個(gè)樁腿位置安裝四套升降滑座總成，升降滑座總成內(nèi)部嵌套液壓插銷總成。

（3）提升油缸：每個(gè)升降滑座對(duì)應(yīng)三個(gè)提升油缸，提升油缸上耳環(huán)與固樁室連接，下耳環(huán)與升降滑座總成相連接。通過液壓驅(qū)動(dòng)，提升油缸支持平臺(tái)的上升、下降及壓載的動(dòng)作。

（4）鎖緊裝置：鎖緊裝置模塊位于固樁室頂和提升油缸上耳環(huán)之間的隔層內(nèi)，當(dāng)需要長(zhǎng)時(shí)間保持氣隙時(shí)，鎖緊插銷通過液壓驅(qū)動(dòng)插入樁腿上的插銷孔內(nèi)，鎖緊平臺(tái)。

（5）扶正機(jī)構(gòu)：扶正機(jī)構(gòu)位于固樁室頂部，當(dāng)長(zhǎng)距離拖航時(shí)，通過液壓裝置推動(dòng)樁腿使其和固樁室貼緊，減少晃動(dòng)。

升降系統(tǒng)機(jī)械本體效果圖，如圖1所示。

2.2 液壓動(dòng)力單元

液壓動(dòng)力單元主要由：液壓泵站、主控制閥組、油缸控制閥組以及相應(yīng)的管路組成。其中，每套液壓泵站由電動(dòng)機(jī)、液壓泵組、泵出口閥組、蓄能器、油箱、冷卻器以及附件等組成（附件包含：液位傳感器、加熱器、溫度傳感器、過濾器等）。

全船共設(shè)置四套泵站，分別控制四條樁腿，工作壓力27 MPa，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的升降、插銷、鎖緊及扶正功能。每套泵站設(shè)有兩臺(tái)液壓泵組，泵組之間互為備用：當(dāng)其中一臺(tái)泵組故障時(shí)，另一臺(tái)泵組為升降系統(tǒng)繼續(xù)提供動(dòng)力，此時(shí)平臺(tái)升降速度減半；每臺(tái)液壓泵組由2個(gè)主泵和2個(gè)輔泵組成，并由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其中主泵為提升油缸動(dòng)作提供動(dòng)力，輔泵為插銷油缸動(dòng)作提供動(dòng)力；泵站油箱設(shè)有液壓計(jì)、液位報(bào)警、溫度傳感器、壓力傳感器等常規(guī)檢測(cè)元件。

2.3 電氣控制系統(tǒng)

電氣控制系統(tǒng)由集中控制臺(tái)、樁腿控制單元、機(jī)旁控制箱等組成，主要分為集中控制系統(tǒng)（布置在中央控制室內(nèi)）和機(jī)旁控制系統(tǒng)。另外還配有視頻監(jiān)控，每個(gè)樁腿升降裝置均配有多功能攝像頭，通過電纜傳送到中央控制室。

（1）集中控制系統(tǒng)通過集中控制臺(tái)，與各樁腿控制單元實(shí)現(xiàn)控制信息的交互。集中控制臺(tái)設(shè)置有相關(guān)的控制器件，用于控制機(jī)構(gòu)動(dòng)作，可實(shí)現(xiàn)多機(jī)聯(lián)動(dòng)功能；集中控制臺(tái)設(shè)置有觸摸屏，用于對(duì)機(jī)構(gòu)動(dòng)作顯示監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。

集中控制系統(tǒng)主要包含以下功能：升降功能、緊急停止功能、平臺(tái)傾斜保護(hù)功能、傾斜保護(hù)忽略功能、參數(shù)設(shè)置、顯示功能、主泵遙控功能等。

（2）機(jī)旁控制系統(tǒng)由機(jī)旁控制箱實(shí)現(xiàn)，設(shè)置于固樁室附近，用于對(duì)升降系統(tǒng)的人工機(jī)旁操控。機(jī)旁控制系統(tǒng)主要包含以下功能:升降控制、插銷控制 、顯示功能、緊急停機(jī)功能、報(bào)警功能、主泵起動(dòng)系統(tǒng)等。

3 3 600 t液壓插銷式連續(xù)升降系統(tǒng)安裝

3 600 t液壓插銷式連續(xù)升降系統(tǒng)安裝工作主要指機(jī)械本體部分的安裝，包括：升降滑座總成、液壓插銷總成、提升油缸、鎖緊裝置模塊、扶正機(jī)構(gòu)等部件的安裝。液壓動(dòng)力單元和電氣控制系統(tǒng)都是常規(guī)的模塊化設(shè)計(jì)，帶有公共底座，按照設(shè)計(jì)圖紙所示的安裝位置直接焊接或采用螺栓固定即可，與普通設(shè)備并無差異，故在此不予敘述。

升降系統(tǒng)機(jī)械本體部分安裝工藝流程，如圖2所示。

圖2 升降系統(tǒng)機(jī)械本體部分安裝工藝流程圖

3.1 提升油缸安裝

液壓插銷式連續(xù)升降系統(tǒng)安裝工作主要是提升油缸的安裝。提升油缸每個(gè)樁腿有12個(gè)，全船共48個(gè)。最大直徑540 mm 、總長(zhǎng)度4.5 m、單個(gè)重量7 t、額定提升能力300 t。

提升油缸兩端采用鉸支安裝形式，在油缸活塞桿桿頭耳環(huán)處裝有自潤(rùn)滑球面關(guān)節(jié)軸承。提升油缸作為全船動(dòng)力執(zhí)行的關(guān)鍵部件，對(duì)于整體升降系統(tǒng)的安裝有決定性的影響。由于施工空間小、精度要求高，如何快速將這些龐然大物安裝到位，經(jīng)過反復(fù)論證決定采用中心組件預(yù)裝的方式，將固樁室頂部安裝油缸的部位單獨(dú)分開，形成一個(gè)中心組件，一次性將中心組件上全部12個(gè)提升油缸在地面預(yù)裝完成，然后整體上平臺(tái)吊裝，大大的提高了安裝效率，改善了施工作業(yè)環(huán)境，有效的降低了成本，得到船東的充分認(rèn)可，為后期項(xiàng)目節(jié)約了寶貴時(shí)間。升降系統(tǒng)提升油缸預(yù)裝結(jié)束并整體搭載到位相片，如圖3所示。

圖3 升降系統(tǒng)提升油缸預(yù)裝結(jié)束并搭載到位相片

3.2 第一節(jié)樁腿安裝

全部12個(gè)提升油缸安裝到位后，開始第一節(jié)樁腿的插樁工作：（1）插樁之前先校正樁靴的定位，并在樁靴上面做好裝焊平臺(tái)，確保樁腿的安裝精度和施工方便；（2）在插樁過程中應(yīng)控制樁腿的擺動(dòng)，防止其與固樁室相碰；（3）焊接采用對(duì)稱法：先焊接100 mm厚度導(dǎo)向板，再焊接40 mm厚度框架板，最后焊接加強(qiáng)筋板；焊接必須嚴(yán)格按照WPS要求執(zhí)行，焊接順序是先焊對(duì)接縫、再焊立縫；焊接過程中應(yīng)隨時(shí)檢測(cè)樁腿尺寸，以便對(duì)偏差及時(shí)修正，防止產(chǎn)生裂紋和減少殘余應(yīng)力；在焊前需進(jìn)行預(yù)熱（預(yù)熱溫度為150℃），預(yù)熱方法可以采用電加熱片進(jìn)行；焊接過程中應(yīng)控制層間溫度不低于預(yù)熱溫度且不超過250℃；焊后應(yīng)控制冷卻速度，每小時(shí)不超過50℃。

3.3 升降滑座總成安裝

升降滑座總成體積較大，為避免后期吊裝困難，應(yīng)在吊裝提升油缸中心組件前先將升降滑座總成吊裝到相應(yīng)安裝位置附近，在第一節(jié)樁腿插樁結(jié)節(jié)之后再進(jìn)行整體安裝：（1）安裝之前先將升降滑座總成本體上4個(gè)U形卡槽拆除，并用鋼絲繩將相對(duì)應(yīng)的2個(gè)U形卡槽連接好，然后卡入100 mm厚度導(dǎo)向板內(nèi)；（2）用4個(gè)手拉葫蘆將升降滑座整體起吊，調(diào)整手拉葫蘆長(zhǎng)度，使得其整體向樁腿附近移動(dòng)，到位之后將卡槽向下放，將升降滑座本體和卡槽相連接，然后向上拉動(dòng)手拉葫蘆，使得滑座通過卡槽沿著導(dǎo)向板緩緩向上移動(dòng)，到位之后將滑座上連接銷穿過提升油缸下耳環(huán)，先穿兩邊再穿中間銷。

升降滑座總成安裝示意圖，如圖4所示；（3）依此類推，完成其它三個(gè)升降滑座安裝的工作。

圖4 升降滑座總成安裝示意圖

3.4 鎖緊裝置模塊安裝

（1）鎖緊裝置模塊安裝前在鎖緊艙底部安裝三條滑動(dòng)導(dǎo)軌和底座平齊；（2）完成之后將鎖緊裝置模塊從固樁室頂部檢修口整體吊入放在滑軌上面；（3）旋轉(zhuǎn)妥當(dāng)后拆除吊運(yùn)工裝，向前緩緩拉動(dòng)鎖緊裝置模塊到位；（4）然后安裝上下鎖緊艙封板和相應(yīng)的止推組件，最終固定鎖緊裝置模塊。

鎖緊裝置模塊拉移示意圖，如圖5所示。

圖5 鎖緊裝置模塊拉移示意圖

3.5 扶正總成安裝

每個(gè)樁腿有兩套扶正機(jī)構(gòu)，安裝在固樁室頂。安裝之前先將推力油缸拆除，安裝位置根據(jù)圖紙標(biāo)示劃線定位，確保底座安裝精度滿足要求，由于底座受力較大，需要采用全焊透處理。然后用吊帶將推力油缸吊到樁腿和底座之間固定好即可。

4 結(jié)束語

通過一個(gè)多月的不懈努力，克服各種困難，在安裝過程中，我們邊安裝邊總結(jié)，終于完成這次艱巨的安裝任務(wù)。首臺(tái)風(fēng)電安裝平臺(tái)交付后，船東反映良好，也給其它類似項(xiàng)目提供借鑒參考，并在以后的設(shè)計(jì)和建造中不斷優(yōu)化和改進(jìn)，對(duì)促進(jìn)公司做好做精海工平臺(tái)具有重大意義。