風電安裝船樁腿液壓提升裝置安裝工藝研究

張曙光

(江蘇大洋海洋裝備有限公司，江蘇 南京210032)

0 引言

相對于陸上風電而言，海上風電具有高風速、高穩定性、低湍流等優點，對環境的影響也相對較小。海上風電場分為沿海風電場(包括潮間帶風電場)、近海風電場和遠海風電場。近年來，我國風電場迅速發展。截至2015年底，我國已建成的海上風電項目裝機容量共計1 014.68 MW。預計到2020年，裝機規模達到 2 280 MW[1-3]。

自升式風電安裝平臺作為一種移動式平臺，具有起重、打樁、升降、航行等功能，承擔著安裝海上風機的任務。該平臺主要由主船體、樁腿、起重機及升樁系統組成，其中樁腿升降系統是確保樁腿插入海底并支撐起平臺離開海平面一定高度進行作業的關鍵系統[4-7]。因此，有必要對其安裝工藝進行研究。

本文對500 t自升式風電安裝維護平臺樁腿液壓提升系統的組成、實施工藝進行了系統研究，為后續同類型平臺樁腿升降系統的安裝和使用積累工程經驗。

1 平臺概述

500 t自升式風電安裝維護平臺(簡稱“500 t風電安裝船”)為四樁腿自升式風電作業平臺，流線型，艉部設1道呆木和2套全回轉推進裝置。艏部設有2套隧道式側推器，具有DP-1的動力定位能力，以滿足作業平臺風場內移位和就位的需要。平臺右舷艉樁處設1 臺繞樁式起重機，回轉角度±210°，最大起重能力5 000 kN×25 m，25 m吊距時吊高100 m(甲板以上)。500 t風電安裝船主要技術參數如下：

型長75.6 m, 型寬39.6 m, 型深6.8 m, 設計吃水4.2 m, 載重線吃水4.5 m；航行于中國近海航區、歐洲以及東南亞沿海海域。

2 樁腿液壓提升裝置的組成

500 t風電安裝船樁腿的提升采用液壓頂升式。液壓升降裝置控制系統主要由集中控制臺控制，通過與各樁腿控制單元實現控制信息的交互，實現控制平臺四條樁腿的自動、半自動和手動升降控制。在集中控制系統的控制下，各樁腿既可以聯動，也可以單動。風電安裝船上安裝的電子測斜儀可以實時測量平臺傾斜角度。當平臺傾斜角度超過預定范圍后，進行自動報警并停止升降工作，然后提示人工干預調整。操作人員可以通過PLC程序和油缸位移傳感器測量樁腿的運行位置和插銷孔位置，每個樁腿高度數據將實時顯示在中央控制臺的人機交互界面上。

大量的工程實踐已經證明風電安裝維護平臺樁腿插銷系統、液壓動力系統和控制系統具備較好的工程實用性和可靠性。在平臺樁腿升降過程中，液壓控制系統能滿足系統響應的即時有效性能，也能確保每個樁腿的4個插銷受力均衡。系統采用單步進液壓插銷式結構，簡單可靠，操作方便，通過控制主升降油缸的伸縮和靜、動環梁上的插銷與樁腿上的銷孔交替受力轉換來實現平臺升降、拔樁、風暴自存等功能。樁腿液壓提升裝置圖見圖1。

圖1 樁腿液壓提升裝置圖

3 樁腿液壓提升裝置安裝工藝研究

3.1 安裝前的準備工作

3.1.1 重要構件的技術參數

(1)升降油缸的質量(單缸)為8 340 kg,長度為4 990 mm。油缸耳環厚度方向與環梁銷軸孔單邊間隙有2 mm。

(2)動環梁質量為15 200 kg，最大外廓尺寸為5 740 mm；定環梁質量為20 015 kg，最大外廓尺寸為5 740 mm。

3.1.2 安裝工作開始前需完成的準備工作

(1)定環梁、動環梁加工精度滿足安裝要求。

(2)樁腿焊接精度滿足安裝要求。

(3)升降油缸、插銷油缸及其他零件數量齊全。

盡管采用半開卷的形式,但期末考試的試題主要對教材內容和知識點進行考核,強調對基礎知識點的掌握,而忽略了運用基本科學理論解決工程問題和解釋應用中的現象,不利于學生的創造性思維的培養,盡管結果符合正態分布規律,但主要還是由知識點難易程度和復習情況所致。期末考試題目需要改變這種出題策略,僅少量題目考核基本知識點,較多題目考核以工程應用為基礎,考核知識的靈活應用。設計開放性題目,答案可以不是唯一的,結合工程中常見的問題和現象,如工程材料的常用加工方式、工程材料常采用的熱處理手段和材料的失效形式等,請學生給出各自見解,側重學生對知識體系的理解。

(4)安裝工裝準備完成。

(5)準備簡易腳手架，采用鋼管工裝件組成支撐框架，上面鋪設踏板，輔以欄桿、梯子等安全設施。

(6)清理定環梁、動環梁安裝表面，去除毛刺及雜物。

(7)安裝工具準備齊全。搭建工裝。

3.2 安裝過程

3.2.1 動環梁和定環梁安裝

完成準備工作后，進行樁腿提升、安裝工作。

(1)選取開闊場地(10 m×10 m)墊平，確保地面承重1 000 kN，并安置動環梁在指定施工位置，安裝高度為10 m。

(3)將定環梁起吊，放置在定環梁支撐工裝上，使用墊片將4個支撐位置調平，并使用M30 mm螺栓進行連接。

3.2.2 升降油缸安裝

升降油缸是液壓升降系統的關鍵裝備。油缸單個質量為8 340 kg，需要利用吊機進行安裝。

(1)安裝前要保證油缸及周圍環境清潔。油缸要用無絨布或專用紙保潔，并保證密封。

(2)在安裝升降油缸時，必須確保油缸有足夠的剛度，否則加壓時本體容易失穩變形，使得細長的活塞桿彎曲。另外，油缸的中心軸線應與加壓負載作用力的中線保持同心，以避免側向力的存在。如果有側向力，密封件和活塞都容易磨損和破壞，從而使損壞處產生泄漏。

(3)制作專用液壓油缸安裝工裝，利用工裝縮短油缸的安裝時間，防止由于密封件的損壞造成的返工。

(4)將吊起的升降油缸水平移動到動、定環梁之間，然后落下油缸，使下耳環與定環梁銷孔對齊，油缸的油口朝外，油缸耳環厚度方向與環梁銷軸孔單邊間隙有2 mm；利用配重桿，將銷軸穿入銷孔，頂出定距環安裝套，卡上2個半圓環卡板，用M20 mm螺栓固定。然后松開油缸桿固定，拆下進出油口的法蘭，使內部氣壓平衡，緩慢拉升油缸，使上耳環與動環梁銷孔對齊，然后安裝銷軸和卡板。完成第一個升降油缸的安裝后，開始安裝其他油缸。

3.2.3 導向裝置安裝及配件安裝

固樁室裝配完成后，開始安裝導向裝置及相關配件，具體的工藝流程如下：

(1)將導向塊用M39 mm螺栓連接至動環梁。

(2)焊接底座。首先找正底座距離固裝室側壁處(1 100±1) mm；然后找正導向塊中線，使其與底座中線重合；最后將底座焊接至甲板面上。將導向座用M39 mm螺栓固定在底座上，調整安裝螺栓，使兩側面間隙控制在(15±0.5) mm。

(3)調整完畢后，找正另一個底座距甲板面高度(2 226±2) mm，對正螺栓孔，將底座焊至固裝室側面，然后用M39 mm螺栓連接。

(4)移除插銷壓板，裝配其余插銷組件。

3.2.4 插入樁腿

完成上述工作后，可以開始插入樁腿。在樁腿插入之前，需要將插銷往外拉出，以免與樁腿干涉。然后將樁腿穿過定環梁和動環梁，調整樁腿位置，使插銷與樁腿上的插銷孔對正。最后將插銷穿入樁腿并焊接樁腿。

3.2.5 安裝后性能檢查

樁腿安裝完成后，需要對系統整體性能進行檢查。具體檢查內容如下：

(1)連接液壓管路及電器線路，將傳感器復位。

(2)升降單元試運行前要逐臺檢查升缸油口等管路是否連接正確，保證軟管上球閥處于開啟狀態。

(3)將升降裝置載荷轉移到插銷上。

4 結語

本文以500 t自升式風電安裝維護平臺為研究對象，深入研究了該平臺樁腿液壓提升系統的組成和安裝工藝，對平臺樁腿液壓系統的安裝工藝進行了詳細的歸納和總結，最后在總組場地完成了樁腿液壓提升裝置和樁腿的安裝。通過理論研究和實踐的驗證，本文關于樁腿液壓提升系統的安裝工藝的研究成果大大縮短了整個風電安裝船的建造周期，保證了該項目如期交付，研究成果為同類型平臺的建造提供較好的工程經驗。