升降式潛水泵塔建造方法

陳宏宇

（渤海船舶職業學院，遼寧興城125105）

近年來以海洋石油開采、海洋風能利用等為代表的海洋工程產業飛速發展，自升式平臺在海洋工程領域發揮著重要的作用。自升式平臺主體在工作時會升出海面，這樣自升式平臺運作時所需要的壓載水等海水的抽取工作就需要專門的設備負責。目前來說，這樣的設備有兩種形式，一種是軟管絞車類型的，利用絞車盤起軟管，工作時將軟管放入水中抽取海水以供給自升式平臺；另外一種是建造升降式的潛水泵塔，工作時通過泵塔的升降實現抽取海水的功能。前者結構簡單，建造精度要求不高，但是占用空間較大；后者結構復雜，建造工藝難，但是占用空間小，便于操作。對于甲板作業面積有限的自升式作業平臺來說，升降式潛水泵塔更為適合[1]。本文介紹升降式潛水泵塔的建造工藝方法。

1 升降式潛水泵塔結構

升降式潛水泵塔可以布置在甲板上，也可以布置在船舷外[2]。潛水泵塔由套管、導板以及齒條等幾部分構成。通過升降單機驅動潛水泵塔兩側裝焊的齒條實現升降功能。同時，導板與限位滾輪相配合，對潛水泵塔進行導向及相對限位。升降式潛水泵塔系統布置及結構形式如圖1所示。

圖1 潛水泵塔系統布置及結構形式示意圖

為了節約材料和布置空間，潛水泵塔的直徑不會太大，一般在350 mm左右。考慮到自升式平臺的型深和工作時的氣隙高度，潛水泵塔的高度一般在30 m左右，屬于細長的小通徑筒形結構。因此，升降式潛水泵塔建造時具有裝焊時結構變形大、結構裝配找正困難、結構尺寸精度難于控制的建造特點。

2 護管要求

潛水泵塔長度較長，每根潛水泵塔塔身應該由多根護管對接而成，護管由整張鋼板卷制而成[3]，單根護管的長度由板材長度、運輸條件等因素決定。若海工制造企業不具備護管卷制設備（護管直徑較小）可直接購置成品鋼管。不論鋼管是自制還是購置，需要注意護管半徑（外）公差、焊后整體長度公差、單根直線度公差等精度的控制。護管與護管的對接裝配要在專用臥式胎架上進行。裝配時要注意：兩護管裝配有錯邊時，錯邊需均勻錯開；護管裝配后整根潛水泵塔塔身的母線直線度控制在允許的范圍以內；裝配完成后安排焊前檢驗，記錄數據并形成文件。護管對接焊接前焊接部位表面均做除銹處理，并且制定專門的焊接工藝。焊后要對焊縫進行打磨，環縫焊接完成后將外部焊縫余高打磨至與母材平齊。環縫打磨完成后，對其進行探傷。焊后對塔身整體母線直線度進行檢驗，與焊接質量一起形成文件。塔身護管對接結束后，根據施工圖對齒條、導板及光齒條安裝位置進行劃線，為齒條和導板安裝做準備。

3 齒條、導板要求

齒條和導板通過機加工的方法分段制作。在劃分齒條與導板長度時需要考慮將齒條對接焊縫與套管對接焊縫錯開。齒條與導板制作完成后需要對其進行尺寸檢驗才能入廠裝焊，檢查的項目包括齒條扭曲、壓力角公差、齒頂直線度、齒條兩側直線度和接口處平面度等。為保證齒條與塔身護管安裝時每根護管同位置齒形的同步度，同規格齒條在裝配前需進行齒條長度、齒間距的比較，保證齒條安裝時，齒形同步的要求。為保證齒條與塔身護管安裝時齒條、導板及光齒條與護管的間隙一致且最小，同規格齒條在裝配前需進行齒條高度的比較，同時有針對性地將高度正公差的齒條與直徑負公差的塔身護管進行搭配，以減小齒條與塔身護管的間隙。

齒條與導板對接裝配前要將導板、齒條及光齒條對接口處20 mm范圍內的油、水、漆等影響焊接的雜物清理干凈，達到對接焊要求。同時將對接口兩側三個齒范圍內油漆等雜物處理干凈，以便于測量。在胎架上導板、齒條及光齒條分別進行固定及裝配找正。裝配時考慮焊接收縮對齒條形狀的影響，所以要預先加放裝配余量。裝配結束后測量合攏口處的齒間距、合攏口處齒頂平面度（四齒范圍即可）、齒條與導板兩側直線度、總長直線度、導板頂面平面度，齒條與導板對接口錯邊量（均勻粗開）。裝配結束后交驗并形成文件。

對接裝配結束后對齒條和導板進行焊接，焊接要制定專門的焊接工藝規程，并且嚴格執行。焊接結束后先檢查合攏口處的齒距，滿足要求后進行齒形研磨和切割引弧板等工作。焊后對合攏口100%進行探傷。焊后尺寸檢驗項目包括導板與齒條的總長直線度、齒條齒頂直線度、導板頂面平面度、齒條兩側直線度、導板與齒條對接口錯邊量、齒條合攏口齒形（利用樣塊進行檢驗）、齒條合攏口齒間距等。焊接結束后交驗并形成文件。

導板、齒條裝配時，先進行底部導板裝配，再進行兩側齒條裝配。在護管上加焊導板、齒條定位支撐板，對支撐面進行整體調平。支撐之間的間距要考慮后期焊接時加熱片的帖覆，且導板及齒條表面嚴禁加焊。在調整齒條裝配定位過程中，可在定位支撐板上裝焊定位螺栓進行調節和固定，也可以用楔鐵固定。定位時要滿足下列尺寸要求：齒條兩側整體直線度、兩側齒條距護管中心距離A、兩側齒條距護管中心距離C、齒頂直線度、齒條與護管之間的間隙、任意齒兩側齒形同步度、導板兩側整體直線度、底部導板距護管中心距離B、導板頂部平面度、導板與護管之間的間隙，位置如圖2所示。定位后要進行交驗并且形成文件。

圖2 測量位置示意圖

裝配工作交驗后對導板和齒條進行與套管之間的焊接，焊接時執行預先制定好的焊接工藝，焊后對焊縫質量進行100%探傷。焊接過程中齒條的位置會因為焊接時的能量輸入而變形，將變形部位的焊縫打開，重新調節并焊接。

4 裝配胎架設計

潛水泵塔的裝配胎架應該滿足不同徑向尺寸筒形結構的使用需求，具有加強筒形結構以防止變形的功能，且自身帶有調節裝置可以滿足找正使用要求。在重復使用時，能夠保證施工質量，節約生產資源，達到提高生產效率、降低生產成本的目的。本文提出一種新型的胎架設計方案[4]：在筒形結構臥式裝配時將胎架置于筒體結構的底部，沿筒體結構長度方向布置若干。利用徑向調節裝置滿足不同徑向尺寸筒體的使用要求；設計環形模具，在筒形結構外側起到加強作用；底部設計位置調節裝置，與徑向調節裝置配合，實現找正調節功能。

潛水泵塔的裝配胎架結構分為下體、中體和上體三部分。

下體部分為整個裝置提供一個穩定的基礎，并且裝有位置調節裝置，實現找正功能。主要包括底座板和調節裝置。底座板是整個裝置的基礎，它的主要作用是使整個裝置穩定、垂直的立于地面，為位置調節裝置提供布置空間；在底座板上開制燕尾槽，為位置找正提供位移通道。位置調節裝置由螺紋柱與螺紋套管兩部分組成，通過頂推實現位置找正功能。

中體部分主要由中體底板、立板、加強板、徑向調節裝置、外加強頂推裝置幾部分組成。中體底板為燕尾形結構，與下體部分底板相配合，在下體的位置找正裝置的頂推作用下移動。中體立板使裝置具備一定的高度，連接底座，增強胎架結構強度與穩定性；為徑向調節裝置與外加強頂推裝置提供布置空間，在立板上做出胎架的中心線標記，便于裝置的位置找正。加強筋板裝焊在立板與中體底板之上，增加胎架的整體強度與穩定性。徑向調節裝置裝焊于中體立板之上，徑向調節裝置由螺紋柱與螺紋套管組成，通過它可以使裝置滿足不同徑向尺寸的筒體建造時的使用需要。外加強頂推裝置裝焊于立板之上，由螺紋柱和螺紋套管組成，通過螺柱的頂推為筒形結構提供外部加強拉力。

上體部分起到外部加強的作用，由上體立板、徑向調節裝置、頂推筋板組成。上體立板為一塊內凹半圓板，為徑向調節裝置與頂推筋板提供布置空間，可以在其上面開槽，便于筒形結構外部等結構穿過。徑向調節裝置，其功能與中體部分的徑向調節裝置功能一致。頂推筋板與中體頂推裝置配合為筒形結構提供外部加強拉力，筋板傾斜布置可以實現筒形結構受到延徑向向外的拉力。圖3為裝焊胎架結構示意圖。

圖3 裝焊胎架結構示意圖

升降式潛水泵塔是自升式平臺的重要設備，精度要求較高，加上細長狹小的結構特點使其建造過程繁瑣困難。在建造過程中，除了要采取合適的建造方法外，還要注意施工紀律和過程控制，這也是當今工匠精神的具體體現。