600 t風(fēng)電安裝平臺(tái)液壓升降裝置及其安裝工藝

王憲淼，陳旭東

（招商局重工（江蘇）有限公司，江蘇南通 226116）

0 引言

在全球低碳轉(zhuǎn)型的背景下，作為清潔能源的風(fēng)能受到各國(guó)政府青睞。潮間帶和近海的風(fēng)能開(kāi)發(fā)成為眾多風(fēng)電運(yùn)營(yíng)商的目標(biāo)。我國(guó)沿海風(fēng)能資源豐富，潮間帶灘涂和極淺海域的風(fēng)電開(kāi)發(fā)往往需要使用自升式風(fēng)電安裝平臺(tái)。液壓插銷式升降系統(tǒng)作為最主要的升降系統(tǒng)之一，在自升式平臺(tái)市場(chǎng)發(fā)揮著舉足輕重的作用，研究液壓插銷式升降系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)組成和安裝工藝具有顯著的意義。

1 液壓升降系統(tǒng)介紹

本文研究的600 t風(fēng)電安裝平臺(tái)采用4套液壓插銷式升降系統(tǒng)，升降系統(tǒng)的基本參數(shù)見(jiàn)表 1。每套液壓插銷式升降系統(tǒng)設(shè)置2組升降裝置，每組升降裝置包含1個(gè)升降環(huán)梁，升降環(huán)梁上安裝有插銷和液壓油缸，升降環(huán)梁通過(guò)液壓油缸與船體結(jié)構(gòu)相連接。在插銷插入樁腿的銷孔后，可通過(guò)伸縮液壓油缸來(lái)實(shí)現(xiàn)平臺(tái)/樁腿的升降。當(dāng)2組升降裝置交替工作時(shí)，可實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的連續(xù)爬升。

表1 600 t風(fēng)電安裝平臺(tái)液壓插銷式升降系統(tǒng)基本參數(shù)

2 液壓升降系統(tǒng)的組成

液壓插銷式升降系統(tǒng)主要由機(jī)械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)以及自動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)等4部分組成。

2.1 機(jī)械系統(tǒng)

機(jī)械系統(tǒng)的組成情況見(jiàn)圖1，主要包括固樁塊、導(dǎo)向結(jié)構(gòu)、固樁架、上固定銷機(jī)構(gòu)、下固定銷機(jī)構(gòu)、上環(huán)梁液壓油缸和下環(huán)梁液壓油缸。

圖1 機(jī)械系統(tǒng)示意

2.1.1 升降機(jī)構(gòu)

液壓升降系統(tǒng)的升降機(jī)構(gòu)包括上升降機(jī)構(gòu)和下升降機(jī)構(gòu)兩部分，主要由上環(huán)梁機(jī)構(gòu)、下環(huán)梁機(jī)構(gòu)、上固定銷機(jī)構(gòu)和下固定銷機(jī)構(gòu)組成。上、下環(huán)梁機(jī)構(gòu)為圓環(huán)形鋼結(jié)構(gòu)，由高強(qiáng)度鋼板焊接而成。在上固定銷機(jī)構(gòu)的外側(cè)和下固定銷機(jī)構(gòu)的下端，分別設(shè)有6套耳板，用于連接液壓油缸，并通過(guò)液壓油缸與船體耳板連接。此外，上、下環(huán)梁機(jī)構(gòu)分別裝有3個(gè)插銷，通過(guò)這些插銷插入到樁腿的銷孔中來(lái)傳遞平臺(tái)載荷。

2.1.2 環(huán)梁導(dǎo)向

環(huán)梁導(dǎo)向是焊接在圍壁上的一組鋼結(jié)構(gòu)，主要用途有以下3點(diǎn)：1）對(duì)上、下環(huán)梁機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向；2）防止上、下環(huán)梁機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)；3）確保插銷精準(zhǔn)插入銷孔。

2.1.3 導(dǎo)向裝置

導(dǎo)向裝置可分為上導(dǎo)向裝置和下導(dǎo)向裝置，主要用于承受樁腿在水平方向受到的力，并對(duì)樁腿進(jìn)行導(dǎo)向。導(dǎo)向裝置由高強(qiáng)度耐磨鋼板制作而成。

2.1.4 液壓油缸

升降機(jī)構(gòu)的上、下環(huán)梁各有6個(gè)液壓油缸，除安裝距以外，各液壓油缸的規(guī)格均相同，基本參數(shù)情況見(jiàn)表2。

表2 液壓油缸的基本參數(shù)

2.1.5 插銷油缸

升降機(jī)構(gòu)共有6個(gè)液壓插銷油缸，缸頭采用法蘭安裝，基本參數(shù)情況見(jiàn)表3。

表3 液壓插銷油缸的基本參數(shù)

2.2 液壓系統(tǒng)

如圖2所示，液壓系統(tǒng)布置于艉部，主要包括液壓油罐、液壓泵組、冷卻站、主閥塊，以及布置在固樁架內(nèi)的控制閥塊和分配閥塊。

圖2 液壓系統(tǒng)示意

2.2.1 液壓泵組

液壓泵組包括主泵組和輔助泵組。主泵組共有4組，每組由1臺(tái)160 kW電機(jī)和1臺(tái)泵組成，用于控制液壓油缸的動(dòng)作；輔助泵組共有4組，每組由1臺(tái)110 kW電機(jī)驅(qū)動(dòng)，用于控制空載環(huán)梁的復(fù)位、系統(tǒng)的冷卻循環(huán)和過(guò)濾。

2.2.2 冷卻站

液壓系統(tǒng)包括2個(gè)液壓油式/海水板式冷卻站，用于冷卻液壓油。

2.2.3 閥塊

液壓系統(tǒng)的閥塊包括主閥塊、控制閥塊和分配閥塊，用于控制各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。

2.2.4 液壓油罐

液壓油罐的最大容積為18 m，材質(zhì)為304不銹鋼，用于儲(chǔ)藏液壓油。液壓油罐配置的元器件包括液位報(bào)警器、液位計(jì)、溫度傳感器、加熱器和空氣濾清器等。

2.3 電氣系統(tǒng)

電氣系統(tǒng)設(shè)置有中央控制臺(tái)、泵站控制柜、1～6號(hào)本地控制站。電氣系統(tǒng)采用西門子S7-300系列可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC），其中央處理器（Central Processing Unit，CPU）放置于泵站控制柜內(nèi)。PLC與人機(jī)交互接口（Human-Machine Interaction，HMI）采用以太網(wǎng)連接，不同柜體間采用光纖環(huán)網(wǎng)連接。

2.3.1 中央控制臺(tái)

中央控制臺(tái)布置于平臺(tái)中控室，設(shè)置有相關(guān)的控制器件，用于控制升降機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，可實(shí)現(xiàn)多腿聯(lián)動(dòng)等功能。中央控制臺(tái)設(shè)有2個(gè)21英寸觸摸屏，用于監(jiān)控和顯示機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能。中央控制臺(tái)安裝有2個(gè)氣泡水平儀和1個(gè)電子傾角儀，以監(jiān)控平臺(tái)的傾斜角度。

2.3.2 泵站控制柜

泵站控制柜布置于泵站附近，設(shè)置有相關(guān)的控制器件，可通過(guò)本地面板上的按鈕單獨(dú)啟動(dòng)油泵電機(jī)，并具有故障報(bào)警等功能。

2.3.3 本地控制站

本地控制站布置于圍井區(qū)內(nèi)，可通過(guò)開(kāi)關(guān)和按鈕對(duì)樁腿進(jìn)行控制。此外，本地控制站設(shè)有1個(gè)6英寸觸摸屏，用于顯示樁腿長(zhǎng)度、平臺(tái)傾斜角度和系統(tǒng)故障等信息。

2.4 集中潤(rùn)滑系統(tǒng)

每條樁腿配備1套集中潤(rùn)滑系統(tǒng)，潤(rùn)滑系統(tǒng)需每月加注1次潤(rùn)滑油，當(dāng)使用頻繁時(shí)可適當(dāng)減小加注周期。

3 機(jī)械組件的安裝工藝

液壓升降系統(tǒng)的安裝可分為機(jī)械組件安裝、液壓系統(tǒng)安裝、電氣系統(tǒng)安裝以及其他附件安裝，其中最關(guān)鍵的是機(jī)械組件的安裝。

在進(jìn)行機(jī)械組件安裝時(shí)，需按照“升降機(jī)構(gòu)安裝→液壓油缸預(yù)裝→升降系統(tǒng)總裝”的順序一一進(jìn)行。

3.1 升降機(jī)構(gòu)的安裝

3.1.1 準(zhǔn)備工作

1）檢查環(huán)梁結(jié)構(gòu)的插銷銷孔和插銷銷軸，確保其表面光潔、無(wú)生銹或毛刺情況。

2）檢查液壓插銷油缸、安裝座和防轉(zhuǎn)裝置等，確保安裝面光潔、無(wú)生銹或毛刺情況。

3）檢查安裝用螺栓、螺母和墊片，確保其質(zhì)量、規(guī)格和數(shù)量滿足要求。

4）熟悉各機(jī)構(gòu)部件的質(zhì)量以備安裝。升降機(jī)構(gòu)主要部件的質(zhì)量見(jiàn)表4。

表4 升降機(jī)構(gòu)主要部件的質(zhì)量

3.1.2 安裝步驟

1）將液壓插銷油缸緩慢插入環(huán)梁機(jī)構(gòu)的銷孔中，確保各個(gè)插銷均能順暢伸出環(huán)梁內(nèi)圈。

2）將液壓插銷缸固定在基座上。

3）裝配安裝座和插銷銷軸，旋轉(zhuǎn)銷軸，將安裝座連接的耳板調(diào)整至豎直位置。

4）裝配銷軸、隔圈、開(kāi)口銷，將液壓插銷缸和銷軸連接，復(fù)查液壓油缸的油口位置，裝配基座和環(huán)梁法蘭面板。

5）裝配防轉(zhuǎn)裝置，確保液壓管路的槽口與液壓缸的管口位置一致。

6）在防轉(zhuǎn)裝置兩側(cè)裝配潤(rùn)滑板。

7）確保所有螺栓處于擰緊狀態(tài)并布置鋼絲繩。

3.2 液壓油缸的預(yù)裝

由于液壓油缸在預(yù)裝完成后將與升降機(jī)構(gòu)整體吊裝，難以再次修正，故預(yù)裝過(guò)程需確保液壓油缸的型號(hào)和位置正確無(wú)誤。

3.2.1 預(yù)裝準(zhǔn)備工作

1）準(zhǔn)備足夠大的安裝區(qū)域。

2）準(zhǔn)備木板、胎架及枕木，用于放置 6個(gè)油缸，并調(diào)整環(huán)梁和油缸的高度。

3）檢查每個(gè)環(huán)梁內(nèi)徑與樁腿外徑的尺寸，對(duì)固定銷機(jī)構(gòu)按樁腿編號(hào)進(jìn)行標(biāo)記，環(huán)梁耐磨板與樁腿外側(cè)的間隙要滿足15 mm的要求。

4）根據(jù)是否具有位移傳感器對(duì)液壓油缸進(jìn)行分組，1個(gè)帶傳感器的液壓油缸和1個(gè)不帶傳感器的液壓油缸為1組，共分為24組。

5）檢查液壓油缸銷軸、卡軸板、螺栓數(shù)量是否充足，確保表面光潔無(wú)毛刺。

6）熟悉構(gòu)件的幾何尺寸和質(zhì)心位置。

7）準(zhǔn)備固定銷、油缸吊裝吊具，環(huán)梁預(yù)留20 t吊耳2個(gè)、30 t吊耳1個(gè)。保證吊耳完好無(wú)損，繩索和吊具滿足吊裝要求，連接牢固。

3.2.2 預(yù)裝步驟

1）吊運(yùn)升降機(jī)構(gòu)至安裝場(chǎng)地，使其方向與總裝方向保持一致。

2）將活塞桿全部收縮至液壓油缸腔內(nèi)，防止伸縮。

3）將液壓油缸吊運(yùn)至安裝場(chǎng)地，油缸與地面間鋪設(shè)木板，油缸朝向需與總裝方向保持一致。

4）用枕木調(diào)整液壓油缸的銷孔高度，插入銷軸并裝配卡軸板

5）依次安裝所有液壓油缸。

6）檢查所有液壓油缸接口朝向及配對(duì)信息，正確無(wú)誤后擰緊卡軸板螺栓，布置鋼絲繩。

3.3 升降系統(tǒng)總裝

升降系統(tǒng)的總裝是安裝過(guò)程中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，需確保液壓油缸在吊運(yùn)過(guò)程中不能發(fā)生碰撞。

3.3.1 總裝準(zhǔn)備工作

1）確保樁腿圍井區(qū)域的安裝耳板光潔無(wú)毛刺，液壓油缸銷孔的平面度和同心度滿足安裝要求。

2）確保液壓油缸銷軸、卡軸板和固定螺栓的數(shù)量充足，表面光潔無(wú)毛刺；確認(rèn)銷軸可順利穿過(guò)安裝耳板的銷孔。

3）確保液壓油缸的插銷均收縮在環(huán)梁內(nèi)。

4）檢查吊裝工藝，確保升降機(jī)構(gòu)在吊裝過(guò)程中保持水平。

3.3.2 總裝步驟

1）對(duì)液壓油缸施加約束，防止其在吊裝過(guò)程中發(fā)生晃動(dòng)。

2）確保下升降機(jī)構(gòu)在吊裝過(guò)程中保持水平。

3）將下升降機(jī)構(gòu)吊運(yùn)至圍井上方，調(diào)整機(jī)構(gòu)中心與圍井中心對(duì)齊，緩慢下放機(jī)構(gòu)。

4）當(dāng)液壓油缸下放至安裝耳板的上部時(shí)，輕微調(diào)整升降機(jī)構(gòu)，確保所有油缸耳板與安裝耳板對(duì)齊，再繼續(xù)緩慢下放。

5）在所有油缸銷孔與安裝耳板對(duì)齊后插入銷軸，并安裝卡軸板。

6）擰緊卡軸板的安裝螺栓，布置防松鋼絲。

7）按相同步驟安裝上升降機(jī)構(gòu)。

4 固樁架和樁腿的安裝工藝

4.1 固樁架的安裝工藝

在升降裝置安裝完畢后，將固樁架按照編號(hào)吊裝至相應(yīng)圍井上方，與主船體焊接。吊運(yùn)過(guò)程中要防止固樁架與升降機(jī)構(gòu)碰撞，且固樁架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)與升降機(jī)構(gòu)的中心需對(duì)齊，以保證安裝精度。

4.2 樁腿的安裝工藝

固樁架安裝完畢后，即可安裝樁腿。吊裝樁腿時(shí)，要保證樁腿中心與固樁架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的中心對(duì)齊，防止磕碰。在所有油缸銷孔與安裝耳板銷孔對(duì)齊后插入銷軸并裝配卡軸板，布置防松鋼絲。

5 其他設(shè)備的安裝工藝

對(duì)于液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和自動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)，需按照輔機(jī)安裝工藝，通過(guò)螺栓或焊接的形式進(jìn)行安裝固定。

6 結(jié)論

自升式風(fēng)電安裝平臺(tái)在潮間帶灘涂和極淺海域的風(fēng)電開(kāi)發(fā)過(guò)程中起到重要作用，作為自升式風(fēng)電安裝平臺(tái)最常用的升降系統(tǒng)之一，研究液壓插銷式升降系統(tǒng)具有顯著的意義。本文基于600 t自升式風(fēng)電安裝平臺(tái)，對(duì)液壓插銷式升降系統(tǒng)的系統(tǒng)組成、工作原理和主要性能參數(shù)進(jìn)行介紹，并對(duì)其安裝工藝進(jìn)行分析。研究成果可為風(fēng)電安裝平臺(tái)液壓插銷式升降系統(tǒng)的安裝提供一定參考。