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(fēng)電而言，海上風(fēng)電具有高風(fēng)速、高穩(wěn)定性、低湍流等優(yōu)點，對環(huán)境的影響也相對較小。海上風(fēng)電場分為沿海風(fēng)電場(包括潮間帶風(fēng)電場)、近海風(fēng)電場和遠(yuǎn)海風(fēng)電場。近年來，我國風(fēng)電場迅速發(fā)展。截至2015年底，我國已建成的海上風(fēng)電項目裝機(jī)容量共計1 014.68 MW。預(yù)計到2020年，裝機(jī)規(guī)模達(dá)到 2 280 MW[1-3]。

自升式風(fēng)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(dān)著安裝海上風(fēng)機(jī)的任務(wù)。該平臺主要由主船體、樁腿、起重機(jī)及升樁系統(tǒng)組成，其中樁腿升降系統(tǒng)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(jìn)行作業(yè)的關(guān)鍵系統(tǒng)[4-7]。因此，有必要對其安裝工藝進(jìn)行研究。

本文對500 t自升式風(fēng)電安裝維護(hù)平臺樁腿液壓提升系統(tǒng)的組成、實施工藝進(jìn)行了系統(tǒng)研究，為后續(xù)同類型平臺樁腿升降系統(tǒng)的安裝和使用積累工程經(jīng)驗。

1 平臺概述

500 t自升式風(fēng)電安裝維護(hù)平臺(簡稱“500 t風(fēng)電安裝船”)為四樁腿自升式風(fēng)電作業(yè)平臺，流線型，艉部設(shè)1道呆木和2套全回轉(zhuǎn)推進(jìn)裝置。艏部設(shè)有2套隧道式側(cè)推器，具有DP-1的動力定位能力，以滿足作業(yè)平臺風(fēng)場內(nèi)移位和就位的需要。平臺右舷艉樁處設(shè)1 臺繞樁式起重機(jī)，回轉(zhuǎn)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(fēng)電安裝船主要技術(shù)參數(shù)如下：

型長75.6 m, 型寬39.6 m, 型深6.8 m, 設(shè)計吃水4.2 m, 載重線吃水4.5 m；航行于中國近海航區(qū)、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(fēng)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(tǒng)主要由集中控制臺控制，通過與各樁腿控制單元實現(xiàn)控制信息的交互，實現(xiàn)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(tǒng)的控制下，各樁腿既可以聯(lián)動，也可以單動。風(fēng)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(dāng)平臺傾斜角度超過預(yù)定范圍后，進(jìn)行自動報警并停止升降工作，然后提示人工干預(yù)調(diào)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(shù)據(jù)將實時顯示在中央控制臺的人機(jī)交互界面上。

大量的工程實踐已經(jīng)證明風(fēng)電安裝維護(hù)平臺樁腿插銷系統(tǒng)、液壓動力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)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(tǒng)能滿足系統(tǒng)響應(yīng)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(tǒng)采用單步進(jìn)液壓插銷式結(jié)構(gòu)，簡單可靠，操作方便，通過控制主升降油缸的伸縮和靜、動環(huán)梁上的插銷與樁腿上的銷孔交替受力轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)平臺升降、拔樁、風(fēng)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(zhǔn)備工作

3.1.1 重要構(gòu)件的技術(shù)參數(shù)

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

(2)動環(huán)梁質(zhì)量為15 200 kg，最大外廓尺寸為5 740 mm；定環(huán)梁質(zhì)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(zhǔn)備工作

(1)定環(huán)梁、動環(huán)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(shù)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(nèi)容和知識點進(jìn)行考核,強(qiáng)調(diào)對基礎(chǔ)知識點的掌握,而忽略了運用基本科學(xué)理論解決工程問題和解釋應(yīng)用中的現(xiàn)象,不利于學(xué)生的創(chuàng)造性思維的培養(yǎng),盡管結(jié)果符合正態(tài)分布規(guī)律,但主要還是由知識點難易程度和復(fù)習(xí)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(yīng)用為基礎(chǔ),考核知識的靈活應(yīng)用。設(shè)計開放性題目,答案可以不是唯一的,結(jié)合工程中常見的問題和現(xiàn)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(xué)生給出各自見解,側(cè)重學(xué)生對知識體系的理解。

(4)安裝工裝準(zhǔn)備完成。

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

(6)清理定環(huán)梁、動環(huán)梁安裝表面，去除毛刺及雜物。

(7)安裝工具準(zhǔn)備齊全。搭建工裝。

3.2 安裝過程

3.2.1 動環(huán)梁和定環(huán)梁安裝

完成準(zhǔn)備工作后，進(jìn)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(huán)梁在指定施工位置，安裝高度為10 m。

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

3.2.2 升降油缸安裝

升降油缸是液壓升降系統(tǒng)的關(guān)鍵裝備。油缸單個質(zhì)量為8 340 kg，需要利用吊機(jī)進(jìn)行安裝。

(1)安裝前要保證油缸及周圍環(huán)境清潔。油缸要用無絨布或?qū)Ｓ眉埍崳⒈ＷC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(wěn)變形，使得細(xì)長的活塞桿彎曲。另外，油缸的中心軸線應(yīng)與加壓負(fù)載作用力的中線保持同心，以避免側(cè)向力的存在。如果有側(cè)向力，密封件和活塞都容易磨損和破壞，從而使損壞處產(chǎn)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(huán)梁之間，然后落下油缸，使下耳環(huán)與定環(huán)梁銷孔對齊，油缸的油口朝外，油缸耳環(huán)厚度方向與環(huán)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(huán)安裝套，卡上2個半圓環(huán)卡板，用M20 mm螺栓固定。然后松開油缸桿固定，拆下進(jìn)出油口的法蘭，使內(nèi)部氣壓平衡，緩慢拉升油缸，使上耳環(huán)與動環(huán)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(dǎo)向裝置安裝及配件安裝

固樁室裝配完成后，開始安裝導(dǎo)向裝置及相關(guān)配件，具體的工藝流程如下：

(1)將導(dǎo)向塊用M39 mm螺栓連接至動環(huán)梁。

(2)焊接底座。首先找正底座距離固裝室側(cè)壁處(1 100±1) mm；然后找正導(dǎo)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(dǎo)向座用M39 mm螺栓固定在底座上，調(diào)整安裝螺栓，使兩側(cè)面間隙控制在(15±0.5) mm。

(3)調(diào)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(cè)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(huán)梁和動環(huán)梁，調(diào)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(tǒng)整體性能進(jìn)行檢查。具體檢查內(nèi)容如下：

(1)連接液壓管路及電器線路，將傳感器復(fù)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(tài)。

(3)將升降裝置載荷轉(zhuǎn)移到插銷上。

4 結(jié)語

本文以500 t自升式風(fēng)電安裝維護(hù)平臺為研究對象，深入研究了該平臺樁腿液壓提升系統(tǒng)的組成和安裝工藝，對平臺樁腿液壓系統(tǒng)的安裝工藝進(jìn)行了詳細(xì)的歸納和總結(jié)，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(guān)于樁腿液壓提升系統(tǒng)的安裝工藝的研究成果大大縮短了整個風(fēng)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(jīng)驗。