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，作為清潔能源的風能受到各國政府青睞。潮間帶和近海的風能開發(fā)成為眾多風電運營商的目標。我國沿海風能資源豐富，潮間帶灘涂和極淺海域的風電開發(fā)往往需要使用自升式風電安裝平臺。液壓插銷式升降系統(tǒng)作為最主要的升降系統(tǒng)之一，在自升式平臺市場發(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風電安裝平臺采用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，可通過伸縮液壓油缸來實現(xiàn)平臺/樁腿的升降。當2組升降裝置交替工作時，可實現(xiàn)平臺的連續(xù)爬升。

表1 600 t風電安裝平臺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)主要由機械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)以及自動潤滑系統(tǒng)等4部分組成。

2.1 機械系統(tǒng)

機械系統(tǒng)的組成情況見圖1，主要包括固樁塊、導向結(jié)構(gòu)、固樁架、上固定銷機構(gòu)、下固定銷機構(gòu)、上環(huán)梁液壓油缸和下環(huán)梁液壓油缸。

圖1 機械系統(tǒng)示意

2.1.1 升降機構(gòu)

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

2.1.2 環(huán)梁導向

環(huán)梁導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：1）對上、下環(huán)梁機構(gòu)進行運動導向；2）防止上、下環(huán)梁機構(gòu)旋轉(zhuǎn)；3）確保插銷精準插入銷孔。

2.1.3 導向裝置

導向裝置可分為上導向裝置和下導向裝置，主要用于承受樁腿在水平方向受到的力，并對樁腿進行導向。導向裝置由高強度耐磨鋼板制作而成。

2.1.4 液壓油缸

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

表2 液壓油缸的基本參數(shù)

2.1.5 插銷油缸

升降機構(gòu)共有6個液壓插銷油缸，缸頭采用法蘭安裝，基本參數(shù)情況見表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160 kW電機和1臺泵組成，用于控制液壓油缸的動作；輔助泵組共有4組，每組由1臺110 kW電機驅(qū)動，用于控制空載環(huán)梁的復位、系統(tǒng)的冷卻循環(huán)和過濾。

2.2.2 冷卻站

液壓系統(tǒng)包括2個液壓油式/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)行機構(gòu)的動作。

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，用于儲藏液壓油。液壓油罐配置的元器件包括液位報警器、液位計、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、泵站控制柜、1～6號本地控制站。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

中央控制臺布置于平臺中控室，設(shè)置有相關(guān)的控制器件，用于控制升降機構(gòu)的動作，可實現(xiàn)多腿聯(lián)動等功能。中央控制臺設(shè)有2個21英寸觸摸屏，用于監(jiān)控和顯示機構(gòu)的動作，以實現(xiàn)人機交互功能。中央控制臺安裝有2個氣泡水平儀和1個電子傾角儀，以監(jiān)控平臺的傾斜角度。

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，可通過本地面板上的按鈕單獨啟動油泵電機，并具有故障報警等功能。

2.3.3 本地控制站

本地控制站布置于圍井區(qū)內(nèi)，可通過開關(guān)和按鈕對樁腿進行控制。此外，本地控制站設(shè)有1個6英寸觸摸屏，用于顯示樁腿長度、平臺傾斜角度和系統(tǒng)故障等信息。

2.4 集中潤滑系統(tǒng)

每條樁腿配備1套集中潤滑系統(tǒng)，潤滑系統(tǒng)需每月加注1次潤滑油，當使用頻繁時可適當減小加注周期。

3 機械組件的安裝工藝

液壓升降系統(tǒng)的安裝可分為機械組件安裝、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)鍵的是機械組件的安裝。

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

3.1 升降機構(gòu)的安裝

3.1.1 準備工作

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）熟悉各機構(gòu)部件的質(zhì)量以備安裝。升降機構(gòu)主要部件的質(zhì)量見表4。

表4 升降機構(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)梁機構(gòu)的銷孔中，確保各個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、開口銷，將液壓插銷缸和銷軸連接，復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構(gòu)整體吊裝，難以再次修正，故預(yù)裝過程需確保液壓油缸的型號和位置正確無誤。

3.2.1 預(yù)裝準備工作

1）準備足夠大的安裝區(qū)域。

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

3）檢查每個環(huán)梁內(nèi)徑與樁腿外徑的尺寸，對固定銷機構(gòu)按樁腿編號進行標記，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液壓油缸進行分組，1個帶傳感器的液壓油缸和1個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，確保表面光潔無毛刺。

6）熟悉構(gòu)件的幾何尺寸和質(zhì)心位置。

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

3.2.2 預(yù)裝步驟

1）吊運升降機構(gòu)至安裝場地，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）將液壓油缸吊運至安裝場地，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信息，正確無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)的總裝是安裝過程中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，需確保液壓油缸在吊運過程中不能發(fā)生碰撞。

3.3.1 總裝準備工作

1）確保樁腿圍井區(qū)域的安裝耳板光潔無毛刺，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，表面光潔無毛刺；確認銷軸可順利穿過安裝耳板的銷孔。

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，確保升降機構(gòu)在吊裝過程中保持水平。

3.3.2 總裝步驟

1）對液壓油缸施加約束，防止其在吊裝過程中發(fā)生晃動。

2）確保下升降機構(gòu)在吊裝過程中保持水平。

3）將下升降機構(gòu)吊運至圍井上方，調(diào)整機構(gòu)中心與圍井中心對齊，緩慢下放機構(gòu)。

4）當液壓油缸下放至安裝耳板的上部時，輕微調(diào)整升降機構(gòu)，確保所有油缸耳板與安裝耳板對齊，再繼續(xù)緩慢下放。

5）在所有油缸銷孔與安裝耳板對齊后插入銷軸，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，將固樁架按照編號吊裝至相應(yīng)圍井上方，與主船體焊接。吊運過程中要防止固樁架與升降機構(gòu)碰撞，且固樁架導向機構(gòu)與升降機構(gòu)的中心需對齊，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，要保證樁腿中心與固樁架導向機構(gòu)的中心對齊，防止磕碰。在所有油缸銷孔與安裝耳板銷孔對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

對于液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和自動潤滑系統(tǒng)，需按照輔機安裝工藝，通過螺栓或焊接的形式進行安裝固定。

6 結(jié)論

自升式風電安裝平臺在潮間帶灘涂和極淺海域的風電開發(fā)過程中起到重要作用，作為自升式風電安裝平臺最常用的升降系統(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自升式風電安裝平臺，對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)進行介紹，并對其安裝工藝進行分析。研究成果可為風電安裝平臺液壓插銷式升降系統(tǒng)的安裝提供一定參考。