3 600 t液壓插銷式連續升降系統及其安裝工藝

商明星，陳煥東，劉富均，梁涓華

（中船黃埔文沖船舶有限公司，廣州 511462）

1 前言

我國擁有豐富的風能資源，據最新公布的距離地面高度為50 m的風能資源數據顯示：達到三級以上(風功率密度大于300 W/ m2)的風能資源陸上潛在開發量為23.8 億kW；達到四級以上(風功率密度大于400 W/m2)的風能資源陸上潛在開發量為11.3億kW；且5 ～25 m水深線以內區域可裝機容量約為2 億kW。

升降系統作為自升式風電安裝平臺的核心裝備，長期以來一直被國外少數公司所壟斷。近幾年來國內公司奮發圖強，自行研制3 600 t液壓插銷式連續升降系統，并于2017年5月順利完成全程升降試驗，各類試驗數據完全達到設計要求，目前已順利交付船東并出海作業。

2 3 600 t液壓插銷式連續升降系統概況

升降系統的主要作用是使平臺以連續的方式在海面沿樁腿升降、壓樁、拔樁。在需要長期保持站立高度時，可使用附帶的鎖緊機構長期保持氣隙,確保海上風電安裝平臺其它作業的順利實施。升降系統主要由：升降裝置機械本體、液壓動力單元及電氣控制系統等三大部分組成。

2.1 機械本體

機械本體主要用于實現平臺的升降，是平臺各類動作的執行機構，主要包含固樁室、升降滑座總成、液壓插銷總成、提升油缸、鎖緊裝置模塊、扶正機構等部件。

（1）固樁室：固樁室為高強度鋼板焊接而成的鋼結構件,頂部設有樁腿導向裝置，具有樁腿導向及防轉功能；其頂部設置有固樁塊，用于平臺拖航和支持工況下固定樁腿，固樁架通過焊接與平臺主體連接；固樁室側面開有門孔，內部設有兩層平臺，便于升降系統安裝、維修。

（2）升降滑座總成：每個樁腿位置安裝四套升降滑座總成，升降滑座總成內部嵌套液壓插銷總成。

（3）提升油缸：每個升降滑座對應三個提升油缸，提升油缸上耳環與固樁室連接，下耳環與升降滑座總成相連接。通過液壓驅動，提升油缸支持平臺的上升、下降及壓載的動作。

（4）鎖緊裝置：鎖緊裝置模塊位于固樁室頂和提升油缸上耳環之間的隔層內，當需要長時間保持氣隙時，鎖緊插銷通過液壓驅動插入樁腿上的插銷孔內，鎖緊平臺。

（5）扶正機構：扶正機構位于固樁室頂部，當長距離拖航時，通過液壓裝置推動樁腿使其和固樁室貼緊，減少晃動。

升降系統機械本體效果圖，如圖1所示。

2.2 液壓動力單元

液壓動力單元主要由：液壓泵站、主控制閥組、油缸控制閥組以及相應的管路組成。其中，每套液壓泵站由電動機、液壓泵組、泵出口閥組、蓄能器、油箱、冷卻器以及附件等組成（附件包含：液位傳感器、加熱器、溫度傳感器、過濾器等）。

全船共設置四套泵站，分別控制四條樁腿，工作壓力27 MPa，實現平臺的升降、插銷、鎖緊及扶正功能。每套泵站設有兩臺液壓泵組，泵組之間互為備用：當其中一臺泵組故障時，另一臺泵組為升降系統繼續提供動力，此時平臺升降速度減半；每臺液壓泵組由2個主泵和2個輔泵組成，并由電機驅動，其中主泵為提升油缸動作提供動力，輔泵為插銷油缸動作提供動力；泵站油箱設有液壓計、液位報警、溫度傳感器、壓力傳感器等常規檢測元件。

2.3 電氣控制系統

電氣控制系統由集中控制臺、樁腿控制單元、機旁控制箱等組成，主要分為集中控制系統（布置在中央控制室內）和機旁控制系統。另外還配有視頻監控，每個樁腿升降裝置均配有多功能攝像頭，通過電纜傳送到中央控制室。

（1）集中控制系統通過集中控制臺，與各樁腿控制單元實現控制信息的交互。集中控制臺設置有相關的控制器件，用于控制機構動作，可實現多機聯動功能；集中控制臺設置有觸摸屏，用于對機構動作顯示監控，實現人機交互。

集中控制系統主要包含以下功能：升降功能、緊急停止功能、平臺傾斜保護功能、傾斜保護忽略功能、參數設置、顯示功能、主泵遙控功能等。

（2）機旁控制系統由機旁控制箱實現，設置于固樁室附近，用于對升降系統的人工機旁操控。機旁控制系統主要包含以下功能:升降控制、插銷控制 、顯示功能、緊急停機功能、報警功能、主泵起動系統等。

3 3 600 t液壓插銷式連續升降系統安裝

3 600 t液壓插銷式連續升降系統安裝工作主要指機械本體部分的安裝，包括：升降滑座總成、液壓插銷總成、提升油缸、鎖緊裝置模塊、扶正機構等部件的安裝。液壓動力單元和電氣控制系統都是常規的模塊化設計，帶有公共底座，按照設計圖紙所示的安裝位置直接焊接或采用螺栓固定即可，與普通設備并無差異，故在此不予敘述。

升降系統機械本體部分安裝工藝流程，如圖2所示。

圖2 升降系統機械本體部分安裝工藝流程圖

3.1 提升油缸安裝

液壓插銷式連續升降系統安裝工作主要是提升油缸的安裝。提升油缸每個樁腿有12個，全船共48個。最大直徑540 mm 、總長度4.5 m、單個重量7 t、額定提升能力300 t。

提升油缸兩端采用鉸支安裝形式，在油缸活塞桿桿頭耳環處裝有自潤滑球面關節軸承。提升油缸作為全船動力執行的關鍵部件，對于整體升降系統的安裝有決定性的影響。由于施工空間小、精度要求高，如何快速將這些龐然大物安裝到位，經過反復論證決定采用中心組件預裝的方式，將固樁室頂部安裝油缸的部位單獨分開，形成一個中心組件，一次性將中心組件上全部12個提升油缸在地面預裝完成，然后整體上平臺吊裝，大大的提高了安裝效率，改善了施工作業環境，有效的降低了成本，得到船東的充分認可，為后期項目節約了寶貴時間。升降系統提升油缸預裝結束并整體搭載到位相片，如圖3所示。

圖3 升降系統提升油缸預裝結束并搭載到位相片

3.2 第一節樁腿安裝

全部12個提升油缸安裝到位后，開始第一節樁腿的插樁工作：（1）插樁之前先校正樁靴的定位，并在樁靴上面做好裝焊平臺，確保樁腿的安裝精度和施工方便；（2）在插樁過程中應控制樁腿的擺動，防止其與固樁室相碰；（3）焊接采用對稱法：先焊接100 mm厚度導向板，再焊接40 mm厚度框架板，最后焊接加強筋板；焊接必須嚴格按照WPS要求執行，焊接順序是先焊對接縫、再焊立縫；焊接過程中應隨時檢測樁腿尺寸，以便對偏差及時修正，防止產生裂紋和減少殘余應力；在焊前需進行預熱（預熱溫度為150℃），預熱方法可以采用電加熱片進行；焊接過程中應控制層間溫度不低于預熱溫度且不超過250℃；焊后應控制冷卻速度，每小時不超過50℃。

3.3 升降滑座總成安裝

升降滑座總成體積較大，為避免后期吊裝困難，應在吊裝提升油缸中心組件前先將升降滑座總成吊裝到相應安裝位置附近，在第一節樁腿插樁結節之后再進行整體安裝：（1）安裝之前先將升降滑座總成本體上4個U形卡槽拆除，并用鋼絲繩將相對應的2個U形卡槽連接好，然后卡入100 mm厚度導向板內；（2）用4個手拉葫蘆將升降滑座整體起吊，調整手拉葫蘆長度，使得其整體向樁腿附近移動，到位之后將卡槽向下放，將升降滑座本體和卡槽相連接，然后向上拉動手拉葫蘆，使得滑座通過卡槽沿著導向板緩緩向上移動，到位之后將滑座上連接銷穿過提升油缸下耳環，先穿兩邊再穿中間銷。

升降滑座總成安裝示意圖，如圖4所示；（3）依此類推，完成其它三個升降滑座安裝的工作。

圖4 升降滑座總成安裝示意圖

3.4 鎖緊裝置模塊安裝

（1）鎖緊裝置模塊安裝前在鎖緊艙底部安裝三條滑動導軌和底座平齊；（2）完成之后將鎖緊裝置模塊從固樁室頂部檢修口整體吊入放在滑軌上面；（3）旋轉妥當后拆除吊運工裝，向前緩緩拉動鎖緊裝置模塊到位；（4）然后安裝上下鎖緊艙封板和相應的止推組件，最終固定鎖緊裝置模塊。

鎖緊裝置模塊拉移示意圖，如圖5所示。

圖5 鎖緊裝置模塊拉移示意圖

3.5 扶正總成安裝

每個樁腿有兩套扶正機構，安裝在固樁室頂。安裝之前先將推力油缸拆除，安裝位置根據圖紙標示劃線定位，確保底座安裝精度滿足要求，由于底座受力較大，需要采用全焊透處理。然后用吊帶將推力油缸吊到樁腿和底座之間固定好即可。

4 結束語

通過一個多月的不懈努力，克服各種困難，在安裝過程中，我們邊安裝邊總結，終于完成這次艱巨的安裝任務。首臺風電安裝平臺交付后，船東反映良好，也給其它類似項目提供借鑒參考，并在以后的設計和建造中不斷優化和改進，對促進公司做好做精海工平臺具有重大意義。