2000T自升式風(fēng)電安裝平臺(tái)關(guān)鍵工藝質(zhì)量技術(shù)研究

◆ 吳正峰 沈鵬鵬 季秋兵 / 文

目前全球大力發(fā)展綠色可再生能源，在應(yīng)對(duì)全球氣候變化等方面已達(dá)成共識(shí)。2015年，《巴黎協(xié)定》獲得通過(guò)，我國(guó)承諾2030年二氧化碳排放達(dá)到峰值，單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降60%～65%，非化石能源占一次能源消費(fèi)比重達(dá)到20%左右[1]。發(fā)展可再生能源已上升為國(guó)家戰(zhàn)略。

海上風(fēng)電是目前世界上最具潛力的可再生能源，在發(fā)展可再生能源中具有舉足輕重的地位。我國(guó)近海可開(kāi)發(fā)和利用的風(fēng)能儲(chǔ)量有7.5億千瓦，其中5米到50米水深、70米高度風(fēng)電可裝機(jī)容量約為5億千瓦。“十三五”規(guī)劃建設(shè)海上風(fēng)電1000萬(wàn)千瓦，建成僅150萬(wàn)千瓦，海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)極具潛力。

上海振華重工集團(tuán)南通振華重型裝備制造有限公司牢牢把握這一機(jī)遇，順應(yīng)市場(chǎng)需求，勇于創(chuàng)新，突破性地研發(fā)了適用于未來(lái)8MW～10MW風(fēng)機(jī)安裝的龍?jiān)凑袢A2000噸自升式風(fēng)電安裝平臺(tái)[2]。該平臺(tái)擁有世界最大起重量、最高起升高度，有力促進(jìn)了海洋資源的大規(guī)模開(kāi)發(fā)。項(xiàng)目的成功研發(fā)填補(bǔ)了我國(guó)在大型自升式風(fēng)電安裝平臺(tái)領(lǐng)域的空白，打破了國(guó)外公司長(zhǎng)期在該領(lǐng)域的壟斷局面，為我國(guó)海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)提供了性能優(yōu)良、功能特殊的海洋核心配套重型裝備。

1 項(xiàng)目概述

2000T自升式風(fēng)電安裝平臺(tái)是一艘具有2000噸起重能力的自升式風(fēng)電安裝平臺(tái)，用于8MW海上風(fēng)電機(jī)組吊裝，并兼顧8MW基礎(chǔ)樁安裝。該平臺(tái)能涵蓋國(guó)內(nèi)“雙十”標(biāo)準(zhǔn)（離岸10公里、水深超過(guò)10米）的海上風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組設(shè)備施工；起重機(jī)最大吊重能力為2000T，主甲板以上吊高120m，工作時(shí)水面以上總吊高最大可達(dá)160m；平臺(tái)站立作業(yè)時(shí)可變載荷可達(dá)1萬(wàn)噸，可用甲板面積為3000平方米，能滿(mǎn)足3套8MW風(fēng)機(jī)的運(yùn)輸。在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，對(duì)滿(mǎn)足海上風(fēng)電安裝平臺(tái)的關(guān)鍵核心部件，如起重機(jī)結(jié)構(gòu)、抱樁機(jī)、平臺(tái)升降系統(tǒng)[3]、電控系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)展研究，形成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。該項(xiàng)目具有以下特點(diǎn)：

圖1 2000T自升式風(fēng)電安裝平臺(tái)

1）集海上打樁、吊重運(yùn)輸、工程安裝和風(fēng)電場(chǎng)維護(hù)多功能于一體，提高工作效率，節(jié)約成本。

2）超大的起重能力（達(dá)2000噸）和超大的起升高度（達(dá)12 0米），可以滿(mǎn)足未來(lái)10年內(nèi)中國(guó)海上風(fēng)電施工作業(yè)的需求。

3）起重機(jī)臂架采用包容式節(jié)點(diǎn)，降低疲勞應(yīng)力 2/3，高可靠，可大大減少疲勞應(yīng)力約30%，提高了桁架的整體可靠性。

4）采用冷軋薄壁重載滑輪，繩槽經(jīng)淬火硬度可達(dá)HRC50左右，抗磨損，可終身不更換。滑輪腔采用密閉裝置，3年不加油。采用上述技術(shù)措施，可大大減少對(duì)滑輪的維護(hù)，方便用戶(hù)使用，節(jié)約維護(hù)成本。

5）有足夠大的居住面積（定員108人）和超大的甲板面積（容物面積達(dá)3000 平方米），讓船員在平臺(tái)上住得舒心、用得順心。

6）起重機(jī)端部采用可張開(kāi)滑輪組，張角大不磨損滑輪槽，適合平吊長(zhǎng)大件，可直接翻樁，保證翻樁作業(yè)的順利實(shí)施。

7）抬升機(jī)構(gòu)的齒輪經(jīng)過(guò)淬火，其表面硬度達(dá)HRC48以上，抗戶(hù)外惡劣環(huán)境的磨損。采取上述技術(shù)措施，齒輪與齒條的使用壽命有效延長(zhǎng)到與平臺(tái)同等的使用壽命。

8）船艏艉設(shè)有動(dòng)力定位系統(tǒng)，便于迅速定位。在施工作業(yè)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)短距離的移船，不再需要使用拖輪來(lái)移船，可提高工作效率、節(jié)約生產(chǎn)成本。

9）采用了直徑12米的超大回轉(zhuǎn)軸承，可承載4000噸，為世界首創(chuàng)。國(guó)內(nèi)首次生產(chǎn)這么大的回轉(zhuǎn)軸承，此次成功應(yīng)用，提升了我國(guó)在該領(lǐng)域的設(shè)計(jì)與制造水平。

10）齒條抬升機(jī)構(gòu)設(shè)置扭矩傳感器，可精確顯示實(shí)時(shí)載荷。

2 質(zhì)量技術(shù)研究?jī)?nèi)容

自升式風(fēng)電安裝平臺(tái)屬于定制產(chǎn)品。新產(chǎn)品研發(fā)往往需要相對(duì)應(yīng)的工藝研發(fā)，并為新產(chǎn)品生產(chǎn)開(kāi)發(fā)配套的生產(chǎn)技術(shù)。由于龍?jiān)凑袢A2000T自升式風(fēng)電安裝平臺(tái)集眾多科技創(chuàng)新、先進(jìn)技術(shù)于一體，諸多建造難點(diǎn)帶來(lái)了巨大的壓力和挑戰(zhàn)，因此急需一套工藝技術(shù)研發(fā)方法以達(dá)成技術(shù)創(chuàng)新目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)重大工程交付，進(jìn)而提高企業(yè)效益和社會(huì)效益。

通過(guò)精心策劃，該項(xiàng)目將工藝研發(fā)過(guò)程分為組織、實(shí)施、評(píng)價(jià)、驗(yàn)證四個(gè)階段，從前端策劃布局、解決風(fēng)險(xiǎn)矛盾沖突、評(píng)審程序控制、實(shí)施改進(jìn)過(guò)程導(dǎo)入多種質(zhì)量技術(shù)工具，以與工藝實(shí)施過(guò)程相結(jié)合的方式，建立了全方位保障式工藝實(shí)施體系。

2.1 前端策劃組織

圖2 全方面保障體系

采用IPD矩陣式方法，跨部門(mén)建立項(xiàng)目工藝研發(fā)組織架構(gòu)。基于TRIZ理論將重型絞吸挖泥船核心部位逐一分解為三級(jí)子系統(tǒng)，再用將大系統(tǒng)分解為子系統(tǒng)的方式分析問(wèn)題。同時(shí)，以客戶(hù)滿(mǎn)意為目標(biāo)導(dǎo)向，詳細(xì)策劃分析各項(xiàng)質(zhì)量需求。

2.2 技術(shù)創(chuàng)新開(kāi)發(fā)

大型自升式風(fēng)電安裝平臺(tái)在國(guó)內(nèi)尚屬首創(chuàng)，無(wú)任何可參考經(jīng)驗(yàn)，項(xiàng)目結(jié)合FMEA分析，基于QFD質(zhì)量功能展開(kāi)及TRIZ發(fā)明理論，對(duì)設(shè)計(jì)及工藝中技術(shù)特征、質(zhì)量特征、客戶(hù)需求特征進(jìn)行深層次研究，分析生產(chǎn)制造能力明確存在的實(shí)際問(wèn)題，建立物-場(chǎng)模型，運(yùn)用三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)建立模型，進(jìn)行受力計(jì)算，形成了標(biāo)準(zhǔn)解決技術(shù)沖突的路線(xiàn)，輸出關(guān)鍵工藝方案28項(xiàng)。

2.3 方案評(píng)審

以?xún)?nèi)部、外部、專(zhuān)家級(jí)逐級(jí)多層次評(píng)審，全方位利用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)規(guī)范、國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)采用SWOT分析法評(píng)價(jià)工藝方案的適用性、經(jīng)濟(jì)性、先進(jìn)性、可操作性，對(duì)工藝實(shí)施所需的人員資質(zhì)、工裝設(shè)備、材料性能、施工方法、環(huán)境資源、檢測(cè)檢驗(yàn)、應(yīng)急預(yù)防等環(huán)節(jié)進(jìn)行全過(guò)程合理分析，建立了關(guān)鍵工藝評(píng)審體系，有效降低了工藝實(shí)施過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)，確保產(chǎn)品施工過(guò)程中的質(zhì)量，保障施工現(xiàn)場(chǎng)的順利推進(jìn)。

2.4 驗(yàn)證優(yōu)化

以SMART目標(biāo)管理法，將施工工藝進(jìn)行分解，提前策劃生產(chǎn)準(zhǔn)備、人力保障、資源計(jì)劃，對(duì)工序策劃、計(jì)劃管理進(jìn)行精準(zhǔn)把控，縱向延伸到設(shè)計(jì)、物資、制造、加工、安裝、檢驗(yàn)全過(guò)程各個(gè)環(huán)節(jié)，橫向拓展到各部門(mén)、各崗位，通過(guò)細(xì)化、分解落實(shí)各層級(jí)、各單元職責(zé)，施工前再次組織質(zhì)量工藝交底，推演每個(gè)活動(dòng)步驟，使操作流程、控制要點(diǎn)深入貫徹每位參與人員心中。通過(guò)檢驗(yàn)人員的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督，嚴(yán)格把關(guān)，有效保障了項(xiàng)目抬升結(jié)構(gòu)的制作及加工、樁腿吊裝合攏、高強(qiáng)度鋼焊接與殘余應(yīng)力降低等全部關(guān)鍵質(zhì)量技術(shù)的具體實(shí)施，高質(zhì)量、高標(biāo)準(zhǔn)完成了高難度項(xiàng)目的建造。

通過(guò)運(yùn)用上述質(zhì)量技術(shù)，完成了2000T自升式風(fēng)電安裝平臺(tái)抬升系統(tǒng)，起重機(jī)、抱樁器等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的工藝開(kāi)發(fā)和建造以及關(guān)鍵焊接質(zhì)量控制，成功填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)大型自升式風(fēng)電安裝平臺(tái)建造質(zhì)量技術(shù)的空白。

3 創(chuàng)新亮點(diǎn)

本平臺(tái)的創(chuàng)新亮點(diǎn)主要包括：

圖3 工藝實(shí)施體系

1）基于多種質(zhì)量管理方法及工具，構(gòu)建了自升式風(fēng)電安裝平臺(tái)項(xiàng)目全方位工藝保障體系，形成專(zhuān)項(xiàng)工藝文件28篇。

2）基于FMEA理論分析了抬升系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，運(yùn)用TRIZ和SWOT的質(zhì)量技術(shù)管理系統(tǒng)理論，保質(zhì)保量完成了建造。

3）利用TRIZ和SMART管理技術(shù)工具完成了抬升框架結(jié)構(gòu)制作與加工的工藝、樁腿結(jié)構(gòu)建造及合攏工藝。

4）使用SMART方法，對(duì)目標(biāo)分解、過(guò)程控制、過(guò)程檢測(cè)、工序策劃與計(jì)劃管理進(jìn)行合理的把控。

4 結(jié)束語(yǔ)

2000T自升式風(fēng)電安裝平臺(tái)關(guān)鍵工藝的質(zhì)量技術(shù)研究，其最大的難點(diǎn)不在于上述某一項(xiàng)技術(shù)發(fā)明或創(chuàng)新，而是整個(gè)平臺(tái)在實(shí)際建造過(guò)程中關(guān)鍵工藝的研究。振華重工利用自身在海工領(lǐng)域的科技研發(fā)和制造經(jīng)驗(yàn)優(yōu)勢(shì)，創(chuàng)新建立了全方位保障式工藝實(shí)施體系。其研制對(duì)促進(jìn)我國(guó)風(fēng)電建設(shè)、振興我國(guó)海洋工程裝備設(shè)計(jì)建造具有重大意義。