600 t風電安裝平臺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往往需要使用自升式風電安裝平臺。液壓插銷式升降系統作為最主要的升降系統之一，在自升式平臺市場發揮著舉足輕重的作用，研究液壓插銷式升降系統的工作原理、系統組成和安裝工藝具有顯著的意義。

1 液壓升降系統介紹

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，升降系統的基本參數見表 1。每套液壓插銷式升降系統設置2組升降裝置，每組升降裝置包含1個升降環梁，升降環梁上安裝有插銷和液壓油缸，升降環梁通過液壓油缸與船體結構相連接。在插銷插入樁腿的銷孔后，可通過伸縮液壓油缸來實現平臺/樁腿的升降。當2組升降裝置交替工作時，可實現平臺的連續爬升。

表1 600 t風電安裝平臺液壓插銷式升降系統基本參數

2 液壓升降系統的組成

液壓插銷式升降系統主要由機械系統、液壓系統、電氣系統以及自動潤滑系統等4部分組成。

2.1 機械系統

機械系統的組成情況見圖1，主要包括固樁塊、導向結構、固樁架、上固定銷機構、下固定銷機構、上環梁液壓油缸和下環梁液壓油缸。

圖1 機械系統示意

2.1.1 升降機構

液壓升降系統的升降機構包括上升降機構和下升降機構兩部分，主要由上環梁機構、下環梁機構、上固定銷機構和下固定銷機構組成。上、下環梁機構為圓環形鋼結構，由高強度鋼板焊接而成。在上固定銷機構的外側和下固定銷機構的下端，分別設有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、下環梁機構分別裝有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 環梁導向

環梁導向是焊接在圍壁上的一組鋼結構，主要用途有以下3點：1）對上、下環梁機構進行運動導向；2）防止上、下環梁機構旋轉；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

升降機構的上、下環梁各有6個液壓油缸，除安裝距以外，各液壓油缸的規格均相同，基本參數情況見表2。

表2 液壓油缸的基本參數

2.1.5 插銷油缸

升降機構共有6個液壓插銷油缸，缸頭采用法蘭安裝，基本參數情況見表3。

表3 液壓插銷油缸的基本參數

2.2 液壓系統

如圖2所示，液壓系統布置于艉部，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的控制閥塊和分配閥塊。

圖2 液壓系統示意

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電機驅動，用于控制空載環梁的復位、系統的冷卻循環和過濾。

2.2.2 冷卻站

液壓系統包括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

液壓系統的閥塊包括主閥塊、控制閥塊和分配閥塊，用于控制各執行機構的動作。

2.2.4 液壓油罐

液壓油罐的最大容積為18 m，材質為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

電氣系統設置有中央控制臺、泵站控制柜、1～6號本地控制站。電氣系統采用西門子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。PLC與人機交互接口（Human-Machine Interaction，HMI）采用以太網連接，不同柜體間采用光纖環網連接。

2.3.1 中央控制臺

中央控制臺布置于平臺中控室，設置有相關的控制器件，用于控制升降機構的動作，可實現多腿聯動等功能。中央控制臺設有2個21英寸觸摸屏，用于監控和顯示機構的動作，以實現人機交互功能。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，設置有相關的控制器件，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內，可通過開關和按鈕對樁腿進行控制。此外，本地控制站設有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故障等信息。

2.4 集中潤滑系統

每條樁腿配備1套集中潤滑系統，潤滑系統需每月加注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

液壓升降系統的安裝可分為機械組件安裝、液壓系統安裝、電氣系統安裝以及其他附件安裝，其中最關鍵的是機械組件的安裝。

在進行機械組件安裝時，需按照“升降機構安裝→液壓油缸預裝→升降系統總裝”的順序一一進行。

3.1 升降機構的安裝

3.1.1 準備工作

1）檢查環梁結構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，確保其質量、規格和數量滿足要求。

4）熟悉各機構部件的質量以備安裝。升降機構主要部件的質量見表4。

表4 升降機構主要部件的質量

3.1.2 安裝步驟

1）將液壓插銷油缸緩慢插入環梁機構的銷孔中，確保各個插銷均能順暢伸出環梁內圈。

2）將液壓插銷缸固定在基座上。

3）裝配安裝座和插銷銷軸，旋轉銷軸，將安裝座連接的耳板調整至豎直位置。

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，裝配基座和環梁法蘭面板。

5）裝配防轉裝置，確保液壓管路的槽口與液壓缸的管口位置一致。

6）在防轉裝置兩側裝配潤滑板。

7）確保所有螺栓處于擰緊狀態并布置鋼絲繩。

3.2 液壓油缸的預裝

由于液壓油缸在預裝完成后將與升降機構整體吊裝，難以再次修正，故預裝過程需確保液壓油缸的型號和位置正確無誤。

3.2.1 預裝準備工作

1）準備足夠大的安裝區域。

2）準備木板、胎架及枕木，用于放置 6個油缸，并調整環梁和油缸的高度。

3）檢查每個環梁內徑與樁腿外徑的尺寸，對固定銷機構按樁腿編號進行標記，環梁耐磨板與樁腿外側的間隙要滿足15 mm的要求。

4）根據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、螺栓數量是否充足，確保表面光潔無毛刺。

6）熟悉構件的幾何尺寸和質心位置。

7）準備固定銷、油缸吊裝吊具，環梁預留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 預裝步驟

1）吊運升降機構至安裝場地，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，防止伸縮。

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

4）用枕木調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 升降系統總裝

升降系統的總裝是安裝過程中最關鍵的環節，需確保液壓油缸在吊運過程中不能發生碰撞。

3.3.1 總裝準備工作

1）確保樁腿圍井區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梁內。

4）檢查吊裝工藝，確保升降機構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生晃動。

2）確保下升降機構在吊裝過程中保持水平。

3）將下升降機構吊運至圍井上方，調整機構中心與圍井中心對齊，緩慢下放機構。

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

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。

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碰撞，且固樁架導向機構與升降機構的中心需對齊，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 其他設備的安裝工藝

對于液壓系統、控制系統和自動潤滑系統，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之一，研究液壓插銷式升降系統具有顯著的意義。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的系統組成、工作原理和主要性能參數進行介紹，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的安裝提供一定參考。