3 600 t液压插销式连续升降系统及其安装工艺

商明星，陈焕东，刘富均，梁涓华

（中船黄埔文冲船舶有限公司，广州 511462）

1 前言

我国拥有丰富的风能资源，据最新公布的距离地面高度为50 m的风能资源数据显示：达到三级以上(风功率密度大于300 W/ m2)的风能资源陆上潜在开发量为23.8 亿kW；达到四级以上(风功率密度大于400 W/m2)的风能资源陆上潜在开发量为11.3亿kW；且5 ～25 m水深线以内区域可装机容量约为2 亿kW。

升降系统作为自升式风电安装平台的核心装备，长期以来一直被国外少数公司所垄断。近几年来国内公司奋发图强，自行研制3 600 t液压插销式连续升降系统，并于2017年5月顺利完成全程升降试验，各类试验数据完全达到设计要求，目前已顺利交付船东并出海作业。

2 3 600 t液压插销式连续升降系统概况

升降系统的主要作用是使平台以连续的方式在海面沿桩腿升降、压桩、拔桩。在需要长期保持站立高度时，可使用附带的锁紧机构长期保持气隙,确保海上风电安装平台其它作业的顺利实施。升降系统主要由：升降装置机械本体、液压动力单元及电气控制系统等三大部分组成。

2.1 机械本体

机械本体主要用于实现平台的升降，是平台各类动作的执行机构，主要包含固桩室、升降滑座总成、液压插销总成、提升油缸、锁紧装置模块、扶正机构等部件。

（1）固桩室：固桩室为高强度钢板焊接而成的钢结构件,顶部设有桩腿导向装置，具有桩腿导向及防转功能；其顶部设置有固桩块，用于平台拖航和支持工况下固定桩腿，固桩架通过焊接与平台主体连接；固桩室侧面开有门孔，内部设有两层平台，便于升降系统安装、维修。

（2）升降滑座总成：每个桩腿位置安装四套升降滑座总成，升降滑座总成内部嵌套液压插销总成。

（3）提升油缸：每个升降滑座对应三个提升油缸，提升油缸上耳环与固桩室连接，下耳环与升降滑座总成相连接。通过液压驱动，提升油缸支持平台的上升、下降及压载的动作。

（4）锁紧装置：锁紧装置模块位于固桩室顶和提升油缸上耳环之间的隔层内，当需要长时间保持气隙时，锁紧插销通过液压驱动插入桩腿上的插销孔内，锁紧平台。

（5）扶正机构：扶正机构位于固桩室顶部，当长距离拖航时，通过液压装置推动桩腿使其和固桩室贴紧，减少晃动。

升降系统机械本体效果图，如图1所示。

2.2 液压动力单元

液压动力单元主要由：液压泵站、主控制阀组、油缸控制阀组以及相应的管路组成。其中，每套液压泵站由电动机、液压泵组、泵出口阀组、蓄能器、油箱、冷却器以及附件等组成（附件包含：液位传感器、加热器、温度传感器、过滤器等）。

全船共设置四套泵站，分别控制四条桩腿，工作压力27 MPa，实现平台的升降、插销、锁紧及扶正功能。每套泵站设有两台液压泵组，泵组之间互为备用：当其中一台泵组故障时，另一台泵组为升降系统继续提供动力，此时平台升降速度减半；每台液压泵组由2个主泵和2个辅泵组成，并由电机驱动，其中主泵为提升油缸动作提供动力，辅泵为插销油缸动作提供动力；泵站油箱设有液压计、液位报警、温度传感器、压力传感器等常规检测元件。

2.3 电气控制系统

电气控制系统由集中控制台、桩腿控制单元、机旁控制箱等组成，主要分为集中控制系统（布置在中央控制室内）和机旁控制系统。另外还配有视频监控，每个桩腿升降装置均配有多功能摄像头，通过电缆传送到中央控制室。

（1）集中控制系统通过集中控制台，与各桩腿控制单元实现控制信息的交互。集中控制台设置有相关的控制器件，用于控制机构动作，可实现多机联动功能；集中控制台设置有触摸屏，用于对机构动作显示监控，实现人机交互。

集中控制系统主要包含以下功能：升降功能、紧急停止功能、平台倾斜保护功能、倾斜保护忽略功能、参数设置、显示功能、主泵遥控功能等。

（2）机旁控制系统由机旁控制箱实现，设置于固桩室附近，用于对升降系统的人工机旁操控。机旁控制系统主要包含以下功能:升降控制、插销控制 、显示功能、紧急停机功能、报警功能、主泵起动系统等。

3 3 600 t液压插销式连续升降系统安装

3 600 t液压插销式连续升降系统安装工作主要指机械本体部分的安装，包括：升降滑座总成、液压插销总成、提升油缸、锁紧装置模块、扶正机构等部件的安装。液压动力单元和电气控制系统都是常规的模块化设计，带有公共底座，按照设计图纸所示的安装位置直接焊接或采用螺栓固定即可，与普通设备并无差异，故在此不予叙述。

升降系统机械本体部分安装工艺流程，如图2所示。

图2 升降系统机械本体部分安装工艺流程图

3.1 提升油缸安装

液压插销式连续升降系统安装工作主要是提升油缸的安装。提升油缸每个桩腿有12个，全船共48个。最大直径540 mm 、总长度4.5 m、单个重量7 t、额定提升能力300 t。

提升油缸两端采用铰支安装形式，在油缸活塞杆杆头耳环处装有自润滑球面关节轴承。提升油缸作为全船动力执行的关键部件，对于整体升降系统的安装有决定性的影响。由于施工空间小、精度要求高，如何快速将这些庞然大物安装到位，经过反复论证决定采用中心组件预装的方式，将固桩室顶部安装油缸的部位单独分开，形成一个中心组件，一次性将中心组件上全部12个提升油缸在地面预装完成，然后整体上平台吊装，大大的提高了安装效率，改善了施工作业环境，有效的降低了成本，得到船东的充分认可，为后期项目节约了宝贵时间。升降系统提升油缸预装结束并整体搭载到位相片，如图3所示。

图3 升降系统提升油缸预装结束并搭载到位相片

3.2 第一节桩腿安装

全部12个提升油缸安装到位后，开始第一节桩腿的插桩工作：（1）插桩之前先校正桩靴的定位，并在桩靴上面做好装焊平台，确保桩腿的安装精度和施工方便；（2）在插桩过程中应控制桩腿的摆动，防止其与固桩室相碰；（3）焊接采用对称法：先焊接100 mm厚度导向板，再焊接40 mm厚度框架板，最后焊接加强筋板；焊接必须严格按照WPS要求执行，焊接顺序是先焊对接缝、再焊立缝；焊接过程中应随时检测桩腿尺寸，以便对偏差及时修正，防止产生裂纹和减少残余应力；在焊前需进行预热（预热温度为150℃），预热方法可以采用电加热片进行；焊接过程中应控制层间温度不低于预热温度且不超过250℃；焊后应控制冷却速度，每小时不超过50℃。

3.3 升降滑座总成安装

升降滑座总成体积较大，为避免后期吊装困难，应在吊装提升油缸中心组件前先将升降滑座总成吊装到相应安装位置附近，在第一节桩腿插桩结节之后再进行整体安装：（1）安装之前先将升降滑座总成本体上4个U形卡槽拆除，并用钢丝绳将相对应的2个U形卡槽连接好，然后卡入100 mm厚度导向板内；（2）用4个手拉葫芦将升降滑座整体起吊，调整手拉葫芦长度，使得其整体向桩腿附近移动，到位之后将卡槽向下放，将升降滑座本体和卡槽相连接，然后向上拉动手拉葫芦，使得滑座通过卡槽沿着导向板缓缓向上移动，到位之后将滑座上连接销穿过提升油缸下耳环，先穿两边再穿中间销。

升降滑座总成安装示意图，如图4所示；（3）依此类推，完成其它三个升降滑座安装的工作。

图4 升降滑座总成安装示意图

3.4 锁紧装置模块安装

（1）锁紧装置模块安装前在锁紧舱底部安装三条滑动导轨和底座平齐；（2）完成之后将锁紧装置模块从固桩室顶部检修口整体吊入放在滑轨上面；（3）旋转妥当后拆除吊运工装，向前缓缓拉动锁紧装置模块到位；（4）然后安装上下锁紧舱封板和相应的止推组件，最终固定锁紧装置模块。

锁紧装置模块拉移示意图，如图5所示。

图5 锁紧装置模块拉移示意图

3.5 扶正总成安装

每个桩腿有两套扶正机构，安装在固桩室顶。安装之前先将推力油缸拆除，安装位置根据图纸标示划线定位，确保底座安装精度满足要求，由于底座受力较大，需要采用全焊透处理。然后用吊带将推力油缸吊到桩腿和底座之间固定好即可。

4 结束语

通过一个多月的不懈努力，克服各种困难，在安装过程中，我们边安装边总结，终于完成这次艰巨的安装任务。首台风电安装平台交付后，船东反映良好，也给其它类似项目提供借鉴参考，并在以后的设计和建造中不断优化和改进，对促进公司做好做精海工平台具有重大意义。