90 m自升式海上平台围阱的精度研究及改进

林 伟，杨九九，余 彪，王 华，戴康利，黄佛生

（金海重工（舟山）设计研究院有限公司，浙江岱山 316200）

90 m自升式海上平台围阱的精度研究及改进

林 伟，杨九九，余 彪，王 华，戴康利，黄佛生

（金海重工（舟山）设计研究院有限公司，浙江岱山 316200）

文章主要阐述了90 m自升助航式海上平台围阱施工精度控制方法，以及为了降低施工的难度，缩短生产周期，对围阱结构进行了优化，优化后结构达到了预期的效果。

围阱；围筒；精度控制；平台

0 引言

随着国家经济的发展，对石油能源需求量越来越大，而陆地开采受到地理分布和开采难度等条件的限制，国内石油产量一直不能满足日益增长的能源需求。目前，国家进口大量石油以缓解这一矛盾，而且进口量逐年上升。但国际社会仍动荡不安，能源安全问题受到严重威胁。面对重重矛盾，国家非常重视海洋资源的勘探及开采。海工平台成为开发海洋的重要工具，国家大力倡导技术创新、自主研发[1]。

在这样的背景下，金海重工股份有限公司（下称“公司”）建造的90 m自升助航式海上平台（下称“90 m S.E.U”）是公司的第一艘海工平台，是公司战略转型的重要项目，同时也是自主生产设计的项目，对公司发展海工产品具有里程碑意义。

1 船舶概况

船舶主尺度：总长85.1 m，型长63.6 m，型宽40.0 m，型深5.8 m，设计吃水3.0 m，载员300人，最大作业水深60 m。

主要特点：四条90 m圆柱式带方形桩靴的桩腿和升降系统，自航式，具备居住单元、DP1定位系统、190 t吊机。如图1所示。

90 m S.E.U结构由主船体、桩腿、桩靴、围阱、生活楼及直升机甲板主要部分组成。围阱是90 m S.E.U的重要组成部分，也是升降系统的核心部分之一，其建造精度要求非常高，围阱的精度水平直接影响90 m S.E.U的升降功能及使用寿命。围阱的结构特点如图2所示，主要由围筒、π型板及周围结构组成。围阱的精度公差小，对船厂的生产建造及管理水平都是一项巨大考验。本文主要介绍围阱的精度控制方法和围阱结构设计改进方案，旨在降低施工难度，提高生产效率。

2 围阱精度控制公差范围[2]

围阱精度控制公差范围见表1。

表1 围阱精度控制公差范围

3 影响围阱精度因素

围阱作为整个平台动力传递机构，其制作精度要求非常高，影响其精度因素主要有几个方面：围阱筒体加工精度、围阱装配和π型板安装精度、齿轮箱安装精度、运输方式、搭载方式。

3.1 围筒加工精度

围筒板材切割精度控制，应选用正确规格的板材，检查出厂炉批号，对钢板的板厚、表面粗糙度、盐分、板厚等进行严格检查和登记。仔细核对切割指令准确无误，选用切割变形较小的火焰数控切割机切割零件。检查割好的零件的长度和宽度，偏差不能超过0.3 mm，相邻两边需要保证垂直度，角度偏差不能超过0.1°。采用自动坡口机切割坡口，坡口角度偏差严格控制在1°以内[3]。

采用三蕊辊卷板机把零件卷成圈形。首先需要采用油压机对板两端进行预弯，预弯的长度为三蕊辊卷板机两个下辊中心尺寸的 1/2。预弯时需要在特制的模具上进行，用样板进行检验，预弯的加工偏差量不能超过1 mm。预压完成后，将其放在卷板机上，进行滚圆加工。此过程非常关键，难度也较大。在卷板机上加工时，需要保证预弯的边与辊轴平行。加工成型以后，采用内圆弧形样板辅助检验，零件加工内径公差0 mm～3 mm，圆度±3 mm，轴心直线度3 mm/10 m[4]。加工完成后零件竖立放置48小时释加工应力，筒体加强（见图3），减少运输、装配、焊接变形。

3.2 围阱装配及π型板安装精度

围阱装配，精度严格，公差允许小。筒体内径公差0 mm～3 mm，圆度±3 mm，轴心直线度3 mm/10 m[1]。错边量（开口边缘≤1 mm，环缝小于等于1.5 mm），端面不平度≤1‰Di且≤2 mm，圆度≤1‰Di且≤3 mm[2,5]。定位结束后测量整套精度数据后进行围阱焊接，留反变形余量，开设小坡口，低电流低电压，预热，采用CO2气体保护焊打底，埋弧自动焊多次多道的焊接（见图4）以及保温等方法控制焊接变形，同时做好过程监控，发现超差及时处理。

π型板安装，π型板作为传动设备安装平台，π型板装配要求保证x、y和z方向的安装精度：1）x方向安装精度：安装架基准基于桩腿导筒基准高度差±1mm；2）y方向安装精度：以桩腿导筒垂直中心线为基准量取半宽值2 160 (0, +1.5) mm；3）z方向安装精度：通过顶甲板定位封闭顶部，如图5所示。

若采用传统的固定胎架进行焊接，需要进行翻身作业或者采用仰焊的形式，而这些措施都会影响整个精度。因此为保证建造精度胎架采用套筒式旋转胎架，每隔2 m～3 m设置一个胎架，设置位置与围筒内部加强相对应，且π型板螺栓顶撑将其紧固于围阱上（图6）。

3.3 围阱运输

围阱制作完工后，需要将其放置在特殊门架上，禁止将围筒与门架进行焊接，以减少放置时由于重力或受力不均衡等因素而引起的变形（图7）。

同时在围筒内部的临时加强（图8）可以增加围筒的刚性，减少放置及运输过程中带来的变形，临时加强在围阱船坞搭载结束后再拆除。

3.4 围阱的搭载

为方便齿轮箱的安装，围阱采用齿轮箱安装结束后船坞单独吊装。先将围阱分段船坞搭载，焊接、变形火功校正完成后，再把围筒插入围阱分段定位。找出围筒上、下中心，确保在同一垂直线上，偏差控制在1 mm以内。

围阱分段焊接的过程中，精度部门、设计部门、施工部应密切配合。施工部门严格按照焊接工艺，制定合理的焊接顺序；精度部门时刻监测围筒的直线度、圆度等精度数据，分析是否超差，并将数据汇报给施工和设计部门。如果发现超差情况，施工部门停止施焊，汇同设计部门分析原因，找出解决方案，再进行下一步。焊接结束进行精度测量和完整性检查，焊接后48小时后再拆除内部加强。

4 围阱与桩腿

如图2所示，桩腿的设计外径是3 300 mm，而围筒的设计内径是3 312 mm，两者相差12 mm，即桩腿与围筒的设计间隙是6 mm。根据表1可知，围筒的圆度公差是±3 mm，如果围筒控制在公差范围内以及桩腿公差为0时，也可能出现围筒与桩腿的间隙为3 mm的情况。然而现实中桩腿精度肯定存在偏差，根据桩腿的公差要求，圆度控制在±3 mm。如果围筒与桩腿可以控制在公差范围内，有可能出现间隙为0的情况。这对平台升降带来巨大的潜在危险，同时对生产装配过程中精度控制过程是严酷的考验。在桩腿吊装过程，如果发生无法插入，或者平台在升降过程中，发生卡住或挤压，都会导致灾难性的后果。

5 围阱改进方案

设计公司及船东要求围阱围筒与桩腿的间隙尽可能小，原因是减少桩腿在围阱内的摇晃。但间隙偏小，对船厂施工要求较高。为了降低施工的难度，规避精度给平台带来的潜在风险，如果对围阱结构进行改进，既可以将围阱围筒与桩腿之间的间隙增大，降低施工难度及风险，又能满足船东的要求，让客户满意。按照这一思路，将围阱围筒的内径由原来的3 312 mm，改成3 328 mm，即围筒与桩腿的设计间隙由原来的6 mm改成14 mm，同时在距围筒上、下端口80 mm安装宽度500 mm的垫板。如图9所示，理论上垫板的厚度是7 mm，以保证有垫板处的理论间隙是6 mm。实际上，垫板的厚度需要根据围阱与桩腿之间的真实间隙进行适当调整。

通过此设计改进，围筒与桩腿的间隙由原来的6 mm，增加到14 mm，极大地降低了精度要求，解决了现场的施工难度大的问题。同时在上、下口安装的垫板可以达到原设计要求，即减少桩腿在围筒内的摇晃，满足了船东的要求。

6 结论

围阱属于90 m S.E.U的关键结构之一，其精度控制非常重要，考验船厂的管理及生产建造水平。通过船厂各部门通力合作，加强管理，在精度控制方面下了很大力气，使得精度水平上升了一个台阶。对于如此高精度的要求，为了降低风险，加快生产进度，增加效益，对围阱结构进行了改进，既降低了施工难度，也满足了船东要求，受到了船厂施工部门及船东的一致赞扬。

[1] 余彪, 杨九九, 王华, 等. 90 m S.E.U海工作业平台关键结构的精度控制[J]. 船舶标准化工程师, 2015, 48(5): 40-43.

[2] 国防科学技术工业委员会. 中国造船质量标准: CB/T 4000-2005[S]. 2005.

[3] CCS. 海上移动平台入级与建造规范[S]. 2012.

[4] 美国石油学会. API_SPEC_5L[S]. 2007.

[5] ABS. ABS MODU RULE[S]. 2008.

Accuracy Research and Improvement of Jackhouse Construction on 90 m Self-elevating Unit

Lin Wei, Yang Jiujiu, Yu Biao, Wang Hua, Dai Kangli, Huang Fosheng

(Jinhai Heavy Industry (ZhouShan) Design & Research Institute Co. Ltd., Zhejiang Daishan 316200, China)

The article mainly demonstrates the accuracy control method of the construction of 90 m S.E.U jachhouse. In order to reduce the difficulty of the construction and to shorten the period of production, the structure of jackhouse is improved. The structure after improving reaches the expecting result.

jackhouse; jackhouse-cylinder; accuracy control; unit

TU578

A

10.14141/j.31-1981.2017.02.012

林伟（1981—），男，助理工程师，研究方向：船舶生产设计和建造。