履带吊作业安装平台的可行性研究

杨松

（中海石油（中国）有限公司深圳分公司，广东 深圳 518067）

1 前言

传统海工自升式支持平台由平台结构、桩腿及升降机构组成，其中自升式平台的主船体部分是一个水密结构，用以承载机械，实现海洋作业支持功能。当其浮于海面上时，主船体部分产生的浮力用以平衡桩腿、机械、结构等的重力。自升式平台包括很多通用的结构，最大的不同在于桩腿结构、升降系统以及桩腿与船体之间的载荷传递系统。

带有独立桩靴的桩基结构的桩靴数量与桩腿数量相同。桩靴式桩基结构最大的优势在于能够适应不同的海底地形。除此之外，桩靴的压载并没有严格的顺序要求。目前，主流自升式平台多采用桩靴式桩基系统，避免了在软土层地区作业时桩腿插入太长影响作业深度，同时，也提高了插桩和拔桩作业时安全性。一般情况下，这种桩靴底部会做成突起的过渡形状，像一个小锥形的头部，方便入泥的功用，并且桩靴上自身一般会带有冲桩系统。

所有的自升式钻井平台都具有桩腿结构。该结构的作用是保证船体升离水面到一定高度而不必承受波浪载荷。桩腿结构主要有两种形式：圆柱式和桁架式。圆柱式桩腿适用于作业水深小于300英尺，当水深大于300英尺时，通常使用桁架式桩腿结构。圆柱式桩腿结构最大的优势在于体积较小，占用较少的甲板面积，因而建造工艺比较简单；桁架式桩腿结构由弦管及撑管构成。

本文重点针对自升式支持平台搭载履带吊方案总体布置、结构加强、站立稳性和结构强度进行研究，开展海上风机安装作业工程的方案可行性研究，解决当前海上风机吊装专用船资源紧张问题。

2 自升式支持平台搭载履带方案

2.1 总体布置研究

本文自升式支持平台，为一矩形箱型船体结构，平台型长63.6m，型宽40m，型深5.8m。平台配置四条圆柱桩腿，每个桩腿下部安装一个正方形桩靴，桩腿总长度90m（不含桩靴），桩靴边长为11.7m，高度为1.5m。平台配置四套液压齿轮齿条升降系统，用于平台的升降操作。主船体有三层甲板，分别是双层底、下甲板和主甲板。

主甲板由生活区和工作区组成。工作区甲板面积约为1500m2。平台配置两套主推装置和一套艏侧推装置，具备DP1控制系统。平台配置1座190t主吊机和1座20t辅助吊机，配置2套电动锚绞车。生活区有四层甲板，可实现300人住宿能力，应急发电机房布置于第三层生活区甲板，升降控制室布置于生活区顶楼，生活区前端安装一直径22.2m的直升机甲板，可搭载Sikorsky S-92型直升机。原平台总布置如图1所示。

图1 自升式支持平台总体布置示意图

2.2 改造方案设计

计划将一座XGC11000型履带吊布置在主甲板上，如图2所示，履带吊装能力参数数据。

图2 吊装工艺方案

履带吊参数和作业载荷数据如表1所示。按照履带吊在平台甲板上的移动轨迹，进行专用工装底座设计，设计图如图3所示，沿着履带吊履带设置两行轨道，作为履带吊作业行走支撑，底座由型材、肘板等组成，型材腹板上开减轻孔，主甲板反面结构进行加强。底座材料为AH32，底座整体高度为800mm。

表1 履带吊参数和作业载荷数据

图3 结构有限元模型

2.3 吊装工艺研究

本文提出的改造方案计划用于连云港灌云风电场，计划吊装风机机型为金风科6.45MW，叶片长度186m。

（1）结构总体强度分析。针对本方案，结合连云港灌云海上风电场环境地质参数条件，对自升式平台搭载履带吊进行作业工况下结构强度有限元分析。

主要计算输入如表2所示，且模型刚度目前采用与给出的初始模型一致，并未进行调整。

表2 主要计算输入参数

模型的所有甲板、舷侧板、舱壁板、纵/横桁材腹板、加强结构桁材腹板均采用二维三、四节点壳单元模拟，其他加强筋及桁材面板用二节点梁单元模拟，网格大小约为600mm。模型的结构有限元如图3所示。

在桩腿底部简支约束，上下导向采用mpc连接约束xy方向平动自由度，抬升系统采用mpc连接约束z向自由度。风载荷来源DS356-101-006JS Wind Force Calculation 1(2020.01.17退审)中3.8节，相关数据如表3所示。具体风载荷采用加载在船体侧面的均布载荷进行模拟。

表3 风载荷及弯矩

（2）吊机载荷。由于暂时无准确的吊机载荷，对吊机载荷采用预估的方式。主吊机吊重为120t。根据《DS356-050-00190M自升式平台操船手册5（2020.05.09退审）》中吊载120t时作业半径大约为14m。考虑吊机自重大约为250t，作业半径14m时，吊机自身重心到回转重心力臂为7m（保守考虑）。同时，考虑吊机倾斜2°造成的水平载荷。具体吊机载荷预估数据如表4所示。

表4 吊机载荷预估数据

①强度计算结果。相应的结构分析计算云图，具体强度计算结果见数据，最大板单元应力为306MPa，最大梁单元应力为283MPa，可见该结构满足强度要求。②立柱的屈曲校核。选取履带吊履带下面立柱载荷最大的进行立柱的屈曲校核，经过核实，uc值为0.443满足屈曲强度要求。

图4

3 结语

采用履带吊上自升式平台安装海上风机的工艺方案，从安全角度考虑，存在的安全风险高于常规海洋吊机，但是，在特定情况下，增加吊装海上风机工况的风险因素分析和稳定性校核，保证结构强度安全、平台拖航和站立的稳性，在升船压载过程中充分考虑压载的可靠性，为履带吊作业构建稳定的平台，也可作为一种临时的方案投入生产。