袁 瑞 王 歡
(1南通中遠(yuǎn)船務(wù)股份有限公司機電車間,江蘇南通 226010)
“救助號”(SUPER M2)是自升、自航式平臺,是中遠(yuǎn)船務(wù)集團建造的第一臺自升式鉆井平臺,其總長59.7m,型寬55.78m,型深7.62m。該平臺由三角形主船體(包括上層建筑)、三條三角桁架式樁腿(下有樁靴)和升降機構(gòu)組成,主要用于油田開發(fā)、修井、潛水支持以及建造服務(wù)等。平臺的升降系統(tǒng)為齒輪—齒條式,由54個齒輪組成的3組(每組18個)升降機構(gòu)和3 條三角桁架式樁腿(下有樁靴)組成,見下圖1,其中每根樁腿總長128.058 米,重約566 噸,齒條和半圓板均為ASTMA514高強度材料。
圖1 “救助號”樁腿
“救助號”三條樁腿分別為 LEG101、LEG201P和LEG201S,每條樁腿分為6個分段,總計18 個分段。LEG101 分段劃分見下表1(LEG201P和LEG201S與LEG101相同)。
表1 “救助號”樁腿LEG101分段
為了達(dá)到樁腿精度控制目標(biāo),防止在制作過程中每一工序的誤差累積而導(dǎo)致尺寸誤差過大,根據(jù)樁腿制作流程,將精度控制目標(biāo)進(jìn)行分解,分步控制,從而減小控制難度和風(fēng)險。
樁腿分段總組焊后精度要求如下表2所示。
表2 樁腿分段總組焊后精度
樁腿分段安裝(合攏)是分兩步進(jìn)行的,隨著樁腿安裝狀態(tài)的不同,在精度控制方面也有所區(qū)別。樁腿分段安裝(合攏)焊后精度要求如下表3所示。
表3 樁腿分段安裝(合攏)后精度
樁腿是自升式海洋平臺最重要的部件之一,它的制作與安裝是建造自升式海洋平臺最重要也是最困難的工作。
樁腿其本身是大型的鋼結(jié)構(gòu),安裝和焊接易產(chǎn)生應(yīng)力和變形。樁腿材料尤其是齒條材料為超高強度鋼,其安裝和焊接的難度很大,這無疑增加了制作過程中精度控制的難度。樁腿與齒輪箱之間的間隙很小,公差配合極為重要,要求很高。樁腿和齒輪機構(gòu)是自升式海洋平臺最重要的部分,承受極大的載荷,且它的使用壽命直接影響到海洋平臺的使用壽命,必須要控制其制造精度,以提高其使用壽命和可靠性。
在“救助號”樁腿制作與安裝過程中,根據(jù)施工特點,主要從以下幾個方面入手,加強控制,以防止尺寸的嚴(yán)重超差,并達(dá)到了預(yù)期的效果。
(1)來料尺寸檢驗與劃線。
按照齒條與支撐管的精度要求,檢測每根來料的尺寸,做好詳細(xì)的記錄,特別是局部尺寸超差的,要重點標(biāo)注,為后續(xù)樁腿制作各階段的尺寸調(diào)整提供依據(jù)。根據(jù)圖紙要求,完成齒條板和支撐管的劃線,比如齒條板的縱向中心線、板厚中心線、端部齒的中心線等,以及支撐管上的中心橫向檢查線、圓周分度線等,劃線精度要準(zhǔn)確,洋沖標(biāo)示清晰。
(2)支撐管管端坡口加工。
支撐管管端坡口加工要使用相貫線數(shù)控切割機進(jìn)行,同時,為了保證切割的準(zhǔn)確性,現(xiàn)場切割時采用相貫線樣板線和切割機試走的方式進(jìn)行。坡口切割程序為:相貫線樣板線—關(guān)鍵點打洋沖眼—切割機試走—無誤后切割一端—尺寸檢驗后切割另一端。
(3)胎架與工裝件制作。
胎架和工裝的精度對于樁腿的制作精度影響非常大,必須保證它們的加工和安裝精度。胎架與其它工裝件的模板采用數(shù)控切割成型,關(guān)鍵部位采用機加工,支胎過程中也要嚴(yán)格控制其精度,地樣線、胎架中心線、模板位置線等應(yīng)該標(biāo)示清晰。同時要特別注意,胎架在場地上的安裝要保證有足夠的強度和穩(wěn)定性,其與地面的固定連接要可靠,以確保施工過程中不發(fā)生變形和相對位移。
(4)焊前尺寸調(diào)整和檢測。
從施工經(jīng)驗來看,焊前裝配尺寸的準(zhǔn)確性是完工后尺寸精度的重要保證。焊前使用各種工具和工裝,對局部尺寸不理想的地方進(jìn)行尺寸調(diào)整,并可靠固定。要特別注意,焊前尺寸盡可能向理想的尺寸靠攏,為后續(xù)施工留足公差余量。
(5)焊接收縮余量的加放與反變形措施。
焊前裝配時要預(yù)先留出合適的焊接收縮余量,其大小可以根據(jù)焊接評定來定,并在實際施工過程中逐步總結(jié)改進(jìn)。同時可以采取合理的反變形措施,進(jìn)一步提高焊接后的尺寸精度。
(6)焊接過程中尺寸監(jiān)控。
通常樁腿焊接的工作量比較大,時間比較長,在焊接過程中加強對尺寸的監(jiān)控也是保證焊接完成后焊件尺寸精度的一個重要手段。焊接過程中,對重要位置,每隔1個小時就對主要尺寸數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測,并記錄比較,一旦發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)立即停止施工,及時采取合適的補救措施。
(7)焊后尺寸檢測。
焊后尺寸測量時,要解除所有約束工裝,在自由狀態(tài)下測量。各階段的焊后數(shù)據(jù)要準(zhǔn)確記錄、保存,后續(xù)施工可以依據(jù)前一工序的數(shù)據(jù)加以調(diào)整和改進(jìn)。
(8)測量工具和測量人員的控制。
樁腿制作過程中需要使用的測量工具很多,如有水平儀、經(jīng)緯儀、盤尺、直尺、象限儀等,必須保證這些儀器的準(zhǔn)確性才能保證測量的精度,所以這些儀器必須是經(jīng)過計量部門專業(yè)檢驗合格才能使用。同時,測量的人員要固定,做到工具要專人專用,測量的數(shù)據(jù)項目要專人專測,并且焊接前后測量的位置和測量時的環(huán)境溫度要盡可能相同,在整個制作過程中盡量使用同一儀器進(jìn)行測量,盡可能減少影響測量精度的因素。
對于南通中遠(yuǎn)船務(wù)來說,由于第一次承接此類平臺,所以在建造過程中無先例可循,但是南通中遠(yuǎn)船務(wù)通過技術(shù)人員的創(chuàng)新,在多次分析研究后總結(jié)出這套樁腿制作與安裝精度控制工藝,并在實際生產(chǎn)過程中經(jīng)過多次優(yōu)化,從而使其滿足樁腿制作與安裝的尺寸精度要求。此方法具有測控簡捷、精度高的優(yōu)點,從而使我們高質(zhì)量地實現(xiàn)了樁腿制作與安裝,取得了重大突破。這也對我們以后海工制造項目在大型、復(fù)雜部件的制作方面積累了寶貴的經(jīng)驗。
1 王歡.基于深海鉆井平臺動態(tài)定位系統(tǒng)的研究[J].武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2010(6)
2 王歡,李朝暉.自升式駁船樁腿提升試驗的研究[J].武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2013(5)
3 中國船級社鋼質(zhì)海船入級規(guī)范,動力定位系統(tǒng)[S].2009:第5分冊第11章.
4 孫東昌,潘斌.海洋自升式移動平臺設(shè)計與研究[M].上海:上海交通大學(xué)出版社,2008.