徐郎君，賀昌海，肖 元，高 嵩，王海冰，韓 彬，侯曉偉

(煙臺中集來福士海洋工程有限公司，山東 煙臺 264000)

0 引 言

鉆井平臺安裝技術(shù)研發(fā)是“中國制造2025”和“海洋強國”戰(zhàn)略的重要體現(xiàn)之一。推進(jìn)器系統(tǒng)作為鉆井平臺的核心系統(tǒng)，通常使用大型推進(jìn)器在深水區(qū)域進(jìn)行安裝[1]，安裝過程對水深和天氣條件有較高的要求，且《中國造船質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》對推進(jìn)器的安裝精度也提出較髙的要求。在推進(jìn)器安裝過程中存在著各專業(yè)學(xué)科交叉作業(yè)，施工量大、工期緊張，前期需進(jìn)行較長時間的海域、海流探測選址，還需使用浮式起重機、輔助拖船和人力等資源。安裝工藝的不合理會導(dǎo)致施工質(zhì)量降低、風(fēng)險加大、工期延長，且耗費大量的人力和物力，因此必須對推進(jìn)器系統(tǒng)的安裝工藝進(jìn)行優(yōu)化，這對于在鉆井平臺上順利、安全地安裝推進(jìn)器系統(tǒng)來說，具有較大的工程意義和實際意義[2]。

鉆井平臺推進(jìn)器系統(tǒng)的安裝對于眾多海洋平臺建造公司來說都是一道難題[3]。目前國內(nèi)外所采用的安裝方法安裝周期長、工作效率低、成本高，同時延誤其他調(diào)試工作[4]。以第七代半潛式平臺為研究對象，介紹一種推進(jìn)器系統(tǒng)的新型先進(jìn)安裝工藝，將其合理有效地劃分為3個階段：舷內(nèi)部分安裝、水下安裝以及電動機和浮軸安裝。該工藝可保證在較短的時間內(nèi)成功地完成鉆井平臺推進(jìn)器系統(tǒng)的安裝工作，能顯著節(jié)約安裝時間并降低安裝成本。

1 推進(jìn)器舷內(nèi)部分安裝工藝

推進(jìn)器舷內(nèi)部分安裝工藝主要包括推進(jìn)器基座、插座的虛擬檢測桿、底蓋、轉(zhuǎn)舵裝置和頂蓋的安裝，以及相關(guān)氣密性試驗和環(huán)氧樹脂澆注。

在進(jìn)行推進(jìn)器舷內(nèi)部分安裝前要求推進(jìn)器室裝配區(qū)的吊裝、焊接、裝配工作已經(jīng)結(jié)束，該區(qū)域的隔艙、水密艙壁的建造檢驗工作已經(jīng)完成，同時需要獲取船中線、基線、基準(zhǔn)點等相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)，以及船體縱向和橫向水平情況的檢驗記錄，以此作為修正推進(jìn)器中心線的依據(jù)，推進(jìn)器的相關(guān)部件也已預(yù)先進(jìn)艙并進(jìn)行臨時固定。安裝時應(yīng)配備活動扳手、扭力扳手、塞尺、手拉葫蘆、鉗工錘、樣沖、劃針、鉛錘、水準(zhǔn)儀等工具。

安裝工藝所選用的大型推進(jìn)器具體參數(shù)如表1所示。

表1 大型推進(jìn)器具體參數(shù)

1.1 推進(jìn)器基座和插座的安裝

首先，在滿足船級社要求的前提下保證推進(jìn)器基座發(fā)生最小的形變。將推進(jìn)器基座焊接至相應(yīng)的船體結(jié)構(gòu)上，要求推進(jìn)器基座的外徑處應(yīng)較容易接近旋塞，焊接后的基座頂面形變小于0.2 mm、基座底面形變小于0.3 mm。推進(jìn)器基座內(nèi)表面下部涂裝長為500 mm的環(huán)氧底漆，不施鋅，干膜厚度小于75 μm，噴砂后清潔度為Sa2.5級，剩余上部區(qū)域需涂船殼漆。

然后，將虛擬檢測桿裝配至插座內(nèi)，確保各部分安裝及插座的圓度[5]。如果虛擬檢測桿能平穩(wěn)地放入插座內(nèi)，則表明圓度滿足要求，此時底部直徑可用0.05 mm的塞尺進(jìn)行測量，之后安裝固定，取出虛擬檢測桿。虛擬檢測桿的裝配如圖1所示。

圖1 虛擬檢測桿的裝配

最后，調(diào)整推進(jìn)器基座和插座軸線，測量并核查推進(jìn)器基座頂面至插座頂面的距離，其與規(guī)定值的偏差不得超過15 mm，再將推進(jìn)器插座安裝至推進(jìn)器基座內(nèi)，精確地對其定位并對中，此時插座與基座底部之間的氣隙需要等分，理論值為15 mm，同時要求插座伸出推進(jìn)器基座底部機加工面5 mm。在完成準(zhǔn)確定位后，可利用插座的螺栓孔進(jìn)行基座螺栓孔的配鉆，之后鉸配孔，再移走插座，清潔接觸表面，將所有的○形圈抹上油脂，同時配合表面涂抹法蘭密封膠Loctite574，重新將插座放入基座內(nèi)并安裝，完成推進(jìn)器基座和插座的安裝。

在安裝過程中務(wù)必保證：推進(jìn)器基座與插座的安裝面清潔干靜，同時不可涂漆；插座與基座螺栓孔的配鉆在虛擬檢測桿完成安裝且測量底部直徑后進(jìn)行。

1.2 底蓋和頂蓋的安裝

底蓋安裝需結(jié)合相應(yīng)的密封一同進(jìn)行，在安裝過程中需確保正確放置密封(海綿橡膠)，密封應(yīng)位于安裝面以上12 mm的高度，用于保存注入的密封劑并且防止其流入插座，同時密封下方推薦放置一層環(huán)氧樹脂密封劑作為二級密封，然后安裝固定。再將轉(zhuǎn)舵裝置安裝在插座頂部，轉(zhuǎn)舵裝置中轉(zhuǎn)舵齒輪箱相對插座的準(zhǔn)確位置可由推進(jìn)器安裝圖獲取，安裝完畢后，將帶有傳感器裝置的頂蓋安裝在轉(zhuǎn)舵齒輪箱上，并在其中的○形圈上涂抹潤滑脂，完成頂蓋安裝。

在底蓋安裝前，接觸面需用環(huán)氧樹脂脫模劑避免黏附；當(dāng)推進(jìn)器底蓋螺柱擰緊后，推進(jìn)器基座底面(包含機加工面)需要涂船殼漆。

1.3 氣密性試驗和環(huán)氧樹脂澆注

在完成推進(jìn)器舷內(nèi)部分安裝后進(jìn)行水下安裝，安裝前需進(jìn)行氣密性試驗以檢驗密封情況。氣密性試驗過程如下：先將一路壓縮空氣連接至推進(jìn)器基座和插座的空腔內(nèi)，拆除1個旋塞并接出軟管，將其連接至另一路對應(yīng)位置的旋塞，然后拆除旋塞，連通2個空間，這樣可避免介于基座與底蓋之間的海綿橡膠密封被吹離底座；再使中間空腔及插座內(nèi)增壓至0.2 bar(1 bar=0.1 MPa)，通過滲漏法檢測空腔的密封性，然后拆除壓縮空氣管線并用旋塞關(guān)閉接口，同時在保證所有的旋塞都安裝就位后船舶可以下水。

插座環(huán)氧樹脂澆注工作需要在下水及進(jìn)一步施工后進(jìn)行，環(huán)氧樹脂澆注工作應(yīng)盡可能推遲，宜在大合龍完全結(jié)束且大型設(shè)備安裝到位后進(jìn)行，這樣可防止船舶形變對插座內(nèi)部的配合產(chǎn)生影響。需要使用的環(huán)氧樹脂型號為Chockfast Orange PR-610-TCF。具體過程如下：拆除推進(jìn)器基座內(nèi)頂部的所有旋塞，用6個漏斗澆注環(huán)氧樹脂，同時剩余的孔始終敞開以便檢查，澆注環(huán)氧樹脂層的高度約450 mm，不能過多澆注，因為經(jīng)過精加工及處理的插座的外表面僅有500 mm高；待環(huán)氧樹脂完全凝固后，關(guān)閉底部旋塞并通過頂部開口向里注入一定的潤滑油，以便保護(hù)插座與基座之間的空間，然后關(guān)閉頂部所有旋塞，完成環(huán)氧樹脂澆注工作。

2 推進(jìn)器水下安裝工藝

推進(jìn)器水下安裝工藝主要包括：首先將可移動部分安裝到船體，進(jìn)行舉升裝置安裝；然后實現(xiàn)可移動部分最終安裝；最后將轉(zhuǎn)舵轂安裝至可移動部分的上方。

推進(jìn)器水下安裝所需工具除舷內(nèi)部分安裝工具外，還需配有輔助船、液壓提升裝置和潛水安裝用的底部安裝擱架等，并且需要有相關(guān)的調(diào)試工程師、推進(jìn)室工作人員和潛水隊員的幫助。

2.1 可移動部分的船體安裝

在進(jìn)行推進(jìn)器可移動部分的安裝之前應(yīng)將推進(jìn)器內(nèi)油路充滿，由于推進(jìn)器上部支撐管油路系統(tǒng)與底部齒輪箱是分開的，因此需要兩部分均完成充油，油從透氣帽流出代表充油結(jié)束，之后用法蘭將充油孔重新密封。隨后將可移動部分從倉庫轉(zhuǎn)移至深水碼頭，放置于港口起重機(簡稱“岸吊”)的吊裝半徑范圍內(nèi)并安裝在擱架上，用吊帶將推進(jìn)器噴嘴固定在擱架上，如圖2所示。在推進(jìn)器支撐管處，使用岸吊起重索吊起可移動部分和擱架，緩慢放入水中，直至放到海床指定位置，確認(rèn)推進(jìn)器的角度與推進(jìn)器室布置的期望角度一致，再根據(jù)提升管的位置在浮筒上部安裝液壓提升裝置，確認(rèn)在推進(jìn)器可移動部分上各吊點上的標(biāo)示與提升管底部的標(biāo)示完全匹配，緩慢將船移至可移動部分的正上方。從提升管中將液壓起重繩放下，將其固定在可移動部分對應(yīng)的吊耳上，同時觀察可移動部分的狀態(tài)，確保其沒有損壞風(fēng)險。

圖2 移動部分安裝在擱架上

使用推進(jìn)器插座的充氣閥向插座內(nèi)充氣，直至壓力約1.0 bar后，將底部蓋板的螺栓卸下，此時蓋板處應(yīng)有氣泡溢出，保持推進(jìn)器插座內(nèi)充滿空氣以防止海水進(jìn)入，使用岸吊起重索連接至蓋板，同時保持液壓起重繩松弛，卸下推進(jìn)器和擱架上的吊帶，緩慢拉緊液壓起重繩，將推進(jìn)器可移動部分拉離擱架；緩慢拉升液壓起重繩并保持3條起重繩均勻受力，直到可移動部分移動至插座正下方指定位置。保持鎖緊銷在回位狀態(tài)，使用限位傳感器提升已進(jìn)入推進(jìn)器插座的可移動部分，緩慢上行直至可移動部分上部碰到限位傳感器。在確認(rèn)支撐管下部2個密封圈沒有破損后，可關(guān)閉進(jìn)氣閥，繼續(xù)提升可移動部分直至限位傳感器銷軸距法蘭高度為80 mm時，液壓起重繩絞車可剎車并將可移動部分保持在該位置，擰緊3個鎖緊銷，使其與支撐管軸肩充分接觸(當(dāng)鎖緊銷處于擰緊位置時，尺寸為(60±6) mm)，然后將供氣系統(tǒng)卸下并打開氣閥，完成可移動部分的船體安裝。

在安裝過程中要求：海床上放置擱架的位置應(yīng)盡可能平整，并確保50 t的承載能力；需特別注意每個○形圈的位置和狀態(tài)，確保沒有任何可見的損害跡象；確保在可移動部分上可卸下3個岸吊起重索；在提升過程中速度不大于0.5 m/min，并保持推進(jìn)器垂直。

2.2 舉升裝置及可移動部分的最終安裝

在進(jìn)行舉升裝置安裝前，需將可移動部分牢固地安裝在推進(jìn)器插座的鎖緊環(huán)環(huán)座上，從轉(zhuǎn)向齒輪箱上拆下頂蓋，同時卸下可移動部分防水罩上的栓塞和螺栓，重新安裝頂蓋，并使頂蓋上孔位對準(zhǔn)防水罩上卸下的螺栓孔，安裝固定，按照圖紙安裝舉升裝置，如圖3所示。使用液壓手動泵將液壓千斤頂從58.0 bar升壓至250.0 bar，從推進(jìn)器插座的觀察孔一直觀察可移動部分的位置，同時測量支撐管軸肩與法蘭面的距離，此距離與承壓環(huán)厚度(通常為15 mm)之差應(yīng)小于1 mm，表明舉升裝置安裝符合要求。

圖3 舉升裝置安裝

隨后進(jìn)行可移動部分最終安裝。重新擰緊3個鎖緊銷，并使其與支撐管軸肩充分接觸，卸下頂蓋。清除鎖緊環(huán)、插座法蘭面和支撐管凹槽內(nèi)的雜物和油脂等。先將承壓環(huán)放至插座的法蘭面上，然后將4段分開的彈性墊片放在承壓環(huán)上并塞入支撐管凹槽，然后將壓緊環(huán)放在彈性墊片上，安裝40個小螺母并使用樂泰243膠水固定，通過插座的觀察孔，旋轉(zhuǎn)壓緊環(huán)與彈性墊片的組合件，使壓緊環(huán)上頂推螺栓的位置避開液壓管連接接口位置，在鎖緊環(huán)上裝入頂推螺栓，待所有螺栓被手動擰緊后，使用扳手按照圖4所示的序號擰緊，4個螺栓為一組或一對一對緊固。在此過程中不允許使用氣動扳手進(jìn)行操作，當(dāng)緊固1次后，需按原順序重新緊固1次，直至所有頂推螺栓不再松動。然后松開所有頂推螺栓，去除上面的油脂，使用樂泰243膠水涂在螺紋上重新將螺栓擰緊，然后進(jìn)行標(biāo)示，以便日后能夠追蹤到哪些螺栓松動。輕輕拉住推進(jìn)器的可移動部分，使支撐管內(nèi)轉(zhuǎn)向傳動軸下沉7～10 mm，直至止動塊卡緊，卸下支撐管已失去作用的防水帽，完成可移動部分最終安裝。

圖4 螺栓緊固序號位置

2.3 轉(zhuǎn)舵轂安裝

使用吊索將轉(zhuǎn)舵轂移動至可移動部件上方，通過液壓集成塊上的手動操作閥旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)舵，使轉(zhuǎn)舵轂上的孔與轉(zhuǎn)向傳動軸上的孔正確對應(yīng)，每隔2個孔安裝1根長絲桿，共安裝8根長絲桿起導(dǎo)向定位作用，如圖5所示。

圖5 轉(zhuǎn)舵轂與轉(zhuǎn)向傳動軸

隨后將轉(zhuǎn)舵轂套到桿上，并使用舉升裝置將轉(zhuǎn)向傳動軸舉升至最終位置，先安裝轉(zhuǎn)舵轂和轉(zhuǎn)向傳動軸，再安裝轉(zhuǎn)舵轂和轉(zhuǎn)向齒輪盤。之后卸下提升管的起重繩和舉升裝置，將連接轉(zhuǎn)舵轂與轉(zhuǎn)向傳動軸的剩余未安裝螺栓緊固完畢。擰緊3個鎖緊銷，然后將每個插銷松1/4圈絲扣，用螺母鎖緊，然后涂油和裝帽，連接所有的標(biāo)準(zhǔn)法蘭，在插座上安裝反扭力桿進(jìn)行定位支撐，同時這個支撐需固定在支撐管外壁上，防止其與轉(zhuǎn)向傳動軸一起旋轉(zhuǎn)，最終完成轉(zhuǎn)舵轂安裝。

3 推進(jìn)器電動機和浮軸安裝工藝

在完成推進(jìn)器水下安裝后，就可進(jìn)行電動機和浮軸安裝。推進(jìn)器的電動機和浮軸安裝工藝主要包括推進(jìn)器電動機安裝的前后處理以及電動機法蘭、齒輪聯(lián)軸器軸轂、扭力阻尼器和軸管的安裝。

推進(jìn)器的電動機和浮軸安裝所需工具除水下安裝工具外，還應(yīng)配有激光器、鋼絲、2 t鏈條滑車，以及廠家提供的固定裝置和軸管起重工裝等。

3.1 推進(jìn)器電動機安裝

推進(jìn)器電動機的具體參數(shù)如表2所示。

表2 推進(jìn)器電動機參數(shù)

在安裝推進(jìn)器電動機前，必須確認(rèn)推進(jìn)器的水下安裝已經(jīng)完成，然后使用石油、石油醚或類似溶劑及清潔劑仔細(xì)從機加工表面和其他小零件(螺栓、螺母、楔塊、導(dǎo)向鍵和定位銷等)上去除防蝕劑，需確保清潔劑或溶劑不會接觸設(shè)備油漆表面，隨后應(yīng)立即安裝電動機。首先，使用合適的溶劑軟化機加工表面的防銹劑，再使用約10 cm×10 cm×1 cm硬木塊去除軟化的防銹劑，注意不要刮傷保護(hù)層，然后在保護(hù)層表面輕輕刷上一層油。使用激光器定位電動機軸中心線，安裝電動機至對應(yīng)區(qū)域，同時調(diào)整電動機高度和位置，按照供應(yīng)商的工藝要求填充環(huán)氧樹脂，等待48 h后緊固電動機和基座的螺栓，完成推進(jìn)器電動機安裝。

3.2 推進(jìn)器浮軸安裝

推進(jìn)器浮軸可分為4部分，如圖6所示。安裝過程可分為電動機法蘭安裝、齒輪聯(lián)軸器軸轂安裝、扭力阻尼器安裝和軸管安裝。

圖6 浮軸的組成

在電動機法蘭安裝過程中，安裝電動機側(cè)軸轂需要過盈配合，從軸轂上卸下所有的旋塞，將軸轂加熱至280～320 ℃，將軸轂推到電動機軸上，軸轂的上表面必須推至軸肩位置，隨后擰緊軸轂上所有旋塞，完成安裝。

在齒輪聯(lián)軸器軸轂安裝過程中，先使用相同的潤滑油來潤滑齒輪聯(lián)軸器和軸轂上的齒，然后旋轉(zhuǎn)軸轂直至其與齒輪聯(lián)軸器嚙合，將軸轂套在齒輪聯(lián)軸器上，直至軸轂下齒面與齒輪聯(lián)軸器軸肩面貼合，隨后將○形圈放入齒輪聯(lián)軸器的軸轂，用適當(dāng)?shù)亩松w保護(hù)齒輪聯(lián)軸器，防止雜物進(jìn)入，完成安裝。

在扭力阻尼器安裝過程中，從扭力阻尼器橡膠元件的右邊卸下2個對稱位置的螺栓和墊片，在此位置安裝2個定位銷軸，將其對準(zhǔn)軸轂上的孔，緩慢提升扭力阻尼器，將定位銷軸插入軸轂上的對應(yīng)孔中，繼續(xù)緩慢提升扭力阻尼器，將扭力阻尼器中心軸插入軸轂的中心支撐，當(dāng)螺栓頭部上表面與軸轂法蘭盤上表面距離達(dá)55(+2) mm時停止，如圖7所示。此時使用廠家提供的固定裝置進(jìn)行固定，卸下固定裝置絲桿底部的螺母和墊片，將固定裝置從扭力阻尼器橡膠元件右側(cè)與其平行的2個孔位插入剎車片中，直至固定裝置插入中間2個頂絲頂?shù)捷S轂上法蘭面為止，然后在中心線對稱的另一側(cè)放置同樣的固定裝置進(jìn)行上述操作，之后重新安裝絲桿底部的螺母和墊片，將絲桿頂部的螺母和墊片擰至剎車片上，此時剎車片兩側(cè)的螺母需對擰緊固，完成扭力阻尼器安裝。

圖7 扭力阻尼器安裝

在軸管安裝過程中，需提前準(zhǔn)備軸管的起重工裝，松開工裝兩側(cè)的螺栓和螺母，使直角支架高度可調(diào)節(jié)，將工裝放入軸管的2個法蘭盤之間，對準(zhǔn)工裝相應(yīng)的安裝孔位，調(diào)整工裝側(cè)面的高度并進(jìn)行固定，重復(fù)此步驟，直至另一側(cè)工裝也安裝至軸管上。然后卸下齒輪聯(lián)軸器軸轂保護(hù)端蓋，保證接合器端向下，在保持兩側(cè)起重工裝均勻受力的情況下，緩慢下放軸管直至接合器接觸到齒輪聯(lián)軸器上部的法蘭，將齒輪聯(lián)軸器軸轂拉至軸管的中心處，將軸管固定在扭力阻尼器上，將圓環(huán)法蘭塞入軸管上部法蘭與剎車片之間，將軸管上部法蘭和圓環(huán)法蘭固定至剎車片上。隨后卸下起重工裝，再從中間部位開始移除軸管上的保護(hù)層，降低扭力阻尼器剎車片高度，卸下扭力阻尼器上的固定裝置，進(jìn)行軸管與扭力阻尼器之間的連接，再對軸管下部法蘭與齒輪聯(lián)軸器軸轂法蘭進(jìn)行最終固定，然后在齒輪聯(lián)軸器內(nèi)注入規(guī)格書中要求的潤滑油，完成軸管安裝。

4 安裝工藝的創(chuàng)新性及先進(jìn)性

鉆井平臺推進(jìn)器系統(tǒng)的安裝工藝是在綜合人力、物力等成本因素的基礎(chǔ)上結(jié)合施工場地和碼頭現(xiàn)狀的一種新型安裝工藝，能夠節(jié)約安裝時間并降低安裝成本，安裝工藝中的舷內(nèi)部分安裝、水下安裝、電動機和浮軸安裝均具有一定的創(chuàng)新性和先進(jìn)性。

在舷內(nèi)部分安裝過程中，對整體過程的安裝程序進(jìn)行優(yōu)化，對相關(guān)要求進(jìn)行說明和限定。確保焊接工藝使基座發(fā)生最小的形變，通過采用虛擬檢測桿確定插座的圓度、基座與插座安裝面不涂漆、基座底面涂船殼漆等方法保證推進(jìn)器基座、底蓋、頂蓋和轉(zhuǎn)舵裝置的安裝質(zhì)量和使用壽命。

在水下安裝過程中，確保推進(jìn)器的提升安裝過程不會影響或中斷該平臺其他生產(chǎn)項目的工作，同時防止鉆井平臺移動對其表面油漆的破壞；整個安裝過程可在船廠碼頭進(jìn)行并完成，作業(yè)風(fēng)險的可控性大幅提升；在安裝過程中采用液壓設(shè)備可提高作業(yè)進(jìn)度和效率，有利于推進(jìn)器的精準(zhǔn)調(diào)整定位；在提升過程中不需要租用拖帶浮式起重機的拖船，需要的人員也有所減少。

在電動機和浮軸安裝過程中，對安裝過程的偏差進(jìn)行相應(yīng)的控制，防止各種事故的出現(xiàn)；提供推進(jìn)器電動機防蝕劑去除、防銹劑軟化、電動機位置調(diào)整的方法；對推進(jìn)器電動機和浮軸安裝的檢查過程及安裝程序進(jìn)行調(diào)整、改進(jìn)和優(yōu)化，保證設(shè)備的安裝工藝完全符合安裝質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求。

5 結(jié) 論

介紹新型鉆井平臺推進(jìn)器系統(tǒng)的安裝工藝。該工藝具有高效性、先進(jìn)性和創(chuàng)新性，可分為舷內(nèi)部分安裝、水下安裝、電動機和浮軸安裝等3個階段。重新梳理、改進(jìn)和優(yōu)化推進(jìn)器系統(tǒng)安裝工藝。在符合船級社要求的前提下，減低安裝難度，提升安裝精準(zhǔn)度，同時充分合理利用船體結(jié)構(gòu)空間和吊裝設(shè)備能力，使整個安裝過程可順利進(jìn)行。這種新型安裝工藝可節(jié)省大量安裝時間并降低成本，有利于鉆井平臺的提前交付，同時能夠提高海工裝備的安全性和舒適性，對我國海工平臺的設(shè)計、安裝、制造和維護(hù)水平的提高有著重要的意義。