趙鑫磊

（海洋石油工程（青島）有限公司，山東 青島 266520）

本文介紹的主軸承應(yīng)用于內(nèi)轉(zhuǎn)塔單點(diǎn)系泊系統(tǒng)，該單點(diǎn)系泊系統(tǒng)為單軸承底部固定式內(nèi)轉(zhuǎn)塔結(jié)構(gòu)，該設(shè)計(jì)形式可允許FPSO 圍繞固定在海底的錨鏈被動地做風(fēng)向標(biāo)運(yùn)動，內(nèi)轉(zhuǎn)塔單點(diǎn)系泊系統(tǒng)可劃分為固定部分和旋轉(zhuǎn)部分，其中固定部分由錨鏈固定于海底，旋轉(zhuǎn)部分則與FPSO 一起圍繞固定部分旋轉(zhuǎn)。主軸承作為使固定部分和旋轉(zhuǎn)部分相互結(jié)合以實(shí)現(xiàn)風(fēng)向標(biāo)效應(yīng)的關(guān)鍵設(shè)備，重要性不言而喻，主軸承的安裝工作位于工程項(xiàng)目建造的關(guān)鍵路徑上，安裝持續(xù)時間較長，影響到項(xiàng)目的整體施工工期和施工質(zhì)量，有必要對主軸承的安裝要點(diǎn)進(jìn)行分析研究，以實(shí)現(xiàn)主軸承的高精度高質(zhì)量安裝。

1 主軸承的組成

主軸承的構(gòu)造特點(diǎn)和安裝工藝與常規(guī)的海洋工程設(shè)備區(qū)別較大，必須在熟悉內(nèi)轉(zhuǎn)塔單點(diǎn)系泊系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的前提下，了解主軸承各部分與結(jié)構(gòu)之間的裝配關(guān)系，才能明確主軸承安裝的要點(diǎn)和風(fēng)險點(diǎn)，開發(fā)專門的安裝工藝，優(yōu)化施工流程，減小施工風(fēng)險。

內(nèi)轉(zhuǎn)塔單點(diǎn)系泊系統(tǒng)所采用的主軸承是一種三列滾柱軸承，主要由下內(nèi)圈、上內(nèi)圈、上外圈、下外圈、上密封環(huán)、下密封環(huán)、第一滾子、第二滾子、第三滾子組成，是一種能夠同時承受較大的軸向載荷、徑向載荷和傾覆力矩等綜合載荷的特殊結(jié)構(gòu)形式的大型軸承，其性能穩(wěn)定可靠，便于維護(hù)保養(yǎng)，在單點(diǎn)系泊系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。受限于鍛造件的尺寸，三列滾柱軸承直徑通常為10m 以內(nèi)，該主軸承的直徑7800mm，高度395mm，本體重量33t，組裝之后總重量約43t。

內(nèi)轉(zhuǎn)塔單點(diǎn)系泊系統(tǒng)由塔架、管匯平臺、下塔體組成，其中下塔體又細(xì)分為中塔體、軸承支撐結(jié)構(gòu)、錨鏈盤三部分，主軸承的內(nèi)圈、外圈與錨鏈盤、軸承支撐結(jié)構(gòu)之間的裝配關(guān)系尤為復(fù)雜，錨鏈盤上部中間是鑄件，主軸承的內(nèi)圈通過90 套M90 的螺栓固定于此鑄件上，而主軸承的外圈通過72 套M80 的螺栓固定于軸承支撐結(jié)構(gòu)上。通過主軸承，軸承支撐結(jié)構(gòu)與錨鏈盤裝配在一起，實(shí)現(xiàn)連接與相對轉(zhuǎn)動。軸承支撐結(jié)構(gòu)與FPSO 船體的月池進(jìn)行焊接，屬于旋轉(zhuǎn)部分，而錨鏈盤屬于固定部分。各組成部分及裝配如圖1 所示。

圖1 主軸承裝配爆炸視圖

2 主軸承安裝要點(diǎn)

主軸承安裝前的機(jī)加工工作非常重要，機(jī)加工精度是決定主軸承安裝質(zhì)量的關(guān)鍵要點(diǎn)，該項(xiàng)工作需要使用特殊定制的機(jī)加工設(shè)備完成。主軸承安裝時，需要先將主軸承放置到軸承支撐結(jié)構(gòu)上，再將主軸承與軸承支撐結(jié)構(gòu)一起吊裝到錨鏈盤上。主軸承的安裝工作與單點(diǎn)整體結(jié)構(gòu)的施工交叉進(jìn)行，工藝流程較為復(fù)雜，各項(xiàng)工作必須提前梳理準(zhǔn)備。

2.1 主軸承安裝前的機(jī)加工工作

待軸承支撐結(jié)構(gòu)和錨鏈盤預(yù)制完成，尺寸控制精度滿足要求之后，需要進(jìn)行軸承支撐結(jié)構(gòu)和錨鏈盤上部鑄件的機(jī)加工工作，主要包括主軸承結(jié)構(gòu)配合面的銑平和螺栓孔的鉆孔攻絲，機(jī)加工設(shè)備現(xiàn)場組裝，設(shè)備懸臂尺寸可根據(jù)被加工件的直徑進(jìn)行調(diào)整，需現(xiàn)場搭設(shè)臨時結(jié)構(gòu)平臺，居中定位放置機(jī)加工設(shè)備，以主軸承內(nèi)圈固定的錨鏈盤上部鑄件為例，機(jī)加工精度要求非常高，其機(jī)加工要求為，螺栓孔的位置度公差?0.7，延伸公差帶750。螺栓孔上表面處的垂直度公差0.5，平面度公差0.3/180°，位置度公差5，表面粗糙度3.2。以上單位均為mm。如圖2 所示為錨鏈盤上部鑄件機(jī)加工現(xiàn)場照片。

圖2 錨鏈盤上部鑄件機(jī)加工

軸承支撐結(jié)構(gòu)和錨鏈盤上部鑄件的機(jī)加工工作完成之后，需要核查機(jī)加工精度是否滿足要求，之后開展主軸承的安裝工作。

2.2 主軸承安裝前的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作

主軸承安裝前的常規(guī)準(zhǔn)備工作包括氣源、電源的供應(yīng)檢查，工作區(qū)域通道及腳手架的搭設(shè)等。主軸承到達(dá)建造場地之后應(yīng)按照要求進(jìn)行存儲和維護(hù)保養(yǎng)。安裝之前要進(jìn)行外觀檢查，確保配合面和螺栓孔保持清潔，無任何污物或損傷。

主軸承的方位必須在安裝前進(jìn)行確認(rèn)和標(biāo)識，軸承支撐結(jié)構(gòu)、錨鏈盤以及主軸承螺栓孔均在180°位置做好標(biāo)記，此標(biāo)記作為整個安裝方位的確認(rèn)標(biāo)識。主軸承內(nèi)外圈淬火軟帶區(qū)的端面上均標(biāo)記“S”，安裝時應(yīng)識別確認(rèn)使軟帶區(qū)置于非負(fù)荷區(qū)或非經(jīng)常負(fù)荷區(qū)。

主軸承外圈和內(nèi)圈的螺栓拉伸工作是主軸承安裝的關(guān)鍵要點(diǎn)，耗時較長，制約項(xiàng)目整體工期，在安裝準(zhǔn)備階段需要進(jìn)行整套螺栓拉伸工具的調(diào)試試用，提前排查問題消除隱患。主軸承上的M90 和M80螺栓應(yīng)進(jìn)行校準(zhǔn)，確定最終要應(yīng)用的拉應(yīng)力。準(zhǔn)備主軸承內(nèi)圈和外圈的螺栓拉伸次序表。

主軸承安裝前需要準(zhǔn)備的專用的工機(jī)具和材料清單如表1 所示。

表1 主要工機(jī)具和材料清單

2.3 主軸承與軸承支撐結(jié)構(gòu)的集成安裝

主軸承上方的內(nèi)墊圈和外墊圈一般散裝到貨，需要在建造場地組裝到主軸承上。安裝4 個吊環(huán)螺栓到專用于吊裝的主軸承外圈螺栓孔上，連接鋼絲繩，吊裝主軸承將其放置到臨時支撐上，然后安裝位于主軸承外圈底部的O 型密封圈，密封圈安裝前涂抹MOLYKOTE 111 潤滑脂，潤滑脂可以將密封圈粘接固定于底部凹槽內(nèi)，確保每一次主軸承吊裝移動位置時O 型密封圈不從凹槽內(nèi)跳脫出來。核查軸承支撐結(jié)構(gòu)是否水平，如有必要，需調(diào)整水平度，將主軸承帶著O 型密封圈一起吊裝到軸承支撐結(jié)構(gòu)上。之后分別吊裝內(nèi)墊圈和外墊圈到主軸承上方進(jìn)行組裝，吊裝時為避免干涉碰撞，提高組對的效率和精度，需要使用導(dǎo)向工裝。

對主軸承外圈72 套M80 螺栓進(jìn)行第一次螺栓拉伸工作，每一套螺栓都需要進(jìn)行編號，涂抹MOLYKOTE 1000 潤滑油脂，準(zhǔn)備螺栓拉伸次序表，標(biāo)記十字交叉次序，按照50%最終拉應(yīng)力數(shù)值十字交叉次序進(jìn)行螺栓拉伸緊固，此項(xiàng)操作應(yīng)記錄并提交業(yè)主確認(rèn)。

用螺栓將防塵密封墊連接固定于主軸承上方內(nèi)墊圈上。在主軸承、軸承支撐結(jié)構(gòu)與錨鏈盤集成安裝之前需安裝主軸承底部內(nèi)圈的O 型密封圈。

2.4 主軸承、軸承支撐結(jié)構(gòu)與錨鏈盤的集成安裝

主軸承、軸承支撐結(jié)構(gòu)與錨鏈盤的集成安裝是主軸承安裝過程中風(fēng)險較大的關(guān)鍵施工環(huán)節(jié)，軸承支撐結(jié)構(gòu)與錨鏈盤插入組對部分為椎筒結(jié)構(gòu)，集成安裝后兩結(jié)構(gòu)之間的設(shè)計(jì)理論間隙僅100mm，如圖3 所示。由于大直徑椎筒結(jié)構(gòu)的尺寸精度要求極高而且很難控制，需提前將錨鏈盤、軸承支撐結(jié)構(gòu)的尺寸控制報告集合到一起對比核查，并運(yùn)用三維仿真手段模擬安裝過程，以確保安裝時不發(fā)生干涉碰撞。

圖3 軸承支撐結(jié)構(gòu)與錨鏈盤之間間隙示意圖

集成安裝之前，錨鏈盤應(yīng)放置于結(jié)構(gòu)支撐上并保持水平，導(dǎo)向工裝安裝到錨鏈盤上，將主軸承、軸承支撐結(jié)構(gòu)吊裝到錨鏈盤的正上方，緩慢下放，使用管道內(nèi)窺鏡觀察主軸承底部并確認(rèn)O 型密封圈完好固定在凹槽內(nèi)。如圖4 所示，監(jiān)測軸承支撐結(jié)構(gòu)與錨鏈盤之間是否干涉，下放過程中注意識別安裝的方位標(biāo)記，時刻觀察主軸承螺栓孔與導(dǎo)向工裝的位置，旋轉(zhuǎn)移動軸承支撐結(jié)構(gòu)，使導(dǎo)向工裝緩緩進(jìn)入到螺栓孔內(nèi)，并逐漸落下，直至最終就位。

圖4 主軸承、軸承支撐結(jié)構(gòu)與錨鏈盤集成安裝示意圖

主軸承、軸承支撐結(jié)構(gòu)放置到錨鏈盤上后，需要完成全部的螺栓拉伸工作，其中90 套M90 的主軸承內(nèi)圈螺栓，需使用4 套螺栓拉伸器按照螺栓拉伸次序表依次執(zhí)行四輪螺栓拉伸工作，按照50%最終拉應(yīng)力數(shù)值十字交叉次序螺栓拉伸，按照100%最終拉應(yīng)力數(shù)值十字交叉次序螺栓拉伸，按照100%最終拉應(yīng)力數(shù)值常規(guī)線性次序螺栓拉伸，24h 后按照100%最終拉應(yīng)力數(shù)值常規(guī)線性次序螺栓拉伸。此項(xiàng)操作應(yīng)記錄并提交業(yè)主確認(rèn)。

主軸承外圈之前已經(jīng)進(jìn)行了一次50%最終拉應(yīng)力數(shù)值十字交叉次序螺栓拉伸，還需要執(zhí)行三輪螺栓拉伸工作，依次為，按照100%最終拉應(yīng)力數(shù)值十字交叉次序螺栓拉伸，按照100%最終拉應(yīng)力數(shù)值常規(guī)線性次序螺栓拉伸，24h 后按照100%最終拉應(yīng)力數(shù)值常規(guī)線性次序螺栓拉伸。此項(xiàng)操作應(yīng)記錄并提交業(yè)主確認(rèn)。

以上安裝工藝中，主軸承、軸承支撐結(jié)構(gòu)吊裝之前主軸承外圈螺栓只進(jìn)行一輪螺栓拉伸，吊裝之后再進(jìn)行三輪螺栓拉伸，這三輪螺栓拉伸位于整個單點(diǎn)系泊系統(tǒng)下塔體建造集成的關(guān)鍵路徑上，直接制約整體工期。為此在安裝工藝實(shí)施時優(yōu)化了工藝流程，將主軸承外圈之后的三輪螺栓拉伸提前至主軸承、軸承支撐結(jié)構(gòu)吊裝之前進(jìn)行，待主軸承、軸承支撐結(jié)構(gòu)與錨鏈盤集成之后再執(zhí)行一輪螺栓拉伸，工藝優(yōu)化之后可以縮短約一周的項(xiàng)目工期。

螺栓拉伸完成后涂抹MOLYKOTE W2 油脂進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，并安裝螺帽保護(hù)。

2.5 環(huán)氧樹脂澆注

主軸承內(nèi)外兩側(cè)與結(jié)構(gòu)之間的間隙需澆注環(huán)氧樹脂，如圖5 所示，環(huán)氧樹脂用于主軸承的固定，并防止腐蝕性介質(zhì)進(jìn)入損壞支撐配合面。該項(xiàng)工作在單點(diǎn)系泊系統(tǒng)集成進(jìn)入到FPSO 船體月池后進(jìn)行。環(huán)氧樹脂選用CHOKEFAST ORANGE PR-610 TCF，澆注高度為50mm，環(huán)氧樹脂澆注前，主軸承與配合面的交界縫隙處需填充密封膠，管路、泄漏口、注油口以及排放口應(yīng)隔離保護(hù)，以免環(huán)氧樹脂滲漏進(jìn)入。環(huán)氧樹脂澆注表面進(jìn)行去污清潔，標(biāo)記澆注高度，采用重力式自然澆注法進(jìn)行澆注，環(huán)氧樹脂應(yīng)按照要求取樣并做壓縮強(qiáng)度測試。

圖5 主軸承內(nèi)外兩側(cè)澆注環(huán)氧樹脂

環(huán)氧樹脂澆注完成后，在主軸承內(nèi)側(cè)與錨鏈盤結(jié)構(gòu)間環(huán)氧樹脂上方填充泡沫材料和密封膠進(jìn)行封堵。安裝主軸承在船體一側(cè)和軸承支撐結(jié)構(gòu)一側(cè)的注油管線，安裝主軸承潤滑系統(tǒng)附屬設(shè)備及管線。在主軸承安裝整個施工周期內(nèi)都要注意主軸承的維護(hù)保養(yǎng)，避免水、灰塵或污物進(jìn)入系統(tǒng)的任何部位。

3 總結(jié)

本文介紹了單點(diǎn)系泊系統(tǒng)主軸承的組成、裝配關(guān)系以及集成安裝的技術(shù)要點(diǎn)，通過詳細(xì)闡述主軸承安裝整個流程，明確了安裝過程中的關(guān)鍵注意事項(xiàng)和風(fēng)險點(diǎn)，提出了優(yōu)化安裝工藝的具體思路，可為今后單點(diǎn)系泊系統(tǒng)主軸承安裝工作提供借鑒，以降低施工風(fēng)險，優(yōu)化施工流程，提高施工質(zhì)量。