王懷剛，鮑學(xué)榮

(南通振華重型裝備制造有限公司，江蘇 南通 226000)

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SUPER M2自升式鉆井平臺(tái)上建模塊建造技術(shù)

王懷剛，鮑學(xué)榮

(南通振華重型裝備制造有限公司，江蘇 南通 226000)

由于相關(guān)舾裝、內(nèi)裝對(duì)SUPER M2自升式鉆井平臺(tái)上建模塊的尺寸精度要求嚴(yán)格，因而為防止結(jié)構(gòu)變形，建造時(shí)可通過(guò)優(yōu)化上建分段制作過(guò)程工藝、建造精度控制工藝、吊裝工藝等，并借助有限元強(qiáng)度分析,合理布置吊裝位置，加強(qiáng)精度管理，從而最終實(shí)現(xiàn)精益建造。

自升式鉆井平臺(tái);上層建筑;平臺(tái)工藝;加工精度

0　引言

SUPER M2自升式鉆井平臺(tái)上建模塊主要功能是滿足平臺(tái)工作人員生活、休息。由于相關(guān)舾裝、內(nèi)裝對(duì)上建的尺寸精度要求嚴(yán)格，同時(shí)其建造質(zhì)量直接影響整個(gè)平臺(tái)的搭載效果，所以上建模塊的建造精度要求高，防變形難度大。為克服這些難點(diǎn)，必須優(yōu)化工藝建造方法，合理布置吊裝位置，加強(qiáng)精度管理，從而最終實(shí)現(xiàn)精益建造。

1　鉆井平臺(tái)主要量度及組成

SUPER M2自升式鉆井平臺(tái)總長(zhǎng)59.74 m，型寬55.78 m，型深7.62 m，結(jié)構(gòu)吃水4.8 m，樁腿總長(zhǎng)125.28 m，懸臂梁最大外伸距離17.526 m，平臺(tái)最大作業(yè)水深91.44 m，平臺(tái)最大鉆深9 144 m，載員110人。該鉆井平臺(tái)主要由主船體、樁腿、樁靴、抬升裝置、上層建筑、克令吊、鉆井系統(tǒng)、懸臂梁等組成，其外形如圖1所示。

圖1　SUPER M2自升式鉆井平臺(tái)

2　上建分段制作過(guò)程工藝

2.1上建制作流程

根據(jù)上建結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本文以其中一層段為例介紹其建造技術(shù)，分段建造完畢后在重型車間完成總段中合攏。上建分段根據(jù)工藝建造方法可分為：首先將零件下料、加工，其次T型材強(qiáng)力部件及板片的小組件制作，接著胎架上完成部件、組件的組立，最終在重型車間完成中組立。

小組件制作如圖2所示。

圖2　小組件制作

2.2上建制作過(guò)程管理

為保證大拼板的T型材小組階段腹板截面的平整度，防止截面有斜坡的現(xiàn)象，腹板、面板裝配時(shí)在面板上劃線定位并放置于水平，腹板站立，雙面平角焊接，雙面可同時(shí)施焊。

由于上建分段甲板以及壁板板薄，加上分段整體尺寸大，材料易變形，所以上建制作工藝從縱橫壁板下料、加工開(kāi)始，必須嚴(yán)格控制零件的尺寸精度以及加工要求，加強(qiáng)制作過(guò)程控制管理，從而最終保證甲板、縱橫壁板的尺寸。具體方法為：

(1)通過(guò)調(diào)整下料平臺(tái)的平整度，同時(shí)下料前的精度測(cè)量十分必要。

(2)切割時(shí)加放補(bǔ)償量，確保大拼板的下料尺寸，拼板焊接過(guò)程中注意最終的累積誤差。

(3)考慮焊接收縮，嚴(yán)格控制焊接電流、電壓、焊接速度等熱輸入?yún)?shù)。

(4)大拼板定位裝配完成后、焊接前，測(cè)量大拼板的外形主尺度，焊接結(jié)束后需要測(cè)量，對(duì)比前后收縮量，加以統(tǒng)計(jì)整理。

2.3上建模塊合攏工藝

總段預(yù)裝結(jié)束后，總段外圍壁的定位基準(zhǔn)必須在加強(qiáng)構(gòu)件及定位裝置等均已完工，同時(shí)考慮移位、翻身吊裝分段產(chǎn)生的變形程度，在每層前、后圍壁下緣高500 mm處作檢驗(yàn)線。吊裝前為直線，吊裝后測(cè)量其下?lián)隙?，并記錄。上建裝配偏差要求，四角水平度±10 mm，定位高度0～+6 mm，分段長(zhǎng)度高度±4 mm，分段對(duì)正度≤t/3(t為板厚)。

3　上建分段建造精度控制工藝

3.1分段精度過(guò)程分析

上建分段的精度質(zhì)量誤差來(lái)源于分段建造、轉(zhuǎn)運(yùn)吊裝諸多工藝環(huán)節(jié)，各個(gè)環(huán)節(jié)的誤差經(jīng)過(guò)耦合、傳遞和積累構(gòu)成了最終上建分段的建造積累精度誤差，然后再進(jìn)一步影響整個(gè)平臺(tái)建造精度。船體分段精度質(zhì)量偏差主要來(lái)源為：零部件切割誤差、部件裝配誤差、焊接變形誤差、劃線誤差、轉(zhuǎn)運(yùn)變形誤差、測(cè)量誤差、操作誤差等。上建分段建造過(guò)程誤差積累圖如圖3所示。

圖3　上建分段建造過(guò)程誤差積累

船體分段精度控制是一項(xiàng)系統(tǒng)性工作。國(guó)外有的平臺(tái)分段無(wú)余量搭載合攏比例已達(dá)到90%以上，而國(guó)內(nèi)噸位較大、平行體較長(zhǎng)、方形系數(shù)較大的船舶也只能達(dá)到85%，因而必須研究如何擴(kuò)大分段無(wú)余量合攏的比例，進(jìn)而提高現(xiàn)代總裝建造效益、降低企業(yè)生產(chǎn)成本、縮短建造周期。擴(kuò)大無(wú)余量建造比例，關(guān)鍵在于控制好船體分段的精度質(zhì)量。目前階段通過(guò)加放焊接或裝配余量、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)配切割、火工校正等手段來(lái)達(dá)到船體分段精度質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，這樣容易造成大量的返工和材料浪費(fèi)，增加額外工時(shí)耗費(fèi)，占用大量的吊車、焊機(jī)、工裝、場(chǎng)地等資源，致使制造成本較高，建造效率無(wú)法進(jìn)一步提高。

3.2上建精度過(guò)程控制

(1)提高上建分段制作過(guò)程質(zhì)量控制，從上建分段零件切割下料開(kāi)始，采取質(zhì)量跟蹤實(shí)名制，嚴(yán)格按照工藝技術(shù)要求，合理確定數(shù)控切割、加工機(jī)器的工作參數(shù)，并記錄每個(gè)零件的實(shí)際尺寸，特別是大尺寸壁板、T型材腹板、面板。

(2)控制小組件、艙壁拼板的精度制造，出現(xiàn)尺寸精度問(wèn)題及時(shí)火工校正，嚴(yán)禁組件的亂堆壓現(xiàn)象的發(fā)生，按照工藝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

(3)保證橫梁、肋骨的劃線定位精度尺寸，壁板劃線前后的安裝。

(4)按照測(cè)量模型嚴(yán)格測(cè)量尺寸數(shù)據(jù)，對(duì)每個(gè)分段的合攏口開(kāi)檔尺寸進(jìn)行測(cè)量對(duì)比，并做好記錄工作。

(5)上下合攏分段合攏口處、每個(gè)艙的開(kāi)口精度控制人員必須嚴(yán)格測(cè)量并將數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)成表，對(duì)比上下合攏口數(shù)據(jù)，分析總結(jié)分段易變形區(qū)域，相應(yīng)采取校正、加強(qiáng)措施。

(6)利用全站儀的測(cè)量?jī)?yōu)勢(shì)，根據(jù)合攏精度要求，研究并確定總組精度控制點(diǎn)的位置和理論三維尺寸測(cè)量表，實(shí)現(xiàn)測(cè)量的偏差直接填入檢驗(yàn)表中，這樣細(xì)化了測(cè)量人員對(duì)測(cè)量點(diǎn)的概念，也明顯降低了測(cè)量人員的技能要求，對(duì)后續(xù)數(shù)據(jù)分析提供了完善的數(shù)據(jù)保障。

4　上建分段吊裝工藝

4.1上建分段局部加強(qiáng)

根據(jù)強(qiáng)度分布及實(shí)際變形，合理安排相應(yīng)工藝加強(qiáng)，防止和減少上建分段變形。若出現(xiàn)局部變形，可采用矯正校直工藝。在上建建造的全過(guò)程中，測(cè)量人員進(jìn)行精度檢查，對(duì)零件、拼板、組件進(jìn)行尺寸檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后及時(shí)采取措施。通過(guò)有限元分段強(qiáng)度分析，計(jì)算得到的重心位置以及分段結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，預(yù)先發(fā)現(xiàn)吊裝過(guò)程中可能出現(xiàn)的變形問(wèn)題。以807S段為例，當(dāng)分段傾斜60°時(shí)，其結(jié)構(gòu)位移如圖4所示。

圖4　上建分段局部變形有限元分析

為了防止和最大限度減小開(kāi)口變形以及分段整體扭曲，在開(kāi)口位置做槽鋼加強(qiáng)。

針對(duì)有限元分析，當(dāng)分段吊裝傾斜60°時(shí)，上建分段彎角內(nèi)壁位置處， 受到很大的集中應(yīng)力，容易造成壁板隆起變形，因此采取等間距布置肘板加強(qiáng)材工藝，從而防止角隅處變形。

根據(jù)平臺(tái)的整體受力，上建分段甲板要求保證一定的強(qiáng)度，在壁板上要安裝加強(qiáng)筋。甲板由縱骨、橫梁結(jié)構(gòu)組成板架結(jié)構(gòu)，可有效增強(qiáng)抗彎曲能力，確保定位的固定工藝材的強(qiáng)度。為防止和減少后續(xù)吊裝、合攏過(guò)程中出現(xiàn)變形，采用16號(hào)槽鋼進(jìn)行加強(qiáng)。施工時(shí)槽鋼既要保證連續(xù)，又要保證與大拼板骨材布置方向的垂直。槽鋼的一面腹板與大拼板如圖5所示布置，并采用雙面間斷焊接，間斷500 mm，焊道長(zhǎng)500 mm，焊角5 mm左右。

圖5　合攏口工藝加強(qiáng)布置

4.2懸空通道總段車間下胎吊裝轉(zhuǎn)運(yùn)

4.2.1懸空通道總段脫胎吊裝

懸空通道總段在車間完成預(yù)合攏之后進(jìn)行脫胎，在其脫胎吊裝前為消除因兩翼分段重量集中可能會(huì)引起大幅度下?lián)献冃蔚囊蓱]，進(jìn)行了吊裝有限元計(jì)算。懸空通道總段吊裝位移云和板單元應(yīng)力云分別如圖6、圖7所示。經(jīng)數(shù)據(jù)分析，使用車間1臺(tái)75 t+75 t行車與1臺(tái)150 t+50 t行車協(xié)作進(jìn)行吊裝懸空通道總段吊裝，變形量在標(biāo)準(zhǔn)許可范圍內(nèi)。

圖6　懸空通道總段吊裝位移云

圖7　懸空通道總段吊裝板單元應(yīng)力云

4.2.2懸空通道總段轉(zhuǎn)運(yùn)

由于懸空通道總段猶如橋型的外形致使其重心較高，所以總段轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)在考慮其安全平穩(wěn)的同時(shí)，還要兼顧將其順利移出車間。實(shí)際吊運(yùn)總段時(shí)采用1臺(tái)200 t平板車與1架轉(zhuǎn)運(yùn)平臺(tái)來(lái)實(shí)施。實(shí)施過(guò)程如下：

(1)考慮到總段吊裝至轉(zhuǎn)運(yùn)平臺(tái)后，平板車將無(wú)法進(jìn)入轉(zhuǎn)運(yùn)平臺(tái)的情況，需先讓平板車開(kāi)入轉(zhuǎn)運(yùn)平臺(tái)下方。

(2)為保證平板車在頂起分段轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中兩翼的承載分段的下口能與地面保持一定的距離而不發(fā)生碰觸，經(jīng)過(guò)嚴(yán)密計(jì)算后，在胎架上布置1.5 m高圓筒胎架最為合適。

(3)為能使總段的自身重量能均勻分布至各支撐點(diǎn)，結(jié)合總段的自身結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)運(yùn)平臺(tái)的特點(diǎn)，確定在其對(duì)應(yīng)的強(qiáng)檔處布置10只圓筒胎架。圓筒胎架布置的位置需預(yù)先在轉(zhuǎn)運(yùn)平臺(tái)上定位，再將總段下落于上方。

4.3懸空通道外場(chǎng)吊裝合攏

轉(zhuǎn)運(yùn)至外場(chǎng)搭載現(xiàn)場(chǎng)后進(jìn)行外場(chǎng)合攏吊裝，其吊裝布置如圖8所示。使用龍門(mén)吊上小車5的2只450 t吊鉤與下小車450 t吊鉤配合100 t吊梁進(jìn)行外場(chǎng)搭載吊裝。該吊裝方案在合攏搭載時(shí)可以進(jìn)行左右舷方向以及艏艉方向上的微調(diào)，解決了合攏搭載時(shí)定位難的難題。

圖8　懸空通道外場(chǎng)合攏搭載吊裝布置

4.4懸空通道合攏對(duì)接

總段吊運(yùn)至上建合攏處，利用該吊裝方案的前后左右可調(diào)優(yōu)勢(shì)進(jìn)行合攏定位。雖然懸空通道兩翼承載分段在搭載過(guò)程中出現(xiàn)了一定程度的下?lián)献冃螌?dǎo)致合攏口稍許不對(duì)筋的現(xiàn)象，但經(jīng)過(guò)嚴(yán)密的推算，預(yù)計(jì)兩翼承載分段在吊至與對(duì)應(yīng)上建分段處與其合攏后會(huì)形成反作用力使得撓變形得以抵消。兩端下?lián)虾蠑n后抵消示意圖如圖9所示。搭載定位完畢后，經(jīng)檢查測(cè)量，懸空通道總段搭載精度符合標(biāo)準(zhǔn)要求，方案實(shí)施成功。

圖9　兩端下?lián)虾蠑n后抵消示意圖

4.5上建分段吊點(diǎn)布置

合理布局分段的移位、翻身吊耳的位置。從整體上看，上建分段為U型結(jié)構(gòu)，吊點(diǎn)的位置在位移翻身的過(guò)程中，根據(jù)模擬演示，為避免鋼絲繩吊裝過(guò)程中與壁板、分段開(kāi)口加強(qiáng)材碰撞以及預(yù)舾裝管系、風(fēng)道等的干涉，吊點(diǎn)位置應(yīng)布置在分段強(qiáng)力構(gòu)件處，如橫梁、縱桁結(jié)構(gòu)的上方或下方，既最大限度利用了現(xiàn)有條件又滿足了強(qiáng)度的要求。考慮干涉及整體分段的平衡，分段邊緣外側(cè)布置在翻身吊點(diǎn)壁板內(nèi)側(cè)位置。為了保證分段的整體受力均勻，吊點(diǎn)相應(yīng)布置盡量均勻，從而保證受力平衡。

5　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)嚴(yán)格的精度過(guò)程控制，借助有限元強(qiáng)度分析計(jì)算，實(shí)現(xiàn)了SUPER M2自升式鉆井平臺(tái)上建吊裝工藝技術(shù)的創(chuàng)新，不僅提高了SUPER M2自升式鉆井平臺(tái)上建結(jié)構(gòu)的建造、搭載質(zhì)量，而且縮短了建造、搭載周期。實(shí)踐證明取得了良好效果。

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2015-09-15

王懷剛(1985—)，男，助理工程師，從事船舶與海洋工程建造工藝設(shè)計(jì)工作;鮑學(xué)榮(1990—), 男，助理工程師，從事船舶與海洋工程建造工藝設(shè)計(jì)工作。

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