侯瑞劍 徐 勇 王樹山

（大連中遠(yuǎn)海運(yùn)重工有限公司 大連116113）

引 言

大型深水海工吊機(jī)主要用于海上作業(yè)，同時具備水下施工的能力，目前主流設(shè)計的最大工作深度為水下3 000 m，使其成為海上工程作業(yè)領(lǐng)域重要的工程裝備之一。隨著大型深水海工吊機(jī)在海洋工程領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，吊機(jī)的設(shè)計也隨之多樣化。相比于傳統(tǒng)克令吊，深水海工吊機(jī)的工作環(huán)境惡劣，抗風(fēng)險的能力強(qiáng)，系統(tǒng)設(shè)計非常復(fù)雜；同時，主要部件在船上分布較分散，且各個部件安裝精度要求很高。因此，區(qū)別于傳統(tǒng)克令吊的安裝方法［1］，為了滿足深水海工吊機(jī)的正確安裝和使用功能要求，必須對該型吊機(jī)進(jìn)行深入的分析和研究，采用新的理念，制定新的安裝方法及精度控制方法，這對未來該類型吊機(jī)的安裝將有著較為重大的指導(dǎo)意義。

1 重型深水海工吊機(jī)的特點及難點

本文以馬士基深水輔助工程船上重達(dá)400 t的RL-KBC型深水海工吊機(jī)為例，進(jìn)行詳細(xì)的分析和研究。

1.1 深水海工吊機(jī)的特點

（1）400 t RL-KBC吊機(jī)為電動型單鉤吊機(jī)，主鉤最大起重質(zhì)量為400 t。

（2）整套吊機(jī)系統(tǒng)主要由存儲絞車、牽引絞車、氮氣蓄能器組、液壓動力單元、電氣控制間、補(bǔ)償器和上部提升模塊等7部分組成。其中前5部分均分布于船體主甲板之下的不同位置，補(bǔ)償器貫穿于主甲板，上部提升模塊安裝在主甲板以上的吊機(jī)底座上，如圖1和圖2所示。

（3）牽引絞車主要承受所有的吊重，存儲絞車主要承擔(dān)所有鋼絲繩的自重；存儲絞車和牽引絞車之間有20 t的拉繩力。

（4）補(bǔ)償器豎立在牽引絞車上，通過水平連桿與上部提升模塊的吊筒內(nèi)部相連。

圖2 二甲板平面圖

（5）氮氣蓄能器組和液壓單元分布在不同高度的甲板上，通過管件與補(bǔ)償器連接。

（6）電氣控制間是鋼圍壁結(jié)構(gòu)，內(nèi)部存放吊機(jī)主要電氣設(shè)備，以提供動力及控制功能。

（7）直徑為126 mm的主鋼絲繩貫穿于存儲絞車、牽引絞車、補(bǔ)償器和上部提升模塊之間，且鋼絲繩單獨供貨。其安裝為吊機(jī)安裝的最后一道工序。

1.2 深水海工吊機(jī)安裝難點分析

（1）由于存儲絞車和牽引絞車位于不同的船體分段上，兩個設(shè)備的相對位置受分段合攏影響，如下頁圖3所示。

（2）存儲絞車含5個獨立底座，且間距較大（約為5.2 m），且安裝形式均為銷軸方式，底座上銷軸孔制作精度為±0.1 mm，該精度要求非常高。

（3）牽引絞車含3個獨立底座，且間距較大，安裝形式均為銷軸方式，安裝精度很高，為±0.1 mm。

（4）補(bǔ)償器高約12 m，底部與牽引絞車固定，頂端需與上部模塊水平結(jié)構(gòu)對位連接，由于補(bǔ)償器主要承受垂向力，所以必須保證其安裝的垂直度，以免對設(shè)備造成局部應(yīng)力變形，從而影響正常使用。

（5）上部模塊在船舶下水后安裝，給安裝帶來很大的挑戰(zhàn)。

（6）直徑126 mm、長度3 550 m的主鋼絲繩重約265 t，需要在吊機(jī)上部提升模塊安裝完成且存儲絞車、牽引絞車調(diào)試好后才能安裝。由于鋼絲繩的規(guī)格偏大、長度較長，因此對施工方案有很高的要求。

圖3 內(nèi)底板平面圖

2 重型深水海工吊機(jī)安裝措施和檢驗

2.1 存儲絞車和牽引絞車的安裝和檢驗

（1）在制作存儲絞車和牽引絞車底座的時候，底座的整個外形規(guī)格較原設(shè)計外形加大5 mm（前提保證不影響設(shè)備的安裝）作為預(yù)留余量，且在底座制作階段和底座所在分段合攏階段不加工銷軸孔。

（2）在兩個絞車分別所在的分段合攏時，將設(shè)備的安裝精度及預(yù)留余量為基準(zhǔn)，反推算允許的分段合攏精度作為目標(biāo)合攏精度；在滿足分段合攏建造公差的基礎(chǔ)上，現(xiàn)場采取特殊的分段精度控制方法［2-4］，嚴(yán)格保證目標(biāo)合攏精度。

（3）在分段合攏后，重新測量兩個設(shè)備的底座定位信息；根據(jù)該定位信息，按照設(shè)備圖紙的安裝要求，在底座上標(biāo)記銷軸開孔的位置及大小，檢驗開孔是否超出了圖紙要求（之前已經(jīng)增加了5 mm的預(yù)留余量），底座理論定位信息如圖片4和圖5所示。

圖4 存儲絞車底座布置圖

圖5 牽引絞車底座布置圖

（4）在確認(rèn)標(biāo)記劃線數(shù)據(jù)均在要求范圍內(nèi)，采用特殊機(jī)加工設(shè)備現(xiàn)場加工銷軸孔。機(jī)加工分為兩個階段：第一階段以粗加工為主，以提高孔的加工速度，縮短整體時間；第二階段以精加工為主，在粗加工結(jié)束后，需重新校準(zhǔn)軸心，以確保銷軸孔最終的定位精度，進(jìn)而保證兩平行底座的開孔中心（1&2、3&4）在同一軸線上。如牽引絞車底座的A支撐座和B支撐座的銷軸孔中心必須在同一直線；存儲絞車底座的1支撐座和3支撐座，2支撐座和4支撐座的銷軸孔中心需分別在同一直線，且銷軸孔的加工公差不超過±0.1 mm。

（5）在核查底座精度無誤后，吊運(yùn)設(shè)備進(jìn)行安裝。

2.2 補(bǔ)償器安裝和檢驗

在絞車安裝后，開始安裝補(bǔ)償器。補(bǔ)償器需要豎直吊裝，垂直落座在牽引絞車上，底部通過法蘭形式用螺栓與牽引絞車連接。補(bǔ)償器的上部通過連接桿與上部提升模塊水平結(jié)構(gòu)對位連接，如圖6和圖7所示。

圖6 補(bǔ)償器與牽引絞車安裝形式

因為補(bǔ)償器在Subsea功能時，其滑輪帶動液壓缸做上下往復(fù)運(yùn)動，如果補(bǔ)償器安裝不垂直，將會在工作時產(chǎn)生不平衡的內(nèi)應(yīng)力，從而影響液壓缸使用壽命，同時也會使鋼絲繩啃壓牽引絞車、補(bǔ)償器和上部提升模塊中導(dǎo)向滑輪的邊緣，導(dǎo)致?lián)p壞鋼絲繩和滑輪，進(jìn)而減少整個設(shè)備的使用壽命。

作為上述問題的解決措施，在吊機(jī)的設(shè)計階段對水平連接支撐的設(shè)計同樣采用預(yù)留余量的方法，要求其中一端的銷軸開孔暫定不開，且使其規(guī)格適當(dāng)加大以彌補(bǔ)在安裝時產(chǎn)生的誤差，最終在補(bǔ)償器正確安裝后依據(jù)現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)開孔。在安裝底部法蘭連接的螺栓時，需要全面檢查并保證法蘭底座與牽引絞車均勻且充分接觸，然后將螺栓力矩打到設(shè)計要求的數(shù)值。

圖7 補(bǔ)償器與上部模塊連接型式

在中途檢驗時，需要重點注意的是：在安裝水平連接桿之前，先將補(bǔ)償器臨時封固，用臨時尼龍纜繩模擬鋼絲繩的正式走向，再使用絞車驅(qū)動尼龍繩，以核查補(bǔ)償器的安裝角度是否正確。

2.3 上部提升模塊的安裝和檢驗

上部提升模塊合計重約為500 t， 總高度約為47 m，下部合攏口的規(guī)格為9 m×7 m。該模塊在海上運(yùn)輸時受到高度的限制，所以采用躺臥式運(yùn)輸，這導(dǎo)致我們在吊裝安裝時必須先進(jìn)行翻身或者直立操作。由于運(yùn)輸船的甲板承載能力不足（即不足以承受在直立操作過程中產(chǎn)生的局部大應(yīng)力），導(dǎo)致不得不選擇在碼頭或者空中進(jìn)行翻身操作，同時受到船廠的岸吊起重能力限制，故采用浮式重吊船來完成卸船和安裝。

由于上部提升模塊交貨周期通常較長，到安裝階段船舶已經(jīng)下水，故需要在海上進(jìn)行安裝，從而給精度控制帶來了很大的難題。為此，我們采取了如下關(guān)鍵措施：

（1）在船臺階段，對吊筒的甲板部分（船廠制作）進(jìn)行了高精度測量，并標(biāo)記了安裝檢查線，為后續(xù)上部提升模塊的安裝作準(zhǔn)備。

（2）在吊裝上部模塊之前，檢查上部提升模塊上面的安裝檢查線，并對照兩個安裝檢查線，對船上吊筒的甲板部分的上邊緣進(jìn)行修正，使兩部分的安裝合攏間隙滿足焊接工藝的要求。

（3）在安裝整個過程中，使用三維精度儀實時檢測上部模塊的中心線是否超出允許的偏差。

（4）利用船舶自身的防橫傾系統(tǒng)實時調(diào)整船的橫傾狀態(tài)，保證在整個安裝過程中都處于正浮狀態(tài)。

（5）在吊筒焊接施工［2］時，嚴(yán)格遵循各方認(rèn)可的焊接工藝，在焊接預(yù)熱方面需格外注重。

（6）對于焊接順序，需依據(jù)三維精度儀實時檢測的偏差結(jié)果，及時調(diào)整相應(yīng)的焊接順序，利用各個位置的焊接收縮量［4］來保證上部提升模塊安裝的垂直度。

2.4 主鋼絲繩的安裝和檢驗

在主甲板下設(shè)備調(diào)試完畢，且可正常運(yùn)行后，將安裝主鋼絲繩。主鋼絲繩直徑為126 mm， 長度為3 500 m，凈重約為280 t。依據(jù)吊機(jī)廠家要求，在安裝鋼絲繩時的預(yù)拉伸力為7 t。依據(jù)此要求，我們選用了應(yīng)提供有恒張力功能的絞車產(chǎn)生預(yù)拉伸力。鋼絲繩走向參見圖8。

圖8 鋼絲繩走向圖

如圖8所示，主鋼絲繩經(jīng)過了存儲絞車、牽引絞車、補(bǔ)償器和上部提升模塊中的滑輪和卷筒，且所經(jīng)過每個滑輪的狀態(tài)，都在檢驗相關(guān)設(shè)備及底座的定位精度是否在之前提到的要求之內(nèi)。

牽引主鋼絲繩首端到存儲絞車卷筒的固定端的過程，由于在安裝時，懸掛部分的主鋼絲繩重量很大，故需通過三次串引才能完成：第一次用尼龍繩將18鋼絲繩牽引到存儲絞車上；第二次，用18鋼絲繩將38鋼絲繩牽引到存儲絞車上；第三次，用38鋼絲繩將主鋼絲繩端部牽引到存儲絞車上并正式封固，移除所有臨時牽引鋼絲繩和尼龍繩。最后開始正式運(yùn)行吊機(jī)的牽引絞車和存儲絞車直至鋼絲繩全部纏繞到吊機(jī)上。

最后，按照標(biāo)準(zhǔn)要求，檢驗每個滑輪和滾筒上的繩槽，鋼絲繩的最大偏離角不能超過2.5°。

3 結(jié) 論

對于海洋工程領(lǐng)域的大型設(shè)備，基于不同的設(shè)計，需要對其進(jìn)行深入分析，并采用不同的安裝理念去考慮如何正確安裝以及如何保證精度要求。由于精度控制水平將直接影響設(shè)備服務(wù)質(zhì)量，因此對于設(shè)備供貨商而言，絕不允許存在超差現(xiàn)象。為此，船廠方面從設(shè)計階段就應(yīng)全面考慮整個安裝過程，編制合理的安裝工藝和精度控制工藝文件，監(jiān)督市場施工嚴(yán)格按工藝進(jìn)行施工控制，以免造成返工甚至報廢設(shè)備部件的嚴(yán)重后果。