方春偉，劉佳，宋慶章，高指林，王楊健

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300452）

1 引言

隨著海洋油氣田開發(fā)工程逐步向深海推進(jìn)，海洋石油平臺(tái)和半潛式儲(chǔ)油平臺(tái)正在向大型化、工廠化和智能化方向轉(zhuǎn)變，其制造涉及鋼結(jié)構(gòu)、設(shè)備、管線、電氣儀表通訊以及防腐舾裝等施工工作。海上油氣田尤其是氣田開發(fā)的迅速發(fā)展，對(duì)燃?xì)馔钙桨l(fā)電機(jī)的需求與日俱增，作為海洋石油平臺(tái)和半潛式儲(chǔ)油平臺(tái)的核心設(shè)備，設(shè)備安裝的優(yōu)劣對(duì)燃?xì)馔钙桨l(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行起到至關(guān)重要的作用。燃?xì)馔钙桨l(fā)電機(jī)主要依靠國外進(jìn)口，不同廠家，或者同一廠家的不同型號(hào)的設(shè)備，安裝工藝都有所差異。

本文基于國內(nèi)海洋油氣田開發(fā)項(xiàng)目常用的Caterpillar Turbines和Solar Turbines，對(duì)不同廠家設(shè)備的基座機(jī)械加工工藝進(jìn)行了相關(guān)的探討，對(duì)后續(xù)類似設(shè)備的基座機(jī)械加工工藝具有一定的指導(dǎo)意義。

2 工作原理和特點(diǎn)

燃?xì)馔钙桨l(fā)電機(jī)是利用燃料油或油氣田產(chǎn)生的天然氣與空氣混合燃燒后驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的電力能源設(shè)備，主要由透平機(jī)（壓氣機(jī)、燃燒室和動(dòng)力渦輪）、發(fā)電機(jī)、進(jìn)排氣系統(tǒng)和其它輔助系統(tǒng)等組成。壓氣機(jī)通過大氣連續(xù)吸入空氣并將其壓縮；壓縮后的空氣沿風(fēng)道進(jìn)入燃燒室，與噴入的燃料油（通過柴油系統(tǒng)或天然氣系統(tǒng)供給）混合后燃燒，產(chǎn)生帶機(jī)械動(dòng)能的高溫燃?xì)猓S即流入動(dòng)力渦旋中膨脹作功，推動(dòng)透平葉輪帶著壓氣機(jī)葉輪一起旋轉(zhuǎn)；最終通過聯(lián)軸器和傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，為海洋石油平臺(tái)和半潛式儲(chǔ)油平臺(tái)提供電能[1]。

燃?xì)馔钙桨l(fā)電機(jī)具有工作效率高，穩(wěn)定可靠，應(yīng)用靈活和節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)，同時(shí)，成撬設(shè)計(jì)集成度高，燃料系統(tǒng)，啟動(dòng)系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，同期裝置和勵(lì)磁系統(tǒng)均可成撬，設(shè)備安裝周期短，適用于海上石油平臺(tái)的電力能源設(shè)備[2]。

3 機(jī)械加工關(guān)鍵工藝

燃?xì)馔钙桨l(fā)電機(jī)是集燃料系統(tǒng)，啟動(dòng)系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，同期裝置和勵(lì)磁系統(tǒng)成撬的大型復(fù)雜設(shè)備，主要由透平機(jī)、發(fā)電機(jī)、底座、冷凝器、控制柜、空氣進(jìn)氣濾器、進(jìn)氣和排氣系統(tǒng)、消音器和排煙系統(tǒng)等部分組成，總體模型見圖1所示。燃?xì)馔钙桨l(fā)電機(jī)為大型動(dòng)設(shè)備，它的安裝對(duì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的剛性和水平度要求極高，在主結(jié)構(gòu)建造完成后，對(duì)基座支撐墊板進(jìn)行銑削加工，確保基座水平度、共面度和其它技術(shù)參數(shù)符合廠家要求[3]。

圖1 Solar TurbinesT60 GS總體示意圖

國內(nèi)外各廠家的成撬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本一致，以國內(nèi)海洋油氣田開發(fā)項(xiàng)目常用的 Caterpillar Turbines和 Solar Turbines為例，對(duì)兩種不同廠家的設(shè)備基座現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械加工工藝進(jìn)行探討，總結(jié)出重點(diǎn)和難點(diǎn)，為燃?xì)馔钙桨l(fā)電機(jī)基座機(jī)械加工工藝的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行技術(shù)積累。

基座機(jī)械加工工藝的關(guān)鍵技術(shù)主要包括基座形式、機(jī)械加工參數(shù)和參數(shù)測(cè)量[4]三個(gè)方面的內(nèi)容，根據(jù)上述參數(shù)設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的機(jī)械加工工藝。其中，依據(jù)基座形式確定基座板的加工方向，加工寬度和厚度等加工參數(shù)，設(shè)計(jì)合理的加工工步和工序以匹配機(jī)床設(shè)備的性能，同時(shí)，選取合理的測(cè)量工具保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。

表1Saterpillar Turbines和Solar Turbines基座參數(shù)表

3.1 基座機(jī)械加工工藝流程

燃?xì)馔钙桨l(fā)電機(jī)基座的機(jī)械加工工藝流程如下：（1）基座焊接和檢驗(yàn)：在進(jìn)行基座現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械加工前，需要確?；瓿珊附?、檢驗(yàn)和周邊環(huán)境檢查工作，排除后續(xù)可能對(duì)基座造成變形的施工工作。（2）基座標(biāo)高測(cè)量：利用精密儀器（全站儀或其它）對(duì)基座進(jìn)行測(cè)量，單塊基座墊板測(cè)量五個(gè)位置的數(shù)據(jù)（圖2）。（3）機(jī)械加工余量確定：基座標(biāo)高數(shù)據(jù)測(cè)量完成后，依據(jù)設(shè)備安裝標(biāo)高確定基座每塊板的最大機(jī)械加工余量。（4）工機(jī)具準(zhǔn)備和調(diào)試：將機(jī)床吊裝到平臺(tái)相應(yīng)位置后，對(duì)機(jī)床進(jìn)行調(diào)平和固定工作；機(jī)床調(diào)平和固定完成后進(jìn)行試車加工，確認(rèn)機(jī)床的調(diào)平和固定是否滿足使用要求。（5）基座粗加工和測(cè)量：粗銑加工到工序設(shè)計(jì)尺寸后，對(duì)基座板進(jìn)行測(cè)量，核實(shí)加工余量，若有加工偏差需要及時(shí)調(diào)整，再進(jìn)行精加工。（6）基座精加工：根據(jù)基座粗加工和測(cè)量結(jié)果確定精加工的工步和工序，設(shè)計(jì)合理的加工參數(shù)。（7）平面度和共面度測(cè)量[5]：基座精加工完成后，使用框式水平儀測(cè)量單塊基座板平面度（圖3），所有基座板加工完成后，使用激光水平儀測(cè)量單臺(tái)設(shè)備基座的共面度（圖4）。

圖2 基座標(biāo)高測(cè)量示意圖

圖3 基座板平面度測(cè)量示意圖

圖4a Caterpillar Turbines共面度測(cè)量示意圖

圖4b Solar Turbines共面度測(cè)量示意圖

3.2 Saterpillar Turbines基座機(jī)械加工工藝

Saterpillar Turbines基座為22塊板組成，隔振器安裝在機(jī)械加工完成后的基座上。依據(jù)Saterpillar安裝要求(單臺(tái)設(shè)備基座現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械加工后的共度面公差為2mm，單塊基座板的平面度公差要求為0.4mm/1m)和基座形式，確定現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械加工工藝參數(shù)。其中，設(shè)備刀具沿軸向進(jìn)刀，最大粗銑加工量為12mm，精銑加工量為3mm，現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械加工后厚度為 mm(厚度根據(jù)設(shè)備安裝標(biāo)高確定)，表面粗糙度Ra6.3，未標(biāo)注形狀和位置公差按GB/T 1184-1996-H級(jí)，未標(biāo)注線性尺寸按GB/T 1804-2000-m級(jí)執(zhí)行。

圖5 Caterpillar Turbines加工示意圖

3.3 Solar Turbines基座機(jī)加工工藝

Solar Turbines基座為3塊八角板組成，承重板焊接在機(jī)械加工完成后的基座上。依據(jù)Solar技術(shù)要求(單臺(tái)設(shè)備基座現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械加工后的共度面公差為3mm，單塊基座板的平面度公差要求為0.42mm/1m)和基座形式，確定現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械加工工藝參數(shù)。其中，設(shè)備刀具垂直于八角板軸向進(jìn)刀，最大粗銑加工量為25mm，精銑加工量為5mm，現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械加工后厚度為 mm(厚度根據(jù)設(shè)備安裝標(biāo)高確定)，表面粗糙度Ra6.3，未標(biāo)注形狀和位置公差按GB/T 1184-1996-H級(jí)，未標(biāo)注線性尺寸按GB/T 1804-2000-m級(jí)執(zhí)行。

圖6 Solar Turbines加工示意圖

4 結(jié)論

燃?xì)馔钙桨l(fā)電機(jī)價(jià)值高，制造周期長，作為海洋石油平臺(tái)的核心設(shè)備，如何安全有效地完成平臺(tái)成撬至關(guān)重要。本文以國內(nèi)海洋油氣田開發(fā)項(xiàng)目常用的 Caterpillar Turbines 和 Solar Turbines作為依托，對(duì)不同廠家設(shè)備的基座機(jī)械加工工藝進(jìn)行了詳細(xì)探討，重點(diǎn)分析加工方向和機(jī)械加工參數(shù)如何確定，加工參數(shù)如何測(cè)量等方面的內(nèi)容，總結(jié)出各自的優(yōu)勢(shì)。結(jié)果表明，基座形式?jīng)Q定基座板的加工方向，加工寬度和厚度等加工參數(shù)，合適的測(cè)量工具和數(shù)據(jù)采集方法保證測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，上述經(jīng)驗(yàn)對(duì)類似工程項(xiàng)目具有重要的指導(dǎo)意義。