升降式潛水泵塔建造方法

陳宏宇

（渤海船舶職業(yè)學(xué)院，遼寧興城125105）

近年來以海洋石油開采、海洋風(fēng)能利用等為代表的海洋工程產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，自升式平臺(tái)在海洋工程領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。自升式平臺(tái)主體在工作時(shí)會(huì)升出海面，這樣自升式平臺(tái)運(yùn)作時(shí)所需要的壓載水等海水的抽取工作就需要專門的設(shè)備負(fù)責(zé)。目前來說，這樣的設(shè)備有兩種形式，一種是軟管絞車類型的，利用絞車盤起軟管，工作時(shí)將軟管放入水中抽取海水以供給自升式平臺(tái)；另外一種是建造升降式的潛水泵塔，工作時(shí)通過泵塔的升降實(shí)現(xiàn)抽取海水的功能。前者結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，建造精度要求不高，但是占用空間較大；后者結(jié)構(gòu)復(fù)雜，建造工藝難，但是占用空間小，便于操作。對(duì)于甲板作業(yè)面積有限的自升式作業(yè)平臺(tái)來說，升降式潛水泵塔更為適合[1]。本文介紹升降式潛水泵塔的建造工藝方法。

1 升降式潛水泵塔結(jié)構(gòu)

升降式潛水泵塔可以布置在甲板上，也可以布置在船舷外[2]。潛水泵塔由套管、導(dǎo)板以及齒條等幾部分構(gòu)成。通過升降單機(jī)驅(qū)動(dòng)潛水泵塔兩側(cè)裝焊的齒條實(shí)現(xiàn)升降功能。同時(shí)，導(dǎo)板與限位滾輪相配合，對(duì)潛水泵塔進(jìn)行導(dǎo)向及相對(duì)限位。升降式潛水泵塔系統(tǒng)布置及結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。

圖1 潛水泵塔系統(tǒng)布置及結(jié)構(gòu)形式示意圖

為了節(jié)約材料和布置空間，潛水泵塔的直徑不會(huì)太大，一般在350 mm左右?？紤]到自升式平臺(tái)的型深和工作時(shí)的氣隙高度，潛水泵塔的高度一般在30 m左右，屬于細(xì)長(zhǎng)的小通徑筒形結(jié)構(gòu)。因此，升降式潛水泵塔建造時(shí)具有裝焊時(shí)結(jié)構(gòu)變形大、結(jié)構(gòu)裝配找正困難、結(jié)構(gòu)尺寸精度難于控制的建造特點(diǎn)。

2 護(hù)管要求

潛水泵塔長(zhǎng)度較長(zhǎng)，每根潛水泵塔塔身應(yīng)該由多根護(hù)管對(duì)接而成，護(hù)管由整張鋼板卷制而成[3]，單根護(hù)管的長(zhǎng)度由板材長(zhǎng)度、運(yùn)輸條件等因素決定。若海工制造企業(yè)不具備護(hù)管卷制設(shè)備（護(hù)管直徑較?。┛芍苯淤徶贸善蜂摴?。不論鋼管是自制還是購置，需要注意護(hù)管半徑（外）公差、焊后整體長(zhǎng)度公差、單根直線度公差等精度的控制。護(hù)管與護(hù)管的對(duì)接裝配要在專用臥式胎架上進(jìn)行。裝配時(shí)要注意：兩護(hù)管裝配有錯(cuò)邊時(shí)，錯(cuò)邊需均勻錯(cuò)開；護(hù)管裝配后整根潛水泵塔塔身的母線直線度控制在允許的范圍以內(nèi)；裝配完成后安排焊前檢驗(yàn)，記錄數(shù)據(jù)并形成文件。護(hù)管對(duì)接焊接前焊接部位表面均做除銹處理，并且制定專門的焊接工藝。焊后要對(duì)焊縫進(jìn)行打磨，環(huán)縫焊接完成后將外部焊縫余高打磨至與母材平齊。環(huán)縫打磨完成后，對(duì)其進(jìn)行探傷。焊后對(duì)塔身整體母線直線度進(jìn)行檢驗(yàn)，與焊接質(zhì)量一起形成文件。塔身護(hù)管對(duì)接結(jié)束后，根據(jù)施工圖對(duì)齒條、導(dǎo)板及光齒條安裝位置進(jìn)行劃線，為齒條和導(dǎo)板安裝做準(zhǔn)備。

3 齒條、導(dǎo)板要求

齒條和導(dǎo)板通過機(jī)加工的方法分段制作。在劃分齒條與導(dǎo)板長(zhǎng)度時(shí)需要考慮將齒條對(duì)接焊縫與套管對(duì)接焊縫錯(cuò)開。齒條與導(dǎo)板制作完成后需要對(duì)其進(jìn)行尺寸檢驗(yàn)才能入廠裝焊，檢查的項(xiàng)目包括齒條扭曲、壓力角公差、齒頂直線度、齒條兩側(cè)直線度和接口處平面度等。為保證齒條與塔身護(hù)管安裝時(shí)每根護(hù)管同位置齒形的同步度，同規(guī)格齒條在裝配前需進(jìn)行齒條長(zhǎng)度、齒間距的比較，保證齒條安裝時(shí)，齒形同步的要求。為保證齒條與塔身護(hù)管安裝時(shí)齒條、導(dǎo)板及光齒條與護(hù)管的間隙一致且最小，同規(guī)格齒條在裝配前需進(jìn)行齒條高度的比較，同時(shí)有針對(duì)性地將高度正公差的齒條與直徑負(fù)公差的塔身護(hù)管進(jìn)行搭配，以減小齒條與塔身護(hù)管的間隙。

齒條與導(dǎo)板對(duì)接裝配前要將導(dǎo)板、齒條及光齒條對(duì)接口處20 mm范圍內(nèi)的油、水、漆等影響焊接的雜物清理干凈，達(dá)到對(duì)接焊要求。同時(shí)將對(duì)接口兩側(cè)三個(gè)齒范圍內(nèi)油漆等雜物處理干凈，以便于測(cè)量。在胎架上導(dǎo)板、齒條及光齒條分別進(jìn)行固定及裝配找正。裝配時(shí)考慮焊接收縮對(duì)齒條形狀的影響，所以要預(yù)先加放裝配余量。裝配結(jié)束后測(cè)量合攏口處的齒間距、合攏口處齒頂平面度（四齒范圍即可）、齒條與導(dǎo)板兩側(cè)直線度、總長(zhǎng)直線度、導(dǎo)板頂面平面度，齒條與導(dǎo)板對(duì)接口錯(cuò)邊量（均勻粗開）。裝配結(jié)束后交驗(yàn)并形成文件。

對(duì)接裝配結(jié)束后對(duì)齒條和導(dǎo)板進(jìn)行焊接，焊接要制定專門的焊接工藝規(guī)程，并且嚴(yán)格執(zhí)行。焊接結(jié)束后先檢查合攏口處的齒距，滿足要求后進(jìn)行齒形研磨和切割引弧板等工作。焊后對(duì)合攏口100%進(jìn)行探傷。焊后尺寸檢驗(yàn)項(xiàng)目包括導(dǎo)板與齒條的總長(zhǎng)直線度、齒條齒頂直線度、導(dǎo)板頂面平面度、齒條兩側(cè)直線度、導(dǎo)板與齒條對(duì)接口錯(cuò)邊量、齒條合攏口齒形（利用樣塊進(jìn)行檢驗(yàn)）、齒條合攏口齒間距等。焊接結(jié)束后交驗(yàn)并形成文件。

導(dǎo)板、齒條裝配時(shí)，先進(jìn)行底部導(dǎo)板裝配，再進(jìn)行兩側(cè)齒條裝配。在護(hù)管上加焊導(dǎo)板、齒條定位支撐板，對(duì)支撐面進(jìn)行整體調(diào)平。支撐之間的間距要考慮后期焊接時(shí)加熱片的帖覆，且導(dǎo)板及齒條表面嚴(yán)禁加焊。在調(diào)整齒條裝配定位過程中，可在定位支撐板上裝焊定位螺栓進(jìn)行調(diào)節(jié)和固定，也可以用楔鐵固定。定位時(shí)要滿足下列尺寸要求：齒條兩側(cè)整體直線度、兩側(cè)齒條距護(hù)管中心距離A、兩側(cè)齒條距護(hù)管中心距離C、齒頂直線度、齒條與護(hù)管之間的間隙、任意齒兩側(cè)齒形同步度、導(dǎo)板兩側(cè)整體直線度、底部導(dǎo)板距護(hù)管中心距離B、導(dǎo)板頂部平面度、導(dǎo)板與護(hù)管之間的間隙，位置如圖2所示。定位后要進(jìn)行交驗(yàn)并且形成文件。

圖2 測(cè)量位置示意圖

裝配工作交驗(yàn)后對(duì)導(dǎo)板和齒條進(jìn)行與套管之間的焊接，焊接時(shí)執(zhí)行預(yù)先制定好的焊接工藝，焊后對(duì)焊縫質(zhì)量進(jìn)行100%探傷。焊接過程中齒條的位置會(huì)因?yàn)楹附訒r(shí)的能量輸入而變形，將變形部位的焊縫打開，重新調(diào)節(jié)并焊接。

4 裝配胎架設(shè)計(jì)

潛水泵塔的裝配胎架應(yīng)該滿足不同徑向尺寸筒形結(jié)構(gòu)的使用需求，具有加強(qiáng)筒形結(jié)構(gòu)以防止變形的功能，且自身帶有調(diào)節(jié)裝置可以滿足找正使用要求。在重復(fù)使用時(shí)，能夠保證施工質(zhì)量，節(jié)約生產(chǎn)資源，達(dá)到提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本的目的。本文提出一種新型的胎架設(shè)計(jì)方案[4]：在筒形結(jié)構(gòu)臥式裝配時(shí)將胎架置于筒體結(jié)構(gòu)的底部，沿筒體結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度方向布置若干。利用徑向調(diào)節(jié)裝置滿足不同徑向尺寸筒體的使用要求；設(shè)計(jì)環(huán)形模具，在筒形結(jié)構(gòu)外側(cè)起到加強(qiáng)作用；底部設(shè)計(jì)位置調(diào)節(jié)裝置，與徑向調(diào)節(jié)裝置配合，實(shí)現(xiàn)找正調(diào)節(jié)功能。

潛水泵塔的裝配胎架結(jié)構(gòu)分為下體、中體和上體三部分。

下體部分為整個(gè)裝置提供一個(gè)穩(wěn)定的基礎(chǔ)，并且裝有位置調(diào)節(jié)裝置，實(shí)現(xiàn)找正功能。主要包括底座板和調(diào)節(jié)裝置。底座板是整個(gè)裝置的基礎(chǔ)，它的主要作用是使整個(gè)裝置穩(wěn)定、垂直的立于地面，為位置調(diào)節(jié)裝置提供布置空間；在底座板上開制燕尾槽，為位置找正提供位移通道。位置調(diào)節(jié)裝置由螺紋柱與螺紋套管兩部分組成，通過頂推實(shí)現(xiàn)位置找正功能。

中體部分主要由中體底板、立板、加強(qiáng)板、徑向調(diào)節(jié)裝置、外加強(qiáng)頂推裝置幾部分組成。中體底板為燕尾形結(jié)構(gòu)，與下體部分底板相配合，在下體的位置找正裝置的頂推作用下移動(dòng)。中體立板使裝置具備一定的高度，連接底座，增強(qiáng)胎架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與穩(wěn)定性；為徑向調(diào)節(jié)裝置與外加強(qiáng)頂推裝置提供布置空間，在立板上做出胎架的中心線標(biāo)記，便于裝置的位置找正。加強(qiáng)筋板裝焊在立板與中體底板之上，增加胎架的整體強(qiáng)度與穩(wěn)定性。徑向調(diào)節(jié)裝置裝焊于中體立板之上，徑向調(diào)節(jié)裝置由螺紋柱與螺紋套管組成，通過它可以使裝置滿足不同徑向尺寸的筒體建造時(shí)的使用需要。外加強(qiáng)頂推裝置裝焊于立板之上，由螺紋柱和螺紋套管組成，通過螺柱的頂推為筒形結(jié)構(gòu)提供外部加強(qiáng)拉力。

上體部分起到外部加強(qiáng)的作用，由上體立板、徑向調(diào)節(jié)裝置、頂推筋板組成。上體立板為一塊內(nèi)凹半圓板，為徑向調(diào)節(jié)裝置與頂推筋板提供布置空間，可以在其上面開槽，便于筒形結(jié)構(gòu)外部等結(jié)構(gòu)穿過。徑向調(diào)節(jié)裝置，其功能與中體部分的徑向調(diào)節(jié)裝置功能一致。頂推筋板與中體頂推裝置配合為筒形結(jié)構(gòu)提供外部加強(qiáng)拉力，筋板傾斜布置可以實(shí)現(xiàn)筒形結(jié)構(gòu)受到延徑向向外的拉力。圖3為裝焊胎架結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3 裝焊胎架結(jié)構(gòu)示意圖

升降式潛水泵塔是自升式平臺(tái)的重要設(shè)備，精度要求較高，加上細(xì)長(zhǎng)狹小的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使其建造過程繁瑣困難。在建造過程中，除了要采取合適的建造方法外，還要注意施工紀(jì)律和過程控制，這也是當(dāng)今工匠精神的具體體現(xiàn)。