2000T自升式風電安裝平臺關(guān)鍵工藝質(zhì)量技術(shù)研究

◆ 吳正峰 沈鵬鵬 季秋兵 / 文

目前全球大力發(fā)展綠色可再生能源，在應(yīng)對全球氣候變化等方面已達成共識。2015年，《巴黎協(xié)定》獲得通過，我國承諾2030年二氧化碳排放達到峰值，單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降60%～65%，非化石能源占一次能源消費比重達到20%左右[1]。發(fā)展可再生能源已上升為國家戰(zhàn)略。

海上風電是目前世界上最具潛力的可再生能源，在發(fā)展可再生能源中具有舉足輕重的地位。我國近海可開發(fā)和利用的風能儲量有7.5億千瓦，其中5米到50米水深、70米高度風電可裝機容量約為5億千瓦?！笆濉币?guī)劃建設(shè)海上風電1000萬千瓦，建成僅150萬千瓦，海上風電開發(fā)極具潛力。

上海振華重工集團南通振華重型裝備制造有限公司牢牢把握這一機遇，順應(yīng)市場需求，勇于創(chuàng)新，突破性地研發(fā)了適用于未來8MW～10MW風機安裝的龍源振華2000噸自升式風電安裝平臺[2]。該平臺擁有世界最大起重量、最高起升高度，有力促進了海洋資源的大規(guī)模開發(fā)。項目的成功研發(fā)填補了我國在大型自升式風電安裝平臺領(lǐng)域的空白，打破了國外公司長期在該領(lǐng)域的壟斷局面，為我國海上風電開發(fā)提供了性能優(yōu)良、功能特殊的海洋核心配套重型裝備。

1 項目概述

2000T自升式風電安裝平臺是一艘具有2000噸起重能力的自升式風電安裝平臺，用于8MW海上風電機組吊裝，并兼顧8MW基礎(chǔ)樁安裝。該平臺能涵蓋國內(nèi)“雙十”標準（離岸10公里、水深超過10米）的海上風電場風電機組設(shè)備施工；起重機最大吊重能力為2000T，主甲板以上吊高120m，工作時水面以上總吊高最大可達160m；平臺站立作業(yè)時可變載荷可達1萬噸，可用甲板面積為3000平方米，能滿足3套8MW風機的運輸。在項目實施過程中，對滿足海上風電安裝平臺的關(guān)鍵核心部件，如起重機結(jié)構(gòu)、抱樁機、平臺升降系統(tǒng)[3]、電控系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)開展研究，形成自主知識產(chǎn)權(quán)。該項目具有以下特點：

圖1 2000T自升式風電安裝平臺

1）集海上打樁、吊重運輸、工程安裝和風電場維護多功能于一體，提高工作效率，節(jié)約成本。

2）超大的起重能力（達2000噸）和超大的起升高度（達12 0米），可以滿足未來10年內(nèi)中國海上風電施工作業(yè)的需求。

3）起重機臂架采用包容式節(jié)點，降低疲勞應(yīng)力 2/3，高可靠，可大大減少疲勞應(yīng)力約30%，提高了桁架的整體可靠性。

4）采用冷軋薄壁重載滑輪，繩槽經(jīng)淬火硬度可達HRC50左右，抗磨損，可終身不更換。滑輪腔采用密閉裝置，3年不加油。采用上述技術(shù)措施，可大大減少對滑輪的維護，方便用戶使用，節(jié)約維護成本。

5）有足夠大的居住面積（定員108人）和超大的甲板面積（容物面積達3000 平方米），讓船員在平臺上住得舒心、用得順心。

6）起重機端部采用可張開滑輪組，張角大不磨損滑輪槽，適合平吊長大件，可直接翻樁，保證翻樁作業(yè)的順利實施。

7）抬升機構(gòu)的齒輪經(jīng)過淬火，其表面硬度達HRC48以上，抗戶外惡劣環(huán)境的磨損。采取上述技術(shù)措施，齒輪與齒條的使用壽命有效延長到與平臺同等的使用壽命。

8）船艏艉設(shè)有動力定位系統(tǒng)，便于迅速定位。在施工作業(yè)時，可實現(xiàn)短距離的移船，不再需要使用拖輪來移船，可提高工作效率、節(jié)約生產(chǎn)成本。

9）采用了直徑12米的超大回轉(zhuǎn)軸承，可承載4000噸，為世界首創(chuàng)。國內(nèi)首次生產(chǎn)這么大的回轉(zhuǎn)軸承，此次成功應(yīng)用，提升了我國在該領(lǐng)域的設(shè)計與制造水平。

10）齒條抬升機構(gòu)設(shè)置扭矩傳感器，可精確顯示實時載荷。

2 質(zhì)量技術(shù)研究內(nèi)容

自升式風電安裝平臺屬于定制產(chǎn)品。新產(chǎn)品研發(fā)往往需要相對應(yīng)的工藝研發(fā)，并為新產(chǎn)品生產(chǎn)開發(fā)配套的生產(chǎn)技術(shù)。由于龍源振華2000T自升式風電安裝平臺集眾多科技創(chuàng)新、先進技術(shù)于一體，諸多建造難點帶來了巨大的壓力和挑戰(zhàn)，因此急需一套工藝技術(shù)研發(fā)方法以達成技術(shù)創(chuàng)新目標，實現(xiàn)重大工程交付，進而提高企業(yè)效益和社會效益。

通過精心策劃，該項目將工藝研發(fā)過程分為組織、實施、評價、驗證四個階段，從前端策劃布局、解決風險矛盾沖突、評審程序控制、實施改進過程導(dǎo)入多種質(zhì)量技術(shù)工具，以與工藝實施過程相結(jié)合的方式，建立了全方位保障式工藝實施體系。

2.1 前端策劃組織

圖2 全方面保障體系

采用IPD矩陣式方法，跨部門建立項目工藝研發(fā)組織架構(gòu)。基于TRIZ理論將重型絞吸挖泥船核心部位逐一分解為三級子系統(tǒng)，再用將大系統(tǒng)分解為子系統(tǒng)的方式分析問題。同時，以客戶滿意為目標導(dǎo)向，詳細策劃分析各項質(zhì)量需求。

2.2 技術(shù)創(chuàng)新開發(fā)

大型自升式風電安裝平臺在國內(nèi)尚屬首創(chuàng)，無任何可參考經(jīng)驗，項目結(jié)合FMEA分析，基于QFD質(zhì)量功能展開及TRIZ發(fā)明理論，對設(shè)計及工藝中技術(shù)特征、質(zhì)量特征、客戶需求特征進行深層次研究，分析生產(chǎn)制造能力明確存在的實際問題，建立物-場模型，運用三維設(shè)計系統(tǒng)建立模型，進行受力計算，形成了標準解決技術(shù)沖突的路線，輸出關(guān)鍵工藝方案28項。

2.3 方案評審

以內(nèi)部、外部、專家級逐級多層次評審，全方位利用國家標準、行業(yè)規(guī)范、國內(nèi)外經(jīng)驗教訓(xùn)數(shù)據(jù)庫，通過采用SWOT分析法評價工藝方案的適用性、經(jīng)濟性、先進性、可操作性，對工藝實施所需的人員資質(zhì)、工裝設(shè)備、材料性能、施工方法、環(huán)境資源、檢測檢驗、應(yīng)急預(yù)防等環(huán)節(jié)進行全過程合理分析，建立了關(guān)鍵工藝評審體系，有效降低了工藝實施過程中的風險，確保產(chǎn)品施工過程中的質(zhì)量，保障施工現(xiàn)場的順利推進。

2.4 驗證優(yōu)化

以SMART目標管理法，將施工工藝進行分解，提前策劃生產(chǎn)準備、人力保障、資源計劃，對工序策劃、計劃管理進行精準把控，縱向延伸到設(shè)計、物資、制造、加工、安裝、檢驗全過程各個環(huán)節(jié)，橫向拓展到各部門、各崗位，通過細化、分解落實各層級、各單元職責，施工前再次組織質(zhì)量工藝交底，推演每個活動步驟，使操作流程、控制要點深入貫徹每位參與人員心中。通過檢驗人員的現(xiàn)場監(jiān)督，嚴格把關(guān)，有效保障了項目抬升結(jié)構(gòu)的制作及加工、樁腿吊裝合攏、高強度鋼焊接與殘余應(yīng)力降低等全部關(guān)鍵質(zhì)量技術(shù)的具體實施，高質(zhì)量、高標準完成了高難度項目的建造。

通過運用上述質(zhì)量技術(shù)，完成了2000T自升式風電安裝平臺抬升系統(tǒng)，起重機、抱樁器等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的工藝開發(fā)和建造以及關(guān)鍵焊接質(zhì)量控制，成功填補了國內(nèi)大型自升式風電安裝平臺建造質(zhì)量技術(shù)的空白。

3 創(chuàng)新亮點

本平臺的創(chuàng)新亮點主要包括：

圖3 工藝實施體系

1）基于多種質(zhì)量管理方法及工具，構(gòu)建了自升式風電安裝平臺項目全方位工藝保障體系，形成專項工藝文件28篇。

2）基于FMEA理論分析了抬升系統(tǒng)的風險點，運用TRIZ和SWOT的質(zhì)量技術(shù)管理系統(tǒng)理論，保質(zhì)保量完成了建造。

3）利用TRIZ和SMART管理技術(shù)工具完成了抬升框架結(jié)構(gòu)制作與加工的工藝、樁腿結(jié)構(gòu)建造及合攏工藝。

4）使用SMART方法，對目標分解、過程控制、過程檢測、工序策劃與計劃管理進行合理的把控。

4 結(jié)束語

2000T自升式風電安裝平臺關(guān)鍵工藝的質(zhì)量技術(shù)研究，其最大的難點不在于上述某一項技術(shù)發(fā)明或創(chuàng)新，而是整個平臺在實際建造過程中關(guān)鍵工藝的研究。振華重工利用自身在海工領(lǐng)域的科技研發(fā)和制造經(jīng)驗優(yōu)勢，創(chuàng)新建立了全方位保障式工藝實施體系。其研制對促進我國風電建設(shè)、振興我國海洋工程裝備設(shè)計建造具有重大意義。