海上风电导管架卧式建造精度控制技术研究

海上风电导管架卧式建造精度控制技术研究

郑明煌

（中能建华南电力装备有限公司，广东广州，510000）

摘要：海上风力发电机组在海里面的四桩导管架主体结构主要由四根主柱、斜撑、水平撑组成。各撑管之间、撑管与主柱之间均为相贯连接，焊缝要求高，对管接头的相贯线切口及其坡口加工精度要求很高，对部件的组装精度要求更高。如组装精度达不到要求，负差大多要报废整个部件，正差大多要在高空对部件接口部分进行难度极大的切割修整。

关键词：海上风电，导管架，卧式建造，精度控制

前言：项目要建造当时国内最大中心轴距的非嵌岩式导管架，中心轴距28米，高度50米。根据海边码头建造现场地面条件，和海上施工船工装情况。项目决定导管架卧式建造。导管架此前都是立式建造为主，卧式建造前工序工件下料、零件组装焊接和小组和立式建造一样。后面的中组、大组和立式建造不一样。这为部件组装时精度控制还新的挑战。

海上风力发电机组在海里面的四桩导管架主体结构主要由四根主柱、斜撑、水平撑组成。各撑管之间、撑管与主柱之间均为相贯连接，焊缝要求为 I级焊缝，检测要求为100%（UT+MT），受施工条件限制，无法采用双面焊接，因此对管接头的相贯线切口及其坡口加工精度要求很高，对部件的组装精度要求更高。如组装精度达不到要求，负差大多要报废整个部件，正差大多要在高空对部件接口部分进行难度极大的切割修整。

最关键的导管架侧片车间（预）拼装、导管架主体外场拼装，下面就这两种情况分别进行研究。

一、导管架侧片车间（预）拼装精度控制

导管架主柱及撑管制作完成并复测检验合格后，转入车间进行侧片预拼装，侧片拼装精度是否合格将直接决定导管架外场立拼的精度。车间侧片拼装控制重点是保证侧片主柱开档尺寸、对角线尺寸、整体直线度。精度控制措施主要有：

（1）对称划出散装侧片的预拼装地样线；根据地样线布置胎架，并将胎架调平，胎架整体水平度要求 ±3mm；预拼装开档尺寸需加放 10mm 焊接收缩量，尺寸检查无误后，手工切割各个节点处的相贯坡口（切割时务必保证精度），并在对接处做好样冲标记，以便后续立拼安装。检验内容包括：椭圆度、直线度（至少两个方向）、周长、长度、纵缝扭转。

（2）预制TKY接头，预拼合格后，将散装侧片撑管转运至总拼工位，主柱重新调整角度和位置，准备进行整体安装侧片的拼装；根据施工图要求划出整体安装侧片拼装地样线；将主柱吊装至拼装胎架，一侧主柱胎架与地面刚性固定，另一侧胎架预留 500mm 调整间隙；分别将横撑、斜撑等吊装到胎架上既定位置，调整合格后将另一侧立柱调整到位；检查侧片上下两端开档尺寸，预留焊接收缩量，要求上下两端开档差±3m。检验内容包括：短节管端部的位置度、垂直度。

测量方法：两端主管端面最高点、最低点打样冲，并检查是否对称，KTY工装提前摆放到设置位置，用两端加厚段各自中心反到最高点做出表皮节点，并以此连线作为基准线，用全站仪测量基准线、短节管端面数点并模拟圆心检查短节管圆心的位置度（垂直度）。

TKY接头测量示意图

二、导管架主体外场拼装精度控制

（1）预制侧片，划出导管架立体拼装地样线，地样线划线偏差±0.5mm；根据地样线布置立体拼装胎架，并调整胎架整体水平，胎架水平度要求 ±2mm。使用膨胀螺栓将胎架与地面固定；将整体侧片吊装到胎架既定位置进行定位，调整侧片使得侧片主管中心线与地样线相对应，此时侧片落位；使用预制好的挡靠工装将主管固定在胎架上，然后将事先挂好揽风绳拉紧，并固定在配重块上。检验内容包括：跨距、对角、水平、角度、直线度。对于结构简单的X、Y、K形片，可以使用钢尺配合余弦定理控制尺寸，对尺寸较大的侧片，可用全站仪进行测量，同时复查高空安装马鞍口处180°线位置的准确性及端部尺寸。

测量方法：用全站仪测量侧片管A、B、C、D、O各点的相对位置、水平、直线度、角度。

侧片体测量位置示意图

（2）预制大片，利用同样的方法对整体大片进行定位，并固定好；测量大片的定位尺寸，两个大片开档尺寸偏差 ≤10mm；两个大片平行度偏差小于等于3mm（需取多点测量）,两个大片垂直度偏差≤ 5mm；两个大片上端面整体平面度偏差 ≤ 3mm（以 -4.5m 高程线为基准测量）。检验内容包括：跨距、对角、水平、角度、直线度，J型管端部的前后相对位置尺寸。

测量方法：使用全站仪测量各侧片管轴线和主管轴线交点I、J、K、L、M、N、O、P坐标；使用全站仪测量主管轴线和侧片管轴线交点A、B、C、D、E、F、G、H坐标。这个是两种方法，一种是基准点做在侧面，一种是做在顶面。现场根据实际情况选其中一种方法就行。根据轴线交点坐标测量开档：DH、AE尺寸；测量侧片管轴线LO和主管轴线AD夹角。

大片体测量位置示意平面图              

（3）上部导管架组装， 散装侧片拼装步骤：安装底部横撑→对称安装两个散装侧片斜撑→安装顶部横撑→安装上口水平斜撑；散装侧片安装完成后，根据焊接工艺规程（WPS）进行整体对称焊接各撑管。检验内容包括：测量各测量点的坐标、跨距、对角、水平、角度、直线度，现场直接比对调整，。

测量方法：提前在总装场地建造测量控制点，相邻导管架可以共用，建立如图3- 所示坐标系。使用全站仪测量主管各关键点A、D、E、H坐标。关键点是重点控制与过渡段对接口位置、与下部导管架对接口位置，可相互匹配。组装用 测量点必须在前面预制阶段提前做好；组装时，如果片摆放状态改变，关键测量点就没法进行测量。

上部导管架立体组装测量位置示意图   

（4）下部导管架组装，下部立体拼装精度焊后要求如下：整体高度≤ 6mm，对角线尺寸≤ 5mm；撑管主要结构定位尺寸 ≤ ±2mm；导管架上端面整体平面度≤ 3mm；水平撑定位尺寸≤±3mm；上下水平撑管安装后整体平面度偏差±3mm；侧片开档≤6mm。

检验内容：直接测量各测量点的坐标\跨距、对角、水平、角度、直线度，现场直接比对调整。

测量方法：提前在总装场地建造测量控制点，相邻导管架可以共用，建立如图所示坐标系。使用全站仪测量主管关键点A、B、C、D、E、F、G、H坐标。重点控制与吸力筒对接口位置D、H；与上部导管架对接口位置，可相互匹配，对接管口测量关键点增加十字板条，在板条上找最优圆心点坐标，在圆心贴反射片。控制点形式不限，稳固即可组装用 测量点必须在前面预制阶段提前做好。组装时，如果片体摆放状态改变，关键测量点就没法进行测量。

导管架卧式立体组装测量示意图

（5）过渡段组装精控。总组过渡段吊装使用立式吊耳，过渡段水平≤±5mm，法兰水平≤3mm，过渡段端面平面度（2mm 以内），过渡段端面垂直度（2mm 以内），外周长（建议 5mm 以内），椭圆度（小于 5mm），过渡段与导管腿焊接2/3板厚才能松钩。

检验内容包括：底板、盖板水平；立管位置度、高度、垂直度；筒：位置度、周长、圆度、椭圆度、高度、平行度、倾斜度、同心度、上口水平。

测量方法：用水准仪测底板、盖板水平；底板、盖板提前划线，把立管、筒体的被交位置划线，并提前做检验点；用全站仪或盘尺、线坠测立管的位置度、高度、垂直度；筒体的测量方法、尺寸控制要点同吸力筒一样；筒体上标识0°,90°, 180°, 270°并打样冲，将来对接法兰、内部附件安装要用；在立管外侧如下图所示方向做测量基准点，总装测量用。筒体上口将来与TP法兰对接，水平要求2mm以内。

                        过渡段组装精控测量示意图

三、结论与建议

项目根据以上精度控制技术，建造完成四套国内最大中心轴距中心轴距28米，高度50米，非嵌岩式导管架。最后总体尺寸验收，尺寸精度都达到验收要求。证明此技术可靠性。

导管架总体尺寸验收要求如下：

①导管架的顶部任意相邻二导管中心距离误差要在±10mm内，其他水平平面内的任意二导管的中心距离误差要在±15mm内；

②拉筋的组对偏差要在±10mm内，任意拉筋两端位置相对误差要在±10mm内；

③导管架导管的顶端标高误差在±10mm内，但导管架顶端的相对误差要小于或等于10mm；

④导管架任何平面内的对角线相对之差要小于或等于15mm；

⑤导管加厚段的位置误差要小于或等于25mm；

⑥固定在已经涂漆部位上的临时附件，应在去除临时构件后将漆涂补上；

⑦施工中所用的临时吊点和临时加强构件，用后应去掉时不应采用锤击方法，应在距母材3mm的距离上用气炬割除，并用砂轮打磨，使其与母材光滑平齐；

⑧过渡段将军柱沿长度方向的任何一点中心不应偏离优化节点线超过 12mm；

⑨基础顶法兰外形尺寸允许偏差（焊后）可见表1。

表1基础顶法兰外形尺寸允许偏差（焊后）

验收结果如下：

参考文献：

［1］马红旗.海洋平台对接安装精度控制分析与应用.［J］石油和化工设备-技术交流，2020年第23卷.62-66

［2］钱燕燕.海上升压站下部基础导管架制作精度控制研究. ［J］现代制造技术与装备.2018 第4 期.64-66

［3］中华人民共和国住房和城乡建设部 .GB 50661-2011 钢结构焊

接规范 [S]. 北京：中国标准出版社，2011