鉆井船多島并行建造技術(shù)

(上海外高橋造船有限公司,上海 200137)

在引入成組技術(shù)的現(xiàn)代造船模式下，一般將船舶主船體劃分成若干個(gè)分段進(jìn)行建造，部分分段組成總段，依次吊裝進(jìn)入船塢完成整船的建造[1]。為了給機(jī)艙區(qū)域提供更多的舾裝時(shí)間，船塢內(nèi)建造一般由艉部開始，逐步向艏部完成搭載。鉆井船內(nèi)部設(shè)備眾多，全船舾裝工作量大，最后搭載完成的艏部還需大量時(shí)間完成舾裝，占用船塢時(shí)間長，難以提高建造效率。因此需要引入并行建造技術(shù)，將鉆井船主船體劃分為3個(gè)獨(dú)立區(qū)域，各區(qū)域同時(shí)進(jìn)行結(jié)構(gòu)建造和舾裝工作，在3個(gè)獨(dú)立區(qū)域建造完成后，以舯半島區(qū)域?yàn)榛鶞?zhǔn)，艏半島和艉半島采用巨型總段移位技術(shù)，向舯半島區(qū)域合攏，最終完成整船的建造。

1 鉆井船建造方法

在鉆井船建造過程中，主船體劃分成多個(gè)分段，分別在車間內(nèi)進(jìn)行建造，分段完工后在船臺(tái)或船塢內(nèi)依次吊裝搭載完成整船結(jié)構(gòu)建造，并完成舾裝工作[2]。主要的鉆井船建造方法有水平建造法、總段建造法和多島并行建造法。采用該方法建造時(shí)將主船體劃分為幾個(gè)獨(dú)立的區(qū)域，各個(gè)區(qū)域之間預(yù)留一定距離并保持相對(duì)獨(dú)立，分別進(jìn)行結(jié)構(gòu)建造和舾裝工作。在每個(gè)區(qū)域都建造完工以后，使用巨型總段移位設(shè)備，將各個(gè)區(qū)域進(jìn)行移位并最終合攏，完成整船的建造[3]。多島并行建造法代替了以往的船臺(tái)串行作業(yè)，減少了分段堆放的等待時(shí)間，大大縮短了船臺(tái)或船塢的占用時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率和船臺(tái)船塢等關(guān)鍵資源的利用率；各個(gè)區(qū)域同時(shí)進(jìn)行施工，相互之間沒有干擾，擴(kuò)大了舾裝涂裝的工作面。缺點(diǎn)是劃分的各區(qū)域重量較大，對(duì)船廠的移位能力依賴程度較高。

根據(jù)多島并行建造技術(shù)的設(shè)計(jì)理念，結(jié)合船廠現(xiàn)有的起重、移位設(shè)備能力及建造工藝，綜合考慮鉆井船的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將鉆井船主船體劃分為三個(gè)區(qū)域進(jìn)行同時(shí)建造[4]。為了方便各個(gè)區(qū)域的施工，區(qū)域之間保持1 m的間隔，相互之間互不干涉保持相對(duì)獨(dú)立，建造完成以后通過移位進(jìn)行整船的合攏。多島并行建造法見圖1。

對(duì)鉆井船主船體進(jìn)行區(qū)域劃分時(shí)，綜合考慮鉆井船的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、各區(qū)域施工工作量的平衡以及劃分區(qū)域的重量，同時(shí)保證舯部鉆臺(tái)區(qū)域的完整以進(jìn)行鉆臺(tái)的裝焊。鉆井船艏半島區(qū)域從FR186+200 m處至船艏，總長約91.2 m，主要包括泥漿池、泥漿泵艙、艏部推進(jìn)器艙等結(jié)構(gòu)，根據(jù)艏部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合船廠的工藝要求，艏半島共劃分為38個(gè)分段，建造時(shí)以艏機(jī)艙為中心展開建造。舯半島的區(qū)域從FR89+200 mm處至FR186+200 mm處，總長約67.9m，主要包括月池、袋裝品間等結(jié)構(gòu)，左右結(jié)構(gòu)基本對(duì)稱，劃分時(shí)考慮舯半島月池大開口區(qū)域的特殊性，舯半島共劃分為40個(gè)分段，建造時(shí)圍繞鉆井區(qū)域?yàn)橹行恼归_建造。艉半島的區(qū)域范圍從尾封板至#89+200 mm處，總長約69.5 m，主要包括機(jī)艙、泵艙、配電間及燃油艙等結(jié)構(gòu)?？紤]到公司分段流轉(zhuǎn)最大長度約為20 m，結(jié)合結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和艙室性能，艉半島共劃分為30個(gè)分段，建造時(shí)圍繞艉機(jī)艙為中心展開建造。最終，將鉆井船主船體劃分為3個(gè)獨(dú)立的區(qū)域和108個(gè)分段，分段及區(qū)域劃分見圖2。

圖2 分段及區(qū)域劃分

2 巨型總段移位工藝

綜合考慮鉆井船舯半島主要包含鉆井區(qū)域，上部需要安裝鉆臺(tái)結(jié)構(gòu)，施工工作量偏大，而且舯半島包含大開口月池結(jié)構(gòu)，容易發(fā)生變形，不適合進(jìn)行移位，因此選取舯半島作為基準(zhǔn)區(qū)域，艏半島和艉半島分別向中部移位，完成整船的合攏[5]。目前巨型總段移位廣泛采用的移位方案主要有4種：分別是動(dòng)力頭運(yùn)輸、氣囊滑移、軌道小車以及使用三維調(diào)整儀設(shè)備，這幾種運(yùn)輸方式對(duì)比見表1。

根據(jù)不同移位方案的優(yōu)缺點(diǎn)，考慮到技術(shù)可行性、資源配置便利性以及成本控制等因素，在廣泛采用的4種移位方案中，選取三維調(diào)整儀方案作為本鉆井船巨型總段移位方案。

綜合考慮艏半島和艉半島的重量重心，以及三維調(diào)整儀單臺(tái)6 000 kN的頂升移位能力，進(jìn)行頂升點(diǎn)的布置。艏半島總重約為118 600 kN，包含結(jié)構(gòu)重量和預(yù)估舾裝重量，進(jìn)行總段移位時(shí)，底部布置24臺(tái)三維調(diào)整儀。

艉半島總重約為100 100 kN，包含結(jié)構(gòu)重量和預(yù)估舾裝重量，進(jìn)行總段移位時(shí)，底部布置21臺(tái)三維調(diào)整儀。艏半島和艉半島在建造時(shí)，塢墩布置需要考慮三維調(diào)整儀頂升的預(yù)留位置及行走路線。艏半島和艉半島移位到位以后，三維調(diào)整儀移出塢底，局部區(qū)域使用塢墩補(bǔ)強(qiáng)。艏半島和艉半島的三維調(diào)整儀布置方案見圖3。

艉半島巨型總段線型較大，使用三維調(diào)整儀進(jìn)行移位時(shí)，需要設(shè)計(jì)支撐工裝，用于支撐線型較大處的外板，由于支撐結(jié)構(gòu)較高，考慮到運(yùn)輸時(shí)的穩(wěn)定性，需要多個(gè)支撐點(diǎn)相互連接，構(gòu)成桁架結(jié)構(gòu)。艉部移位支撐工裝設(shè)計(jì)時(shí)主要支撐構(gòu)件采用300×300H型鋼，斜撐構(gòu)件采用100×100H型鋼，材質(zhì)均為AH36。移位支撐工裝設(shè)置見圖4。

表1 不同巨型總段移位方案的優(yōu)缺點(diǎn)

圖3 艏半島和艉半島的三維調(diào)整儀布置

圖4 艉部移位支撐工裝設(shè)置

3 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核

以預(yù)先規(guī)定的某一計(jì)算載荷為基礎(chǔ)，計(jì)算應(yīng)力σ并與許用應(yīng)力[σ]相比較，檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是否足夠。在巨型總段移位工況下，計(jì)算載荷為總段的重力。

σ≤[σ]=Fy×F.S.

(1)

式中：Fy為結(jié)構(gòu)材料的危險(xiǎn)應(yīng)力，取材料的屈服極限強(qiáng)度;F.S.為安全系數(shù)，根據(jù)載荷工況和變形特征參照規(guī)范選取。參照ABS規(guī)范對(duì)運(yùn)輸工況強(qiáng)度校核的規(guī)定，取0.7[6]。

采用MSC.Patran有限元軟件建立有限元分析模型，運(yùn)用MSC.Nastran軟件進(jìn)行有限元分析[9]，得到的強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 有限元強(qiáng)度校核計(jì)算結(jié)果

通過對(duì)艏半島、艉半島以及支撐工裝進(jìn)行強(qiáng)度校核發(fā)現(xiàn)，在巨型總段移位過程中，主船體結(jié)構(gòu)以及支撐工裝均滿足強(qiáng)度要求。

4 結(jié)論

將主船體劃分為3個(gè)獨(dú)立的區(qū)域進(jìn)行同時(shí)建造，建造完成后使用三維調(diào)整儀設(shè)備進(jìn)行艏艉半島的移位，完成整船的合攏，提高了建造效率。首次采用并行工程理論與鉆井船建造相結(jié)合，充分利用設(shè)備移位能力。在后續(xù)的研究中，可以充分考慮各個(gè)半島的舾裝工作量，優(yōu)化多島的劃分?jǐn)?shù)量及劃分界限，進(jìn)一步提高建造效率。