РУКОВОДСТВО ПО ПРИМЕНЕНИЮ · МОРСКАЯ И МОРСКАЯ ОТРАСЛЬ · ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПОДЪЕМНЫЕ ЦИЛИНДРЫ
Самоподъемное судно
Гидравлические подъемные цилиндры
Подъем ног · Карман · Штормовой замок
Гидравлическая система подъема на самоподъемном судне является одной из самых сложных инженерных задач в морской нефтегазовой отрасли. Крупное судно, предназначенное для установки ветряной турбины, должно поднимать корпус весом 20 000 тонн над водой на трех или четырех решетчатых опорах — каждая опора приводится в движение несколькими цилиндрами, работающими синхронно через реечно-зубчатый или прямой привод. Эти цилиндры должны удерживать корпус в поднятом положении, противодействуя нагрузкам от штормовых волн в течение недель или месяцев, а затем опускать его с миллиметровой точностью для транспортировки по морю. В данном руководстве рассматриваются инженерные аспекты, требования к классификации и программа обслуживания подъемных цилиндров самоподъемных судов.
Предварительная загрузка Spudcan
Штормовой шлюз
ПОДЪЕМНЫЕ ЦИЛИНДРЫ · ПРИМЕНЕНИЕ В КАЧЕСТВЕ ПОДЪЕМНОГО СУДНА · ИЮЛЬ 2026
СПРАВОЧНАЯ ИНФОРМАЦИЯ · ПАРАМЕТРЫ ЦИЛИНДРА ПОДЪЕМНОЙ ОПОРЫ
ДИАПАЗОН ДИАМЕТРА СТВОЛА
200–500 мм
В подъемных платформах для морских ветроэнергетических установок используются самые большие подъемные цилиндры — диаметром до 500 мм на судах для подъема тяжелых грузов.
СИСТЕМНОЕ ДАВЛЕНИЕ
28–35 МПа
Технические требования к морским платформам высокого давления: каждый цилиндр должен создавать усилие подъема опоры в сотни тонн.
КЛАССИФИКАЦИЯ
DNV / ABS / BV
Для всех самоподъемных судов требуется одобрение классификационных обществ, контролирующих их системы подъема — DNV GL, ABS, Bureau Veritas или Lloyd's Register.
ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ УДЕРЖАНИЯ
Недели–месяцы
Для установки морских ветротурбин необходимо, чтобы корпус оставался в поднятом положении на протяжении всего процесса монтажа — функция штормового шлюза имеет важное значение.
РАЗДЕЛ 01
Типы самоподъемных судов и обзор подъемных систем
В оффшорном секторе доминируют три категории самоподъемных судов, каждая из которых имеет различные требования к грузоподъемности и условиям эксплуатации:
Бурение нефтегазовых скважин
Классическая треугольная трехногая конструкция. Вес корпуса 5000–15000 т. Рабочая глубина воды до 170 м. В системах подъема опор обычно используется реечно-зубчатый привод, при этом подъемный цилиндр обеспечивает усилие зацепления зубьев шестерни, а не полную тягу подъема — реечно-зубчатый привод несет структурную нагрузку, а цилиндр обеспечивает захват и контроль положения. Срок службы на одном объекте: от нескольких недель до нескольких месяцев.
УСТАНОВКА ВЕТРОТУРБИН
Современные четырехногие суда, специально построенные для морской ветроэнергетики. Вес корпуса 15 000–40 000 т. Более крупные опорные стойки и более высокие предварительные нагрузки, чем у нефтегазовых установок, для поддержки динамических нагрузок крана во время установки турбин. Система подъема должна обеспечивать точное выравнивание корпуса во время работы крана — неконтролируемый наклон корпуса более чем на 0,3° может поставить под угрозу кран и компоненты турбины. Это наиболее сложная задача для гидравлических цилиндров в современных программах строительства морских сооружений.
РАЗМЕЩЕНИЕ / ОБСЛУЖИВАНИЕ
Самоподъемные плавучие жилые платформы и платформы для проведения ремонтных работ. Меньший вес корпуса по сравнению с монтажными судами, но длительный период непрерывной удержания на месте — некоторые самоподъемные платформы остаются на месте от 2 до 5 лет. Система подъема опор должна постоянно поддерживать высоту корпуса, противодействуя приливам, термическому расширению и оседанию грунта. Штормовые запорные цилиндры особенно важны при таких длительных развертываниях.
РАЗДЕЛ 02
Проектирование цилиндров для подъемных механизмов с опорой для ног.
Для подъемных систем используются две основные гидравлические архитектуры — система непрерывного домкратирования (реечная передача) и система последовательного подъема с помощью цилиндров (захват-поршень). Каждая из них предъявляет разные требования к гидравлическим цилиндрам:
СТОЙКА &
ШЕСТЕРЕНЧАТЫЙ ПРИВОД
Опора проходит через подъемный механизм, содержащий несколько шестерен с электроприводом, входящих в зацепление с зубчатой рейкой на хорде опоры. Гидравлические подъемные цилиндры в этой системе используются в качестве: (а) приводов зацепления шестерен — небольших цилиндров, прижимающих каждую шестерню к рейке; (б) цилиндров блокировки против вращения — фиксирующих опору от вращения во время подъема; и (в) цилиндров фиксации (штормовой блокировки) — зажимающих опору после того, как корпус находится в рабочем положении. Усилие подъема передается через зубья зубчатой рейки, а не непосредственно через подъемные цилиндры.
ЗАХВАТ И
ПОДЪЕМНЫЙ ЦИЛИНДР
Система последовательного захвата использует большие гидравлические цилиндры в качестве основных приводов подъема. Две пары захватов (верхний и нижний) поочередно зажимают хорду опоры, в то время как большой центральный цилиндр выдвигается или втягивается для продвижения опоры или корпуса. Когда цилиндр полностью выдвинут, нижний захват срабатывает, верхний захват освобождается, цилиндр втягивается, верхний захват снова срабатывает, и последовательность повторяется. В этой системе используются самые большие отдельные подъемные цилиндры среди всех морских применений — диаметр 300–500 мм, ход 1500–3000 мм, создающие усилие 2000–8000 кН на цилиндр. Типичная установка: 4–8 подъемных цилиндров на опору, 3–4 опоры на судно.
Для подъемных цилиндров, используемых на морских платформах и требующих документации классификационного общества — DNV, ABS, Bureau Veritas или одобрения Lloyd's Register — требуется следующее: подъемный цилиндр В ассортимент входят конфигурации с пакетами сертификации материалов и испытаний, необходимыми для применения в морских конструкциях. Для уточнения объема документации свяжитесь с нашей командой инженеров, специализирующихся на морских конструкциях, и с представителями классификационных обществ по диаметру, ходу поршня и объему проходного отрезка.
РАЗДЕЛ 03
Цилиндры для прокола и предварительной нагрузки опорных элементов.
Перед началом монтажных работ на самоподъемном судне каждая опора должна быть предварительно нагружена — намеренно вбита в морское дно до гарантированного уровня проникновения путем приложения силы, превышающей любую силу, которую опора будет испытывать во время работы. Гидравлическая система предварительной нагрузки использует балластную воду в корпусе в сочетании с подъемными цилиндрами опор для приложения этой избыточной нагрузки:
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ НАГРУЗКИ — ПРОЦЕДУРА УСТАНОВКИ ФУНДАМЕНТА НА ОПОРЕ ДЛЯ ПОДЪЕМНОЙ ВЕРШИНЫ
1
Первое касание ногой земли. Корпус поднят на место, все опоры опущены с помощью подъемных цилиндров до тех пор, пока каждая опора не коснется морского дна. Подъемные цилиндры работают в скоординированной последовательности для поддержания дифферента корпуса в пределах ±0,3°.
2
Взлёт корпуса. Все цилиндры подъемного механизма опор одновременно создают восходящую силу, чтобы поднять корпус над водой — теперь весь вес корпуса передается через опоры на сваи и морское дно. Начинается мониторинг проникновения.
3
Предварительная загрузка балласта. Балласт из морской воды закачивается в специальные резервуары предварительной нагрузки, увеличивая вес корпуса, передаваемый через систему подъема опор на опорные сваи — обычно до 1,3–1,5-кратного значения рабочей вертикальной реакции. Дополнительная нагрузка задвигает опорную сваю глубже, пока несущая способность морского дна не сравняется с приложенной силой предварительной нагрузки.
4
Предварительное испытание на прочность. Полное усилие предварительной нагрузки поддерживается в течение минимального периода времени (обычно 1–2 часа в соответствии с требованиями классификационного общества), чтобы подтвердить стабилизацию процесса проникновения. Если проникновение продолжается, значит, несущая способность грунта не достигнута, и необходимо приложить дополнительную предварительную нагрузку.
5
Очистка балласта и воздушный зазор. Предварительно заряженный балласт сбрасывается, корпус поднимается до рабочего воздушного зазора над самой высокой вершиной волны, и включается штормовой шлюз. Теперь систему подъема с помощью цилиндрического домкрата можно перевести в режим технического обслуживания.
РАЗДЕЛ 04
Шлюзовые и противопожарные системы
После того как корпус подъемной платформы поднимается до рабочего воздушного зазора, цилиндры подъема опор переключаются с активного подъема на пассивное удержание нагрузки. Система блокировки от непогоды, которая заменяет гидравлическую систему в качестве элемента, обеспечивающего удержание несущей нагрузки, является наиболее важным с точки зрения безопасности элементом всей системы подъема опор:
ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ
ЗАМОК
После достижения рабочей высоты цилиндры подъемного механизма изолируются путем закрытия их подающих клапанов и активации запорных клапанов высокого давления на каждом порту цилиндра. Запертый в цилиндре масляный столб удерживает корпус в заданном положении. Однако гидравлическая блокировка сама по себе не классифицируется ни одним крупным классификационным обществом как одобренная система защиты от шторма — все цилиндры подъемного механизма со временем подвергаются некоторой внутренней утечке, и месячная морская экспедиция приведет к дрейфу корпуса вниз. Гидравлическая блокировка является первым барьером; механическая блокировка — это обязательная основная структурная фиксация.
МЕХАНИЧЕСКИЙ
ШТОРМОВАЯ ШЛЮЗА
Механический штормовой замок обеспечивает надежное механическое соединение между опорой и конструкцией корпуса — как правило, это штифт или клин, гидравлически ввинчиваемые в соответствующее углубление в поясе опоры или рейке. После зацепления штормовой замок передает все усилия от опоры к корпусу через механическое соединение, полностью освобождая подъемные цилиндры опор от их конструктивной функции. В режиме штормового замка подъемные цилиндры несут только вес внутренних компонентов — вся нагрузка от окружающей среды (волны, ветер, течение) проходит через штифты штормового замка. Правила классификации требуют наличия двух независимых механических штормовых замков на каждой опоре, каждый из которых способен выдерживать 1001 тонну расчетной нагрузки без другого.
МОНИТОРИНГ
& ТРЕВОГА
Современные самоподъемные суда непрерывно контролируют давление в цилиндрах подъема опор, состояние зацепления шлюзового затвора, наклон корпуса и глубину проникновения опор в течение всего периода работ. Любая аномалия — неожиданное изменение давления в контуре цилиндра подъема, частичное разъединение шлюзового затвора, отклонение дифферента корпуса или продолжение проникновения опор — вызывает тревогу в диспетчерской морской станции. Непрерывный мониторинг дополняет механический шлюзовой затвор, обеспечивая ситуационную осведомленность о состоянии фундамента и структурной целостности в режиме реального времени на протяжении всей кампании.
РАЗДЕЛ 05
Классификация и требования к сертификации материалов
Цилиндры подъема опор самоподъемных платформ судов являются конструктивными элементами в соответствии с правилами классификационного общества — они рассматриваются не как обычные гидравлические компоненты, а как часть системы обеспечения безопасности судна. Требования к документации отражают этот повышенный статус:
| ДОКУМЕНТ | ОБЪЕМ | ОРГАН, ВЫДАВШИЙ ДОКУМЕНТ |
|---|---|---|
| утверждение проекта | Чертежи цилиндров, результаты конечно-элементного анализа, расчеты давления — все проверяется и утверждается до начала производства. | Эксперт по оценке недвижимости DNV / ABS / BV / LR |
| Сертификаты материалов EN 10204 3.2 | Полный химический анализ и механические испытания каждой партии стали, использованной в стволе, торцевых крышках, штоке и поршне, — заверены классификационным инспектором. | Металлургический завод + подпись геодезиста |
| Квалификация процедуры сварки | Все сварные швы выполнены в соответствии с утвержденной технологической картой сварки (WPS), сварщики квалифицированы по применимому стандарту (ISO 9606 или ASME IX), имеются записи о неразрушающем контроле для всех сварных швов. | Контроль качества на производстве + инспектор |
| Испытание под давлением в присутствии наблюдателя | 1,5× WP, минимум 30 мин, нулевая утечка — присутствие эксперта и его подпись на сертификате испытаний. | Классификационный инспектор |
| Сертификат об окончании учебного заведения | Окончательный сертификат, подтверждающий соответствие цилиндра лифта всем применимым нормам для предполагаемого режима эксплуатации. | головной офис классификационного общества |
Для цилиндров морских подъемных буровых установок, требующих полного одобрения DNV, ABS, Bureau Veritas или Lloyd's Register с сертификацией материала 3.2 и контролируемыми испытаниями, морской гидравлический цилиндр В ассортименте представлены конфигурации с полным пакетом документации классификационного общества. Сроки поставки одобренных классификационным обществом подъемных цилиндров для морских буровых платформ обычно составляют 16–26 недель с момента утверждения проекта — свяжитесь с нашей командой специалистов по морским буровым платформам заранее, чтобы убедиться, что документация соответствует графику поставки судна.
РАЗДЕЛ 06
Интервалы обслуживания и осмотра цилиндров для морских лифтов
Интервалы технического обслуживания определяются графиком классификационных освидетельствований судна. Программа включает ежегодное освидетельствование, промежуточное освидетельствование (2,5 года) и специальное периодическое освидетельствование (5 лет):
ЕЖЕГОДНЫЙ
Визуальный осмотр всех открытых поверхностей штока и цилиндра на предмет коррозии, царапин или повреждений покрытия. Функциональная проверка всех цилиндров подъема опор в полном ходе с контролем давления. Проверка работы блокировки в штормовом режиме. Отбор пробы гидравлического масла из подъемного контура для анализа на чистоту по стандарту ISO и содержание воды. Проверка моментов затяжки всех соединений портов подъемных цилиндров. Результаты занесены в журнал обследования.
2,5 года
Промежуточный осмотр с частичной разборкой как минимум одного подъемного цилиндра на каждой опоре (инспектор может выбрать, какой именно). Измерение толщины хромового покрытия штока вихретоковым методом. Осмотр и замена сальникового уплотнения при обнаружении износа. Полное функциональное тестирование с имитацией нагрузки. Присутствие классификационного инспектора для осмотра и подтверждения сертификата. Замена гидравлической жидкости во всех контурах подъема опор.
5 ЛЕТ (SPS)
Специальная периодическая проверка — полная разборка всех цилиндров подъемного механизма. Измерение диаметра поршня, толщины хромового покрытия штока, неразрушающий контроль сварных швов (УЗК или магнитопорошковая дефектоскопия всех сварных швов), замена поршневого уплотнения, полная сборка и контролируемое испытание под давлением, в 1,5 раза превышающим рабочее давление. Классификационный инспектор подписывает все сертификаты испытаний. Любой цилиндр с увеличенным диаметром поршня или толщиной хромового покрытия штока ниже минимально допустимой должен быть отремонтирован или заменен до возвращения судна в эксплуатацию. Специальная периодическая проверка дает подъемному цилиндру возможность подтвердить еще один 5-летний период классификации.
Часто задаваемые вопросы по применению приложения
Вопросы по цилиндрам подъемных механизмов
Q01
Цилиндр подъемного механизма опоры показывает гидравлический дрейф — положение корпуса медленно меняется во время плавания. Какие действия необходимы?
Если корпус дрейфует при включенном механическом штормовом замке, то сам замок правильно воспринимает структурную нагрузку, и гидравлический дрейф в системе подъема не представляет угрозы для безопасности конструкции — внутренняя утечка в подъемном цилиндре не вызывает смещения корпуса, поскольку корпус удерживается механическим замком. Правильным действием является фиксация скорости утечки в журнале технического обслуживания, мониторинг ее увеличения и планирование замены уплотнений при первой же возможности, когда доступ к цилиндру будет безопасным без ущерба для опоры корпуса. Если не удается подтвердить полное включение штормового замка, или если судно находится в режиме подхода к порту или транзита, когда механический замок не включен, гидравлический дрейф в подъемном цилиндре опоры является отказом системы подъема, требующим немедленного расследования и устранения до продолжения любых операций подъема. Различие между «дрейфующим корпусом при включенном штормовом замке» и «дрейфующим корпусом без подтвержденного включения штормового замка» — это разница между проблемой технического обслуживания и аварийной ситуацией.
Q02
Возможно ли отремонтировать поврежденное уплотнение на цилиндре подъемного механизма, не выводя подъемную опору из эксплуатации, пока судно находится на объекте?
Только если оставшиеся на данной опоре подъемные цилиндры могут совместно поддерживать требуемую опорную нагрузку, пока неисправный узел изолирован для ремонта, и только если механический шлюзовой затвор может выдерживать полную нагрузку опоры в течение периода ремонта. Инженерная оценка должна подтвердить: (а) что оставшиеся на данной опоре цилиндры и шлюзовой затвор вместе соответствуют требованиям к условиям нагрузки, указанным в анализе подъема судна; (б) что неисправный подъемный цилиндр может быть изолирован без нарушения работы шлюзового затвора; и (в) что ремонт может быть завершен в пределах допустимого диапазона рисков до ухудшения условий окружающей среды. На практике ремонт уплотнений подъемного цилиндра на месте эксплуатации встречается редко и сопряжен со значительным риском — большинство операторов предпочитают смириться с контролируемой утечкой и продолжить работу до конца кампании, а затем выполнить ремонт на верфи во время следующего планового дока. Решение должно быть принято с участием морского суперинтенданта судна, инспектора классификационного общества и инженера производителя подъемной системы до начала любых работ.
В 03
Каков типичный срок поставки сменных цилиндров для подъемных опорных домкратов, имеющих соответствующую сертификацию?
Для изготовления и поставки сертифицированных классификационных цилиндров для подъемных опор морских самоподъемных платформ обычно требуется от 16 до 28 недель с момента размещения заказа, в зависимости от диаметра и квалификации классификационного общества. Сроки определяются процессом подготовки документации: представление проекта в классификационное общество (3–5 недель на рассмотрение), заказ и испытание материалов по стандарту EN 10204 3.2 (6–10 недель), изготовление (8–12 недель для крупногабаритных установок) и планирование испытаний под давлением в присутствии инспектора (1–3 недели в зависимости от доступности инспектора). Суда, приближающиеся к дате сдачи в эксплуатацию, должны размещать заказы на замену подъемных цилиндров не менее чем за 8–10 месяцев до требуемой даты поставки, чтобы обеспечить достаточный запас времени в графике подготовки документации и изготовления. Ускорение поставок в последний момент возможно, но обычно удваивает стоимость и не всегда осуществимо в рамках графика судна.
Q04
Отличаются ли требования к защите от коррозии цилиндра подъемного механизма для морских буровых платформ от требований к стандартному цилиндру промышленного или мобильного оборудования?
Да, это существенно. Цилиндр подъемного механизма опоры самоподъемного судна, работающий в условиях морской среды, постоянно подвергается воздействию солевого тумана, волнового воздействия, ультрафиолетового излучения, а также — для тех частей опоры и цилиндра, которые погружены в воду во время транспортировки — полному погружению в морскую воду. Внешнее покрытие должно выдерживать не менее 1000 часов воздействия солевого тумана (ISO 9227 NSS) — по сравнению с 200–480 часами для промышленного или мобильного оборудования. Стандартная спецификация для морских конструкционных цилиндров включает: пескоструйную очистку по ISO 8501-1 Sa 2.5, грунтовку из силиката цинка (толщина слоя 20–40 мкм), промежуточный слой из эпоксидной смолы с высокой толщиной покрытия (толщина слоя 100–150 мкм) и верхний слой из полиуретана или изоцианата (толщина слоя 75–100 мкм). Общая толщина слоя не менее 200–290 мкм. Защитное покрытие поверхности штока — это твердое хромирование с минимальной толщиной 50–70 мкм (вдвое больше стандартной промышленной спецификации) или нанесение карбида вольфрама методом высокоскоростного газопламенного напыления (HVOF) в тех случаях, когда ожидается воздействие волн в зоне разбрызгивания. На монтажной конструкции цилиндра, на опорах, которые регулярно погружаются в воду во время транспортировки, устанавливаются жертвенные цинковые аноды. Для каждого морского цилиндра необходимо документировать спецификацию покрытия и проверять метод нанесения инспектором по покрытиям во время производства — разрушение покрытия в морских условиях происходит с такой скоростью, что подкрашивание в процессе эксплуатации становится затруднительным, а развитие структурной коррозии представляет собой реальный риск в течение периода классификационного обследования, если первоначальная спецификация была неадекватной.
ПОСТАВКА ЦИЛИНДРОВ ДЛЯ МОРСКИХ ПОДЪЕМНЫХ ЛИФТОВ
Ищете сертифицированные цилиндры для подъемных механизмов?
Наша команда инженеров, работающих на шельфе, поставляет продукцию, одобренную классификационным обществом. лифтовые цилиндры Для подъема опорных стоек и применения в системах защиты от штормов — с пакетами документации DNV, ABS, BV и LR, а также с подтвержденными испытаниями.
Редактор: Cxm
