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摘要：随着我国海洋石油勘探开发及海洋工程领域的不断发展，越来越多的高技术含量、高附加值产品如船舶、平台等海工装备得以开发并投入使用。“胜利十号”是近年中石化集团公司投资兴建的一条自升式钻井平台，是在总结中油海5、6、7、8号等平台设计的基础上，对平台结构和设备布置进行的优化。文章以该类型的平台为例，探讨D80升降装置的制作安装易出现的问题及升降系统操作应注意的事项，以供业内人士参考。
关键词：自升式平台；D80；升降系统；电机
中图分类号：TE34文献标识码：A文章编号：1006-8937（2011）08-0031-03
海上自升式平台在我国海上油田的勘探开发中，占据着非常重要的地位。由于平台远离陆地，环境恶劣复杂，海洋油气开发由于诸多条件的限制处在高度危险的环境中，因此设备的技术含量较高，而且价格昂贵，发生故障造成的损失也较大。升降系统是平台极其重要的组成部分。事实分析证明，自升式平台的事故有一半以上发生在拖航和升降平台的时候。据统计，在所有海上移动式平台中，自升式平台的事故约占全部平台事故损失数量的75%。研究升降系统安装、维护和使用，排除系统故障，对于提高平台的整体安全性能，降低设备维护维修运行费用，减少海上施工作业成本，减少升降船时间，提高海上平台生产效率，避免灾害性事故带来的影响等不良后果都有着非常重要的作用。
2010年5月，大船重工海洋工程公司为中石化胜利海洋钻井公司建造的“胜利十号”自升式钻井平台交付，建造周期12个月。该平台总长75.21m，型宽53m，型深5.5m，作业水深50m，最大钻井深度 7000m，在同一地点可以钻探最多30口井。该平台建成投产后成为胜利海洋钻井公司适用水深最大、施工能力最强的钻井平台。
1胜利十号平台升降系统简介
升降系統装置安装在桩腿和平台主体的交接处，驱动装置使桩腿和主体作相对的上下运动，目前，自升式平台的升降系统大致分为两大类：一类为齿轮齿条式，另一类为液压油缸顶升式。目前应用最为广泛是齿轮齿条式，齿轮齿条式升降平台从动力驱动系统上一般有两种方式：即液压驱动和电驱动。两种方式各有利弊。
液压驱动的优点：液压马达通过减速器驱动小齿轮，小齿轮与桩腿上的齿条啮合带动平台的升降。液压马达转速底，零转速时达到最大扭矩；减速比小，减速箱体积小、重量轻；升降过程比较平稳，小齿轮受力比较均匀，可以无级调速，易于实现自动控制，对电站要求低。通过设置双速马达可提高收放桩腿的速度，节约时间。缺点：需要设置液压泵站，系统较复杂，液压油易渗漏，不利于环保，现场使用及维护保养比较繁琐。
电驱动的优点：电机通过减速器驱动小齿轮，小齿轮与桩腿上的齿条啮合带动平台的升降。系统简单，现场使用及维护保养简单，可靠性较高。缺点：电机转速较高，减速比大，系统的尺寸大、重量大；小齿轮受力不均匀，不能调速，对电站要求高（启动电流大），升降状态的自动控制只能在一定范围内实现。
胜利十号平台采用的是BLM D80型电动升降系统。平台主体为箱形结构，平面形状接近三角形。平台设有3根桩腿，桩腿为圆柱形，艉二艏一，桩腿下端设有桩靴（拖航时桩靴可完全收回平台体内）。每个桩腿设有一套升降装置，桩腿通过升降装置与船体连接和固定，船体可沿桩腿上下升降并支撑于一定高度。平台升降装置包括18套D80型升降单元，配备18个BLM升降交流电机、小齿轮载荷监测系统（PLMS），3套马达控制柜配备扭矩再分配系统和1个升降集控台配备桩腿高度指示和平台水平仪。
每个桩腿有6个升降单元、1个桩边控制台和1个便携式应急刹车释放遥控器。每个升降单元组件有六个齿轮组成，一台电机经传动齿轮驱动一对垂向齿轮，一对齿轮为一个升降单元。每个齿轮和电动机都能够单独拆卸下来进行检测和维修，D系统原理如图1、图2所示。
每桩腿设置6台电机,通过换相序来实现电动机的转向控制。当平台在下降操作时，设置在主甲板中部的3台能耗制动电阻器释放平台的位能，其中还有小部分的制动能量返馈主电站。每个电机带有电子安全盘式刹车、当操作杆在关闭位置或断电时由弹簧驱动。盘式刹车的有效操作通过一个电子探测器来控制，该电子探测器可以探测盘式刹车的物理位移。刹车上有一个手动释放装置，轴上有一个19 mm的方形端部，用于使用测力扳手来测量和调节刹车力矩，电机内的热敏开关将保护电机的意外过载。
升降系统采用单独的齿轮扭矩再分配系统。此系统的作用是平均分配每一支撑柱上的升降单元所受的载荷，即通过小齿轮监测系统测得每一齿轮上的载荷，计算出每一齿轮所应该承受的平均载荷。平台操作人员通过升降集控台对每一支撑柱上的升降单元扭矩再分配使其都承受上述的平均载荷。具体升降单元的性能见表1。
2出现的问题及应对措施
在D80升降系统安装和调试过程中出现过一些问题，经过船东、设计者、施工方和CCS等各方的努力合作，这些均得到了较好的解决和处理。
2.1划桩腿现象
主要原因有：①桩腿与围阱之间间隙小，加之桩腿焊肉较高，从一定程度上又缩小了间隙，使之容易刮伤。桩腿外表面的全部焊缝（包括环缝和纵缝，焊缝增强高度不应大于3mm）打磨基本削平，从一定程度上避免了因间隙过小导致的接触。②上基础导向台耐磨板未倒角。未倒角的耐磨板上下两尖面犹如割刀，极易刮伤桩腿。解决方案：耐磨板倒角后，过度缓和，接触面积大，不易刮伤桩腿。③因就位方式原因，平台在坞内时摩擦刮蹭较为严重，桩靴下面垫墩时用的不是成袋的沙土，而是不易变形的木块，从一定程度上增加了硬性摩擦，造成了刮蹭。而出坞后平台就位于泥土里，升降时桩靴下面的泥土柔性变形，减缓了桩腿与耐磨板的摩擦。经过打磨、倒角等一系列措施的实施，划桩腿现象得以解决。
2.2齿条夹板损伤问题
在桩腿分段合拢时，因桩腿围阱圆筒板开口自由端处与齿条夹板耐磨板焊肉相碰，导致耐磨板边缘将齿条夹板划伤。最早是在右舷桩腿安装时发现此问题，当时右舷一截桩腿（重约198 ）已安装，用400 t龙门吊把桩腿吊出后，采用削斜的办法（将桩腿围阱的圆筒板自由端间隙扩大并对板边做削斜处理）解决了此类问题。
2.3齿轮及桩齿无观察孔及润滑孔
因发现固桩架上基础润滑孔和齿轮观察孔（观察齿轮磨损情况），笔者提出开孔建议，每个桩腿设置6个观察孔（带孔盖和密封防水），并设有维护通道和平台。经厂家及设计方论证强度足够，终被采纳。
2.4下限位传感器报警
升降调试时右舷下限位多次报警，经现场检查发现，导向台齿条上有一焊肉碰到了限位器，打磨并重新调整限位开关的位置，问题得以解决。
2.5电机发热
升降过程中艏桩R2电机、左桩R3电机及右桩R2电机过热。原因分析：轴不正而产生的轴向推力，造成对刹车盘的偏磨，导致刹车打不开，新电机刹车间隙一般为2～2.5 mm。下降时易产生电机发热现象，其中左桩R3有两次升降时发热。解决办法：①改正轴的位置。②直接更换马达和齿轮总成。因左桩R3电机第一次实施修正轴的位置没有效果，笔者建议厂家采用第二种办法解决了此问题。
2.6桩边单桩控制装置
桩边控制站只能对升降电机进行刹车操作，缺少单桩升降功能。而根据《海上移动平台安全规则》（1992 版）和《海上移动平台入级与建造规范》（2005年版）的要求，平台升降装置须具备桩侧操作功能，并设有能够停止平台体升降系统工作的应急切断开关，为此船东要求升降系统厂家安装了相关配件，并实现了以上功能。
3升降操作注意事项
3.1熟悉各种故障状态
如果处于报警和动作停止状态，那么在重新升降作业前必须搞清故障原因并予以排除。如果电机过热，必须等电机冷却下来后才能重新开始升降作业，故障详情如表2所示。
3.2注意升船作业条件
升降平台时，要注意风速、波高、海流流速、允许最大可变载荷、正常升船允许单桩腿最大举升载荷、预压载升船允许单桩腿最大举升载荷以及允许最大可变载荷等诸多条件的要求。要进行载荷计算以确保平台重量不超过平台的升降能力，平均分配每个桩腿所承受的重量，以满足平台在浮态下对稳性及纵倾、横倾的要求。
3.3确保设备完好，救生属具齐全
平台压排载泵、空气管、测深管、海底门、通海阀及各个手动阀应保证完好无损。各舱人孔盖、阀及海底门均开关正确，不渗漏。活动载荷固定牢固。悬臂梁、深井泵泵架、吊臂、钻机游动系统、顶驱等固定可靠。救生艇起放、启动正常，救生筏释放装置可靠；冬季防寒救生衣应放在易于取用位置；其他救生用具、属具齐全完好。
3.4保持通讯通畅，做好人员分工
平台内、外部通讯系统通畅，报务员实行24 h值班。各桩负责人做好分工，每桩安排4人负责齿轮与齿条等涂抹润滑脂、收紧桩腿阴极保护系统电缆和巡回检查。检查桩腿间隙情况，并与中央控制室保持联系，有专人负责巡回检查各电机温度。
3.5制定升降应急预案，如有异常按应急预
案执行
桩腿值班人員要观察好齿轮和齿条的啮合情况；如有异常，及时向中控室报告。当出现较大的不均匀沉陷和滑移时，应首先停止平台的作业，升降平台调平，但举升载荷不得大于2 484 t×3，若超过上述数值，必须卸载，直到符合上述要求方能进行举升。只有在平台处于突然刺穿地层发生较大倾斜时的紧急情况下才使用单桩紧急升降负荷3 312 t。中央控制室有专人负责，一旦平台发生倾斜，查明原因后，通过放水降平台高边措施将平台调平。在插桩压载过程中，应使三桩腿所承受重量均匀。当某一桩腿插入过快时，进行降平台作业，以减小插桩压力。
参考文献：
[1] 孙东昌,潘斌.海洋自升式移动平台设计与研究[M].上海:上 海交通大学出版社,2008..
[2] 潘斌.移动式平台设计[M].上海:上海交通大学出版社, 1995.
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
关键词：自升式平台；D80；升降系统；电机
中图分类号：TE34文献标识码：A文章编号：1006-8937（2011）08-0031-03
海上自升式平台在我国海上油田的勘探开发中，占据着非常重要的地位。由于平台远离陆地，环境恶劣复杂，海洋油气开发由于诸多条件的限制处在高度危险的环境中，因此设备的技术含量较高，而且价格昂贵，发生故障造成的损失也较大。升降系统是平台极其重要的组成部分。事实分析证明，自升式平台的事故有一半以上发生在拖航和升降平台的时候。据统计，在所有海上移动式平台中，自升式平台的事故约占全部平台事故损失数量的75%。研究升降系统安装、维护和使用，排除系统故障，对于提高平台的整体安全性能，降低设备维护维修运行费用，减少海上施工作业成本，减少升降船时间，提高海上平台生产效率，避免灾害性事故带来的影响等不良后果都有着非常重要的作用。
2010年5月，大船重工海洋工程公司为中石化胜利海洋钻井公司建造的“胜利十号”自升式钻井平台交付，建造周期12个月。该平台总长75.21m，型宽53m，型深5.5m，作业水深50m，最大钻井深度 7000m，在同一地点可以钻探最多30口井。该平台建成投产后成为胜利海洋钻井公司适用水深最大、施工能力最强的钻井平台。
1胜利十号平台升降系统简介
升降系統装置安装在桩腿和平台主体的交接处，驱动装置使桩腿和主体作相对的上下运动，目前，自升式平台的升降系统大致分为两大类：一类为齿轮齿条式，另一类为液压油缸顶升式。目前应用最为广泛是齿轮齿条式，齿轮齿条式升降平台从动力驱动系统上一般有两种方式：即液压驱动和电驱动。两种方式各有利弊。
液压驱动的优点：液压马达通过减速器驱动小齿轮，小齿轮与桩腿上的齿条啮合带动平台的升降。液压马达转速底，零转速时达到最大扭矩；减速比小，减速箱体积小、重量轻；升降过程比较平稳，小齿轮受力比较均匀，可以无级调速，易于实现自动控制，对电站要求低。通过设置双速马达可提高收放桩腿的速度，节约时间。缺点：需要设置液压泵站，系统较复杂，液压油易渗漏，不利于环保，现场使用及维护保养比较繁琐。
电驱动的优点：电机通过减速器驱动小齿轮，小齿轮与桩腿上的齿条啮合带动平台的升降。系统简单，现场使用及维护保养简单，可靠性较高。缺点：电机转速较高，减速比大，系统的尺寸大、重量大；小齿轮受力不均匀，不能调速，对电站要求高（启动电流大），升降状态的自动控制只能在一定范围内实现。
胜利十号平台采用的是BLM D80型电动升降系统。平台主体为箱形结构，平面形状接近三角形。平台设有3根桩腿，桩腿为圆柱形，艉二艏一，桩腿下端设有桩靴（拖航时桩靴可完全收回平台体内）。每个桩腿设有一套升降装置，桩腿通过升降装置与船体连接和固定，船体可沿桩腿上下升降并支撑于一定高度。平台升降装置包括18套D80型升降单元，配备18个BLM升降交流电机、小齿轮载荷监测系统（PLMS），3套马达控制柜配备扭矩再分配系统和1个升降集控台配备桩腿高度指示和平台水平仪。
每个桩腿有6个升降单元、1个桩边控制台和1个便携式应急刹车释放遥控器。每个升降单元组件有六个齿轮组成，一台电机经传动齿轮驱动一对垂向齿轮，一对齿轮为一个升降单元。每个齿轮和电动机都能够单独拆卸下来进行检测和维修，D系统原理如图1、图2所示。
每桩腿设置6台电机,通过换相序来实现电动机的转向控制。当平台在下降操作时，设置在主甲板中部的3台能耗制动电阻器释放平台的位能，其中还有小部分的制动能量返馈主电站。每个电机带有电子安全盘式刹车、当操作杆在关闭位置或断电时由弹簧驱动。盘式刹车的有效操作通过一个电子探测器来控制，该电子探测器可以探测盘式刹车的物理位移。刹车上有一个手动释放装置，轴上有一个19 mm的方形端部，用于使用测力扳手来测量和调节刹车力矩，电机内的热敏开关将保护电机的意外过载。
升降系统采用单独的齿轮扭矩再分配系统。此系统的作用是平均分配每一支撑柱上的升降单元所受的载荷，即通过小齿轮监测系统测得每一齿轮上的载荷，计算出每一齿轮所应该承受的平均载荷。平台操作人员通过升降集控台对每一支撑柱上的升降单元扭矩再分配使其都承受上述的平均载荷。具体升降单元的性能见表1。
2出现的问题及应对措施
在D80升降系统安装和调试过程中出现过一些问题，经过船东、设计者、施工方和CCS等各方的努力合作，这些均得到了较好的解决和处理。
2.1划桩腿现象
主要原因有：①桩腿与围阱之间间隙小，加之桩腿焊肉较高，从一定程度上又缩小了间隙，使之容易刮伤。桩腿外表面的全部焊缝（包括环缝和纵缝，焊缝增强高度不应大于3mm）打磨基本削平，从一定程度上避免了因间隙过小导致的接触。②上基础导向台耐磨板未倒角。未倒角的耐磨板上下两尖面犹如割刀，极易刮伤桩腿。解决方案：耐磨板倒角后，过度缓和，接触面积大，不易刮伤桩腿。③因就位方式原因，平台在坞内时摩擦刮蹭较为严重，桩靴下面垫墩时用的不是成袋的沙土，而是不易变形的木块，从一定程度上增加了硬性摩擦，造成了刮蹭。而出坞后平台就位于泥土里，升降时桩靴下面的泥土柔性变形，减缓了桩腿与耐磨板的摩擦。经过打磨、倒角等一系列措施的实施，划桩腿现象得以解决。
2.2齿条夹板损伤问题
在桩腿分段合拢时，因桩腿围阱圆筒板开口自由端处与齿条夹板耐磨板焊肉相碰，导致耐磨板边缘将齿条夹板划伤。最早是在右舷桩腿安装时发现此问题，当时右舷一截桩腿（重约198 ）已安装，用400 t龙门吊把桩腿吊出后，采用削斜的办法（将桩腿围阱的圆筒板自由端间隙扩大并对板边做削斜处理）解决了此类问题。
2.3齿轮及桩齿无观察孔及润滑孔
因发现固桩架上基础润滑孔和齿轮观察孔（观察齿轮磨损情况），笔者提出开孔建议，每个桩腿设置6个观察孔（带孔盖和密封防水），并设有维护通道和平台。经厂家及设计方论证强度足够，终被采纳。
2.4下限位传感器报警
升降调试时右舷下限位多次报警，经现场检查发现，导向台齿条上有一焊肉碰到了限位器，打磨并重新调整限位开关的位置，问题得以解决。
2.5电机发热
升降过程中艏桩R2电机、左桩R3电机及右桩R2电机过热。原因分析：轴不正而产生的轴向推力，造成对刹车盘的偏磨，导致刹车打不开，新电机刹车间隙一般为2～2.5 mm。下降时易产生电机发热现象，其中左桩R3有两次升降时发热。解决办法：①改正轴的位置。②直接更换马达和齿轮总成。因左桩R3电机第一次实施修正轴的位置没有效果，笔者建议厂家采用第二种办法解决了此问题。
2.6桩边单桩控制装置
桩边控制站只能对升降电机进行刹车操作，缺少单桩升降功能。而根据《海上移动平台安全规则》（1992 版）和《海上移动平台入级与建造规范》（2005年版）的要求，平台升降装置须具备桩侧操作功能，并设有能够停止平台体升降系统工作的应急切断开关，为此船东要求升降系统厂家安装了相关配件，并实现了以上功能。
3升降操作注意事项
3.1熟悉各种故障状态
如果处于报警和动作停止状态，那么在重新升降作业前必须搞清故障原因并予以排除。如果电机过热，必须等电机冷却下来后才能重新开始升降作业，故障详情如表2所示。
3.2注意升船作业条件
升降平台时，要注意风速、波高、海流流速、允许最大可变载荷、正常升船允许单桩腿最大举升载荷、预压载升船允许单桩腿最大举升载荷以及允许最大可变载荷等诸多条件的要求。要进行载荷计算以确保平台重量不超过平台的升降能力，平均分配每个桩腿所承受的重量，以满足平台在浮态下对稳性及纵倾、横倾的要求。
3.3确保设备完好，救生属具齐全
平台压排载泵、空气管、测深管、海底门、通海阀及各个手动阀应保证完好无损。各舱人孔盖、阀及海底门均开关正确，不渗漏。活动载荷固定牢固。悬臂梁、深井泵泵架、吊臂、钻机游动系统、顶驱等固定可靠。救生艇起放、启动正常，救生筏释放装置可靠；冬季防寒救生衣应放在易于取用位置；其他救生用具、属具齐全完好。
3.4保持通讯通畅，做好人员分工
平台内、外部通讯系统通畅，报务员实行24 h值班。各桩负责人做好分工，每桩安排4人负责齿轮与齿条等涂抹润滑脂、收紧桩腿阴极保护系统电缆和巡回检查。检查桩腿间隙情况，并与中央控制室保持联系，有专人负责巡回检查各电机温度。
3.5制定升降应急预案，如有异常按应急预
案执行
桩腿值班人員要观察好齿轮和齿条的啮合情况；如有异常，及时向中控室报告。当出现较大的不均匀沉陷和滑移时，应首先停止平台的作业，升降平台调平，但举升载荷不得大于2 484 t×3，若超过上述数值，必须卸载，直到符合上述要求方能进行举升。只有在平台处于突然刺穿地层发生较大倾斜时的紧急情况下才使用单桩紧急升降负荷3 312 t。中央控制室有专人负责，一旦平台发生倾斜，查明原因后，通过放水降平台高边措施将平台调平。在插桩压载过程中，应使三桩腿所承受重量均匀。当某一桩腿插入过快时，进行降平台作业，以减小插桩压力。
参考文献：
[1] 孙东昌,潘斌.海洋自升式移动平台设计与研究[M].上海:上 海交通大学出版社,2008..
[2] 潘斌.移动式平台设计[M].上海:上海交通大学出版社, 1995.
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文