內轉塔單點系泊系統主軸承安裝要點分析

趙鑫磊

（海洋石油工程（青島）有限公司，山東 青島 266520）

本文介紹的主軸承應用于內轉塔單點系泊系統，該單點系泊系統為單軸承底部固定式內轉塔結構，該設計形式可允許FPSO 圍繞固定在海底的錨鏈被動地做風向標運動，內轉塔單點系泊系統可劃分為固定部分和旋轉部分，其中固定部分由錨鏈固定于海底，旋轉部分則與FPSO 一起圍繞固定部分旋轉。主軸承作為使固定部分和旋轉部分相互結合以實現風向標效應的關鍵設備，重要性不言而喻，主軸承的安裝工作位于工程項目建造的關鍵路徑上，安裝持續時間較長，影響到項目的整體施工工期和施工質量，有必要對主軸承的安裝要點進行分析研究，以實現主軸承的高精度高質量安裝。

1 主軸承的組成

主軸承的構造特點和安裝工藝與常規的海洋工程設備區別較大，必須在熟悉內轉塔單點系泊系統整體結構的前提下，了解主軸承各部分與結構之間的裝配關系，才能明確主軸承安裝的要點和風險點，開發專門的安裝工藝，優化施工流程，減小施工風險。

內轉塔單點系泊系統所采用的主軸承是一種三列滾柱軸承，主要由下內圈、上內圈、上外圈、下外圈、上密封環、下密封環、第一滾子、第二滾子、第三滾子組成，是一種能夠同時承受較大的軸向載荷、徑向載荷和傾覆力矩等綜合載荷的特殊結構形式的大型軸承，其性能穩定可靠，便于維護保養，在單點系泊系統中應用廣泛。受限于鍛造件的尺寸，三列滾柱軸承直徑通常為10m 以內，該主軸承的直徑7800mm，高度395mm，本體重量33t，組裝之后總重量約43t。

內轉塔單點系泊系統由塔架、管匯平臺、下塔體組成，其中下塔體又細分為中塔體、軸承支撐結構、錨鏈盤三部分，主軸承的內圈、外圈與錨鏈盤、軸承支撐結構之間的裝配關系尤為復雜，錨鏈盤上部中間是鑄件，主軸承的內圈通過90 套M90 的螺栓固定于此鑄件上，而主軸承的外圈通過72 套M80 的螺栓固定于軸承支撐結構上。通過主軸承，軸承支撐結構與錨鏈盤裝配在一起，實現連接與相對轉動。軸承支撐結構與FPSO 船體的月池進行焊接，屬于旋轉部分，而錨鏈盤屬于固定部分。各組成部分及裝配如圖1 所示。

圖1 主軸承裝配爆炸視圖

2 主軸承安裝要點

主軸承安裝前的機加工工作非常重要，機加工精度是決定主軸承安裝質量的關鍵要點，該項工作需要使用特殊定制的機加工設備完成。主軸承安裝時，需要先將主軸承放置到軸承支撐結構上，再將主軸承與軸承支撐結構一起吊裝到錨鏈盤上。主軸承的安裝工作與單點整體結構的施工交叉進行，工藝流程較為復雜，各項工作必須提前梳理準備。

2.1 主軸承安裝前的機加工工作

待軸承支撐結構和錨鏈盤預制完成，尺寸控制精度滿足要求之后，需要進行軸承支撐結構和錨鏈盤上部鑄件的機加工工作，主要包括主軸承結構配合面的銑平和螺栓孔的鉆孔攻絲，機加工設備現場組裝，設備懸臂尺寸可根據被加工件的直徑進行調整，需現場搭設臨時結構平臺，居中定位放置機加工設備，以主軸承內圈固定的錨鏈盤上部鑄件為例，機加工精度要求非常高，其機加工要求為，螺栓孔的位置度公差?0.7，延伸公差帶750。螺栓孔上表面處的垂直度公差0.5，平面度公差0.3/180°，位置度公差5，表面粗糙度3.2。以上單位均為mm。如圖2 所示為錨鏈盤上部鑄件機加工現場照片。

圖2 錨鏈盤上部鑄件機加工

軸承支撐結構和錨鏈盤上部鑄件的機加工工作完成之后，需要核查機加工精度是否滿足要求，之后開展主軸承的安裝工作。

2.2 主軸承安裝前的各項準備工作

主軸承安裝前的常規準備工作包括氣源、電源的供應檢查，工作區域通道及腳手架的搭設等。主軸承到達建造場地之后應按照要求進行存儲和維護保養。安裝之前要進行外觀檢查，確保配合面和螺栓孔保持清潔，無任何污物或損傷。

主軸承的方位必須在安裝前進行確認和標識，軸承支撐結構、錨鏈盤以及主軸承螺栓孔均在180°位置做好標記，此標記作為整個安裝方位的確認標識。主軸承內外圈淬火軟帶區的端面上均標記“S”，安裝時應識別確認使軟帶區置于非負荷區或非經常負荷區。

主軸承外圈和內圈的螺栓拉伸工作是主軸承安裝的關鍵要點，耗時較長，制約項目整體工期，在安裝準備階段需要進行整套螺栓拉伸工具的調試試用，提前排查問題消除隱患。主軸承上的M90 和M80螺栓應進行校準，確定最終要應用的拉應力。準備主軸承內圈和外圈的螺栓拉伸次序表。

主軸承安裝前需要準備的專用的工機具和材料清單如表1 所示。

表1 主要工機具和材料清單

2.3 主軸承與軸承支撐結構的集成安裝

主軸承上方的內墊圈和外墊圈一般散裝到貨，需要在建造場地組裝到主軸承上。安裝4 個吊環螺栓到專用于吊裝的主軸承外圈螺栓孔上，連接鋼絲繩，吊裝主軸承將其放置到臨時支撐上，然后安裝位于主軸承外圈底部的O 型密封圈，密封圈安裝前涂抹MOLYKOTE 111 潤滑脂，潤滑脂可以將密封圈粘接固定于底部凹槽內，確保每一次主軸承吊裝移動位置時O 型密封圈不從凹槽內跳脫出來。核查軸承支撐結構是否水平，如有必要，需調整水平度，將主軸承帶著O 型密封圈一起吊裝到軸承支撐結構上。之后分別吊裝內墊圈和外墊圈到主軸承上方進行組裝，吊裝時為避免干涉碰撞，提高組對的效率和精度，需要使用導向工裝。

對主軸承外圈72 套M80 螺栓進行第一次螺栓拉伸工作，每一套螺栓都需要進行編號，涂抹MOLYKOTE 1000 潤滑油脂，準備螺栓拉伸次序表，標記十字交叉次序，按照50%最終拉應力數值十字交叉次序進行螺栓拉伸緊固，此項操作應記錄并提交業主確認。

用螺栓將防塵密封墊連接固定于主軸承上方內墊圈上。在主軸承、軸承支撐結構與錨鏈盤集成安裝之前需安裝主軸承底部內圈的O 型密封圈。

2.4 主軸承、軸承支撐結構與錨鏈盤的集成安裝

主軸承、軸承支撐結構與錨鏈盤的集成安裝是主軸承安裝過程中風險較大的關鍵施工環節，軸承支撐結構與錨鏈盤插入組對部分為椎筒結構，集成安裝后兩結構之間的設計理論間隙僅100mm，如圖3 所示。由于大直徑椎筒結構的尺寸精度要求極高而且很難控制，需提前將錨鏈盤、軸承支撐結構的尺寸控制報告集合到一起對比核查，并運用三維仿真手段模擬安裝過程，以確保安裝時不發生干涉碰撞。

圖3 軸承支撐結構與錨鏈盤之間間隙示意圖

集成安裝之前，錨鏈盤應放置于結構支撐上并保持水平，導向工裝安裝到錨鏈盤上，將主軸承、軸承支撐結構吊裝到錨鏈盤的正上方，緩慢下放，使用管道內窺鏡觀察主軸承底部并確認O 型密封圈完好固定在凹槽內。如圖4 所示，監測軸承支撐結構與錨鏈盤之間是否干涉，下放過程中注意識別安裝的方位標記，時刻觀察主軸承螺栓孔與導向工裝的位置，旋轉移動軸承支撐結構，使導向工裝緩緩進入到螺栓孔內，并逐漸落下，直至最終就位。

圖4 主軸承、軸承支撐結構與錨鏈盤集成安裝示意圖

主軸承、軸承支撐結構放置到錨鏈盤上后，需要完成全部的螺栓拉伸工作，其中90 套M90 的主軸承內圈螺栓，需使用4 套螺栓拉伸器按照螺栓拉伸次序表依次執行四輪螺栓拉伸工作，按照50%最終拉應力數值十字交叉次序螺栓拉伸，按照100%最終拉應力數值十字交叉次序螺栓拉伸，按照100%最終拉應力數值常規線性次序螺栓拉伸，24h 后按照100%最終拉應力數值常規線性次序螺栓拉伸。此項操作應記錄并提交業主確認。

主軸承外圈之前已經進行了一次50%最終拉應力數值十字交叉次序螺栓拉伸，還需要執行三輪螺栓拉伸工作，依次為，按照100%最終拉應力數值十字交叉次序螺栓拉伸，按照100%最終拉應力數值常規線性次序螺栓拉伸，24h 后按照100%最終拉應力數值常規線性次序螺栓拉伸。此項操作應記錄并提交業主確認。

以上安裝工藝中，主軸承、軸承支撐結構吊裝之前主軸承外圈螺栓只進行一輪螺栓拉伸，吊裝之后再進行三輪螺栓拉伸，這三輪螺栓拉伸位于整個單點系泊系統下塔體建造集成的關鍵路徑上，直接制約整體工期。為此在安裝工藝實施時優化了工藝流程，將主軸承外圈之后的三輪螺栓拉伸提前至主軸承、軸承支撐結構吊裝之前進行，待主軸承、軸承支撐結構與錨鏈盤集成之后再執行一輪螺栓拉伸，工藝優化之后可以縮短約一周的項目工期。

螺栓拉伸完成后涂抹MOLYKOTE W2 油脂進行維護保養，并安裝螺帽保護。

2.5 環氧樹脂澆注

主軸承內外兩側與結構之間的間隙需澆注環氧樹脂，如圖5 所示，環氧樹脂用于主軸承的固定，并防止腐蝕性介質進入損壞支撐配合面。該項工作在單點系泊系統集成進入到FPSO 船體月池后進行。環氧樹脂選用CHOKEFAST ORANGE PR-610 TCF，澆注高度為50mm，環氧樹脂澆注前，主軸承與配合面的交界縫隙處需填充密封膠，管路、泄漏口、注油口以及排放口應隔離保護，以免環氧樹脂滲漏進入。環氧樹脂澆注表面進行去污清潔，標記澆注高度，采用重力式自然澆注法進行澆注，環氧樹脂應按照要求取樣并做壓縮強度測試。

圖5 主軸承內外兩側澆注環氧樹脂

環氧樹脂澆注完成后，在主軸承內側與錨鏈盤結構間環氧樹脂上方填充泡沫材料和密封膠進行封堵。安裝主軸承在船體一側和軸承支撐結構一側的注油管線，安裝主軸承潤滑系統附屬設備及管線。在主軸承安裝整個施工周期內都要注意主軸承的維護保養，避免水、灰塵或污物進入系統的任何部位。

3 總結

本文介紹了單點系泊系統主軸承的組成、裝配關系以及集成安裝的技術要點，通過詳細闡述主軸承安裝整個流程，明確了安裝過程中的關鍵注意事項和風險點，提出了優化安裝工藝的具體思路，可為今后單點系泊系統主軸承安裝工作提供借鑒，以降低施工風險，優化施工流程，提高施工質量。