专利名称：大型桁架式桩腿结构的装配方法
技术领域：
本发明涉及一种钻井平台三角形桩腿的装配方法，更具体地说，涉及大型自升式钻井平台三角形桩腿结构装配流程的改进。
背景技术：
目前，在世界各国所用的移动式平台中，自升式钻井平台约占70％，是石油钻井平台的主要类型。大型桁架式桩腿是自升式钻井平台的关键结构，桩腿形状为三角桁架式，结构形式为圆管支撑相贯结构。桩腿结构的三个角处设有带齿条的主舷管，通过结构管相连接组成三角桁架。由于桩腿结构材料强度大，节点形式复杂，焊接难度大，尺寸要求非常严格，并且桩腿与齿条箱的配合精度要求极高，因此对于桩腿结构的建造精度要求高，使得桩腿结构装配难度非常大。合理的桩腿结构装配方法，对尺寸控制、降低焊接难度、保证设计节点等非常关键。
现有技术中，采用了一种分段整体建造的方法，例如，单腿长168米，每个桩腿分成7段，分段建造后接长，分段尺寸约14m*12m*25m，重量185吨。但是，在这种建造过程中，采用的方法均是在下料后，利用胎架装置，按照一定装配顺序，直接将主舷管、支撑管、内水平管以及其他支撑结构固定，一次性组立成一个三角桁架式的桩腿分段，而后再将各个桩腿分段组立并最终实现总段合拢。问题在于，三角桁架式是一个立体结构，在搭建每一管件过程中均需要支撑，难度较大。因此，为了保证建造精度，需要投入大量的人力、物力，成本较高。
发明内容
本发明针对上述问题，提供了一种大型桁架式桩腿结构的装配方法，其目的主要针对现有技术中装配流程存在的问题进行改进，将现有技术中桩腿分段采用管件依次组装的过程改变为先在卧造方式下分别组装三角桁架的一个面(称为单片结构)而后再组立成桩腿分段，从而解决了现有技术施工难度高，人力、物力耗费大，施工精度难于保证的问题。利用本方法，可以满足设计要求，保证桩腿建造精度。
为了解决上述问题，本发明构造了一种大型桁架式桩腿结构的装配方法，包括如下步骤第一步，在卧造方式下，以位于一端的主舷管为基准，组装每一桩腿分段的单片结构，单片结构的长度和桩腿分段长度一致，一般为15-25米，优选方式下为20米左右；第二步，在卧造方式下，利用胎架装置，将三个相同的单片结构组立成正三边形的桁架式桩腿分段；第三步，将完成的桩腿分段组立并实现总段合拢。
本发明大型桁架式桩腿结构的装配方法，其进一步改进在于，在上述第三步中，首先将2-3个桩腿分段在立式状态下实现组立构成一段长度为30-50米左右的加长桩腿分段，而后利用加长的桩腿分段在立式状态下由下至上依次实现组立并完成总段合拢。这种先加长装腿分段，再组立的方式可以进一步减小组立难度，达到节约成本的目的。当然，根据具体情况，也可以直接将桩腿分段由下至上依次在立式状态下组立并完成总段合拢。
上述桩腿分段的单片结构包括位于一端的主舷管以及一端固定于主舷管上并间隔设置的多个水平管，相邻的水平管与主舷管之间设置有侧向支撑管，水平管和侧向支撑管的敞口端在管体两侧分别固定槽钢。其中槽钢作为水平管、侧向支撑管端部的加强构件，使得单片结构由原先的敞口结构变为封闭结构，保证了单片结构的强度和端部尺寸精度，同时保证模板的强度。桩腿分段单片结构的装配过程为，首先以主舷管为基准装配水平管，而后在水平管与主舷管之间固定侧向支撑管，最后在水平管和侧向支撑管的敞口端位于管体两侧分别固定槽钢。这一工艺顺序可以充分保证主弦管的尺寸精度。具体支撑管的设置根据需要和具体情况布置，通常情况下上文以及下文管件的连接均采用焊接方式实现。
上述大型桁架式桩腿结构的装配方法，其进一步改进还在于，在第二步中，首先固定一个水平的桩腿分段单片结构；而后组装主舷管在顶端的单片结构；此后组装另一单片结构；最后固定桩腿分段位于一个横截面内三个水平管之间的斜向支撑管。最优方式下，选用如下过程，首先固定一个水平的桩腿分段单片结构，而后组装主舷管在下端的的单片结构，此后组装另一单片结构，最后固定桩腿分段位于一个横截面内三个水平管之间的斜向支撑管。
本发明通过采用的分段桩腿单片结构卧造方法，即主舷管和支撑管先在另外一个场地焊接完毕，在卧造方式下完成单片组立，然后把3个单片组立在分段场地进行装焊，完成分段装配。与现有建造方法的根本不同点就在于，国外采用的分段整体建造方法，并没有桩腿单片组立这一工艺流程，即所有的构件，包括主舷管、支撑管、内水平管等结构在下料之后，全部在分段阶段进行装配、焊接。并且，本发明为满足设计节点要求，减少焊接变形，控制桩腿结构的建造尺寸，经过前期试验论证，确定了合理的桩腿内部结构装配顺序。因此本发明的大型桁架式桩腿结构的装配方法具有如下优点
1、增加单片组立阶段，有利于劳动力的展开，可以大大提高工作效率，缩短桩腿建造施工周期；2、有利于桩腿建造精度控制桩腿结构在来料、加工、主舷管接长过程中将不可避免的产生累计公差，有的甚至存在超差，这样利用公差互借的特性，通过单片组立阶段和分段组立阶段，基本上可以消除或减少公差，从而达到尺寸控制的目的。
3、利于焊接，桩腿结构存在大量隐形焊缝，根据焊接要求，带隐形焊缝的管构件必须先于非隐形构件焊接，增加单片组立阶段，可以把带隐形焊缝的管构件在该阶段焊接完毕，而且焊接高度低，避免了分段阶段的高空作业焊接，对焊接质量有利。
图1是本发明在卧造方式下桩腿分段单片结构的组立示意图；图2是本发明在卧造方式下桩腿分段组立的纵向投影示意图；图3是本发明在卧造方式下桩腿建造胎架装置的俯视示意图。
具体实施例方式
大型桁架式桩腿一般达到100m甚至170m的长度，为便于尺寸控制和施工需要，总体装配方法应当按照沿长度方向分成若干段分别装配，分段装配应采用卧造的方法。本发明大型桁架式桩腿结构的装配方法，其总的装配流程为主舷管接长——桩腿分段单片组立——桩腿分段组立——桩腿分段总组立——桩腿分段/总段合拢。当然，在建造之前，需要精确计算和设计桩腿结构、每一桩腿分段的长度等参数。
其中，上述桩腿分段单片以及文中提到的“单片结构”，如图1所示，包括位于一端的主舷管1以及一端固定于主舷管1并间隔设置的水平管2，，水平管2与主舷管1之间设置有侧向支撑管3，水平管和侧向支撑管的敞口端在管体两侧分别固定槽钢21。其中，槽钢21作为支撑管、侧向支撑管端部的加强构件，使得单片结构由原先的敞口结构变为封闭结构，保证了单片结构的强度和端部尺寸精度，同时保证模板的强度。在装配过程中，水平管2和侧向支撑管3的另一端焊接固定在另一单片结构的主舷管上。此外，图2中，分别包括一个主舷管和水平管的组件5、6和7都表示上述桩腿分段单片结构。
图1和图2中构件23为桩腿支撑管模板，保证支撑管位置和水平公差，图中模板23支撑了水平管2。为了保证模板的强度，在支撑管模板下端设置加强构件22——支撑模板。从而在单片结构以及桩腿分段组立过程中，保证精度要求。
图3显示出用于卧造桩腿分段所需的胎架装置，该胎架装置包括纵向间隔布置固定于地面的下I型模板B1、平行于下I型模板B1的纵向方向间隔布置固定于地面的下II型模板B2，以及下I型模板B1与下II型模板B2之间的纵向方向间隔布置的上模板B3；从而实现了上述三组模板的并排设置，在建造过程中用于支撑三角形桩腿结构。当然，也可以选用其他形式用于在建造过程中支撑三角形桩腿结构的胎架装置，但优选方式下选在本申请人同时申请的“用于桩腿分段建造的组合胎架装置”专利中详细论述的胎架装置。
下面参照附图，结合具体实施例说明本发明的装配流程。
实施例1首先，与现有技术相同，针对主舷管、支撑管、内水平管等结构管件以及将会用到的构件下料，在其他场地或装配场地完成主舷管和支撑管等管件的焊接，并实现主舷管接长操作。
其后，如图1所示，在卧造方式下，以位于一端的主舷管为基准，组装每一桩腿分段的单片结构，每一单片结构的长度为15-25米，与桩腿分段的长度一致，最优方式为20米左右。其中，单片结构装配过程为，首先以主舷管1为基准装配水平管2，而后在水平管2与主舷管1之间固定侧向支撑管3。图1中标记4表示两个支撑管，在分段组立阶段作为散件安装从而实现最终的组立。此外，在水平管2和侧向支撑管3的敞口端位于管体两侧分别焊接槽钢21。
此后，如图2所示，在卧造方式下，利用胎架装置，将三个相同的单片结构组立成正三边形的桁架式桩腿分段，胎架基面可以选用三角形的任一面。其组立过程为，首先固定一个水平位置的单片结构5；而后组装主舷管在顶端的单片结构7；此后组装另一单片结构6；最后固定桩腿分段位于一个横截面内三个水平管之间的斜向支撑管8。
最后一步，将完成的桩腿分段组立并实现总段合拢。在这一过程中，可以采用先将2-3个桩腿分段在立式状态下实现组立构成一段长度为30-50米加长的桩腿分段，而后利用该加长桩腿分段在立式状态下由下至上依次实现组立并完成总段合拢。
实施例2包括主舷管接长——桩腿分段单片组立——桩腿分段组立——桩腿分段总组立——桩腿分段/总段合拢的过程，但在最后阶段，即完成桩腿分段组立并实现总段合拢阶段，可以直接将桩腿分段由下至上依次在立式状态下实现。
实施例3首先，针对主舷管、支撑管、内水平管等结构下料，完成主舷管和支撑管等管件的焊接以及主舷管接长。其后，在卧造方式下，以位于一端的主舷管为基准，组装每一桩腿分段的单片结构。
此后，如图2所示，在卧造方式下，利用胎架装置，将三个相同的单片结构组立成正三边形的桁架式桩腿分段。其组立过程优选为，首先固定一个水平位置的单片结构5，而后组装主舷管在下端的的单片结构6，此后组装另一单片结构7，最后固定桩腿分段位于一个横截面内三个水平管之间的斜向支撑管8。
最后一步，将完成的桩腿分段组立并实现总段合拢。这一过程，实施例1和实施例2的装配过程均适用，根据情况选择，最好，选用实施例1的方式，先将2-3个桩腿分段在立式方式下组立，构成一段长度为30-50米左右的加长桩腿分段，而后再在立式状态下实现组立并完成总段合拢。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种大型桁架式桩腿结构的装配方法，其特征在于，包括如下步骤S1在卧造方式下，以位于一端的主舷管为基准，组装每一桩腿分段的单片结构，所述单片结构的长度和桩腿分段长度一致，一般为15-25米；S2在卧造方式下，利用胎架装置，将三个相同的所述单片结构组立成正三边形的桁架式桩腿分段；S3将S2步骤中完成的桩腿分段组立并实现总段合拢。
2.根据权利要求1所述的大型桁架式桩腿结构的装配方法，其特征在于，在步骤S3中，桩腿分段在卧造状态下建造完工之后，可以把2-3个桩腿分段在立式状态下实现组立构成一段长度为30-50米的加长桩腿分段，而后利用所述加长的桩腿分段在立式状态下由下至上依次实现组立并完成总段合拢。
3.根据权利要求1所述的大型桁架式桩腿结构的装配方法，其特征在于，在步骤S3中，将桩腿分段由下至上依次在立式状态下组立并完成总段合拢。
4.根据权利要求1-3任一所述的大型桁架式桩腿结构的装配方法，其特征在于，所述单片结构包括位于一端的主舷管(1)以及一端固定于所述主舷管(1)并间隔设置的水平管(2)，所述水平管(2)与所述主舷管(1)之间设置有侧向支撑管(3)，所述水平管(2)和所述侧向支撑管(3)的敞口端在管体两侧分别固定槽钢(21)；其装配过程为，首先以所述主舷管(1)为基准装配所述水平管(2)，而后在所述水平管(2)与所述主舷管(1)之间固定所述侧向支撑管(3)，最后在所述水平管(2)和所述侧向支撑管(3)的敞口端位于管体两侧分别固定槽钢(21)。
5.根据权利要求4所述的大型桁架式桩腿结构的装配方法，其特征在于，在步骤S2中，首先固定一个水平位置的单片结构(5)，而后组装主舷管在下端的单片结构(6)，此后组装另一单片结构(7)，最后固定所述桩腿分段位于一个横截面内三个所述水平管之间的斜向支撑管(8)。
6.根据权利要求4所述的大型桁架式桩腿结构的装配方法，其特征在于，在步骤S2中，首先固定一个水平位置的单片结构(5)；而后组装主舷管在上端的单片结构(7)；此后组装另一单片结构(6)；最后固定所述桩腿分段位于一个横截面内三个所述水平管之间的斜向支撑管(8)。
全文摘要
本发明公开了一种大型桁架式桩腿结构的装配方法，包括如下步骤第一步，在卧造方式下，以位于一端的主舷管为基准，组装每一桩腿分段的单片结构，每一所述单片结构的长度为15－25米；第二步，在卧造方式下，利用胎架装置，将三个相同的单片结构组立成正三边形的桁架式桩腿分段；第三步，将完成的桩腿分段组立并实现总段合拢。本发明的大型桁架式桩腿结构的装配方法具有易于展开劳动力、工作效率高、施工周期短以及易于控制建造精度的优点，同时减少了高空作业，有利于焊接质量。
文档编号E02B17/00GK1974936SQ20061013468
公开日2007年6月6日 申请日期2006年12月8日 优先权日2006年12月8日
发明者孙洪国, 姜福茂 申请人:大连船舶重工集团有限公司