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自升式平臺(tái)是海洋石油勘探、開(kāi)采以及油田服務(wù)的重要工程裝備。在石油資源日益枯竭的今天，更加突顯出開(kāi)發(fā)研究自升式平臺(tái)的重要性。升降和鎖緊系統(tǒng)是自升式平臺(tái)的關(guān)鍵部件，起調(diào)節(jié)和固定樁腿與船體相對(duì)位置的作用。升降系統(tǒng)主要用于插樁、拔樁、升船、降船、預(yù)壓載等調(diào)節(jié)樁腿和平臺(tái)相對(duì)位置的工況；鎖緊系統(tǒng)主要用于拖航、鉆井作業(yè)以及風(fēng)暴自存等固定樁腿和船體相對(duì)位置的工況。鎖緊系統(tǒng)可靠與否直接影響到平臺(tái)的安全和使用效果，對(duì)其進(jìn)行載荷計(jì)算和有限元分析是設(shè)計(jì)新平臺(tái)鎖緊機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)和必要條件。
自升式平臺(tái)剛出現(xiàn)時(shí)候，并沒(méi)有鎖緊系統(tǒng)，升降系統(tǒng)同時(shí)起調(diào)節(jié)和固定樁腿與船體相對(duì)位置的作用，完成平臺(tái)升降、預(yù)壓載、插拔樁、鉆井作業(yè)和風(fēng)暴自存等工況。隨著齒輪齒條傳動(dòng)的升降系統(tǒng)被自升式平臺(tái)采用，自升式平臺(tái)的應(yīng)用也逐步向深海區(qū)發(fā)展，平臺(tái)體的體積和重量越來(lái)越大，對(duì)升降系統(tǒng)的要求也就越來(lái)越高。為了提高平臺(tái)作業(yè)的安全性，增大作業(yè)范圍，保護(hù)升降系統(tǒng)，由此開(kāi)發(fā)出鎖緊系統(tǒng)，也就是用于保持自升式平臺(tái)在升起狀態(tài)和(或)在平臺(tái)漂浮狀態(tài)時(shí)鎖緊固定平臺(tái)體與樁腿的機(jī)械系統(tǒng)。鎖緊系統(tǒng)主要包括獨(dú)立的動(dòng)力源、控制系統(tǒng)和機(jī)械鎖緊裝置，是在自升式平臺(tái)或樁腿升起后，使用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將鎖緊裝置的齒條與樁腿齒條嚙合固定，在平臺(tái)和樁腿之間建立剛性連接，隨后將作用在升降裝置上的平臺(tái)重量及環(huán)境、作業(yè)載荷部分或全部轉(zhuǎn)移到鎖緊裝置。鎖緊系統(tǒng)在拖航工況下主要承擔(dān)樁腿重量，在鉆井作業(yè)、風(fēng)暴自存工況下主要承擔(dān)船體重量，使得升降機(jī)構(gòu)在拖航、鉆井作業(yè)以及風(fēng)暴自存工況下不承擔(dān)載荷，以達(dá)到保護(hù)重載齒輪軸和齒輪箱，延長(zhǎng)其使用壽命，大幅提高平臺(tái)在風(fēng)暴自存工況下的安全性和可靠性的目的。目前，鎖緊機(jī)構(gòu)主要有兩種實(shí)現(xiàn)形式。
圖中所示鎖緊機(jī)構(gòu)主要應(yīng)用在JU2000系列平臺(tái)上。其工作原理是：左右兩個(gè)鎖緊單元水平方向上的螺旋升降機(jī)絲桿伸出，分別將兩個(gè)六齒楔塊推人齒條板齒槽并與之嚙合，然后垂直方向上的螺旋升降機(jī)絲桿伸出頂住齒形楔塊，使船體和樁腿的齒條形成固定連接。螺旋升降機(jī)通過(guò)液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，且具有自鎖功能。當(dāng)所有的螺旋升降機(jī)和齒形楔塊都移動(dòng)到位以后，平臺(tái)載荷依舊由升降機(jī)構(gòu)的重載齒輪軸承擔(dān)，為了將載荷從升降機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)移到鎖緊機(jī)構(gòu)上來(lái)，需要通過(guò)多次瞬時(shí)釋放升降系統(tǒng)的剎車(chē)片，或者通過(guò)斷續(xù)給升降電動(dòng)機(jī)脈沖信號(hào)，逐步將平臺(tái)載荷轉(zhuǎn)移到鎖緊機(jī)構(gòu)上，這樣做的目的是減輕載荷轉(zhuǎn)移時(shí)對(duì)樁腿以及船體產(chǎn)生的沖擊。在實(shí)施解鎖操作時(shí)，首先通過(guò)多次給升降電動(dòng)機(jī)傳遞脈沖信號(hào)的方式，將載荷逐步轉(zhuǎn)移給升降機(jī)構(gòu)，而當(dāng)鎖緊機(jī)構(gòu)不再承擔(dān)平臺(tái)載荷后，分別收回螺旋升降機(jī)絲桿，再由楔塊回收油缸將楔塊牽拉回初始位置，用楔塊安全插銷(xiāo)將齒形楔塊固定在固樁架上以防止因誤操作對(duì)楔塊和齒條造成的損害，至此完成解鎖操作。
圖中所示鎖緊機(jī)構(gòu)是CJ46系列平臺(tái)鎖緊機(jī)構(gòu)的改進(jìn)形式，其工作原理如下：在鎖緊操作時(shí)，先通過(guò)側(cè)向水平油缸和上、下部的螺桿組件推動(dòng)齒形楔塊與齒條板嚙合，并進(jìn)行預(yù)夾緊。預(yù)夾緊工序完成后，啟動(dòng)液壓系統(tǒng)中的高壓系統(tǒng)，通過(guò)上部油缸推動(dòng)頂部楔塊下行，緊緊抵住齒形楔塊，直到油缸產(chǎn)生的總推力大于船體總重量，將平臺(tái)載荷部分由升降機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)移到油缸上。啟動(dòng)上部螺桿組件，使螺桿向下伸出與頂部楔塊接觸。油缸緩慢卸壓，將載荷逐漸加載到頂部螺桿上，完成載荷轉(zhuǎn)移。此時(shí)，船體的重量經(jīng)過(guò)固樁架、上部螺桿組件、楔塊、齒形楔塊傳遞到樁腿齒條上。進(jìn)行解鎖操作時(shí)，升降機(jī)構(gòu)的剎車(chē)裝置處于制動(dòng)狀態(tài)，啟動(dòng)上部油缸，使油缸產(chǎn)生的總推力大于船體的重量，平臺(tái)載荷大部分由上部螺桿轉(zhuǎn)移到油缸上，回收上部螺桿，由油缸承擔(dān)所有載荷。然后液壓系統(tǒng)緩慢泄壓，使頂部油缸上的載荷逐步轉(zhuǎn)移到升降機(jī)構(gòu)上，完成解鎖操作。
第一種鎖緊機(jī)構(gòu)較多使用在JU2000系列(400英尺)鉆井平臺(tái)上，也是比較常用的一種鎖緊方式。其優(yōu)點(diǎn)主要有：鎖緊機(jī)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，液壓系統(tǒng)為單回路中壓系統(tǒng)，維護(hù)方便。其缺點(diǎn)為：在載荷轉(zhuǎn)移過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較大噪音，沖擊較大，升降電動(dòng)機(jī)剎車(chē)片迅速磨損。另外，在齒形楔塊與齒條板之間、螺旋升降機(jī)螺桿與螺母之間容易出現(xiàn)卡死現(xiàn)象。第二種鎖緊機(jī)構(gòu)是CJ系列平臺(tái)(300英尺-450英尺)鎖緊機(jī)構(gòu)的改進(jìn)形式。CJ系列平臺(tái)(300英尺-450英尺)鎖緊機(jī)構(gòu)是電機(jī)驅(qū)動(dòng)，而改進(jìn)后變?yōu)橐簤候?qū)動(dòng)。這種鎖緊方式優(yōu)點(diǎn)是：具有動(dòng)態(tài)載荷轉(zhuǎn)移的功能，通過(guò)油缸對(duì)楔塊加壓，使鎖緊機(jī)構(gòu)能主動(dòng)轉(zhuǎn)移升降機(jī)構(gòu)的載荷，且載荷轉(zhuǎn)移非常平穩(wěn)，噪音較小，能夠較大程度上消除卡死現(xiàn)象。另外，鎖緊與解鎖過(guò)程用時(shí)較短，能夠節(jié)約時(shí)間成本。缺點(diǎn)是：需增加一套高壓系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)變得復(fù)雜。
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