トランジションピースの製造

製品概要

トランジションピースは,洋上風力タービンのモノパイル基礎とタワーとの間の重要な接合部として機能し,タービンタワーから生じる極限荷重を海底へと伝達します。Leading Top Union（領拓互联）では,DNV-GL-ST-0126およびIEC 61400-3規格に準拠し,グラウト充填式またはボルト締結式の接続に対応するよう設計された,円錐形および円筒形のトランジションピースを製造しています。 蘇州の生産施設では,重量200～800トン,直径4,000～9,000mm,高さ15～35メートルのユニットを扱っています。 各トランジションピースは,EN 10025-3に準拠した焼ならし処理済みの微細組織構造用鋼S355NLまたはS420NLから製造されており,北海やバルト海での設置において,-40°Cまでの低温環境でも優れた靭性を発揮します。

精密板金加工および溶接

製造工程は,厚さ150mmまでの鋼板を成形可能な4ローラー式曲げ機を用いた精密な板金加工から始まります。 縦方向および円周方向の溶接は,ISO 3834-2およびAWS D1.1の認定を受けたサブマージアーク溶接（SAW）およびフラックス入りアーク溶接（FCAW）プロセスを用いて行われます。すべての溶接部は,EN ISO 17640に基づく100%超音波探傷検査（UT）およびEN ISO 17638に基づく磁粉探傷検査（MPI）を受けます。 フランジとシェルの接合部における重要な全溶込み溶接については,2 mmという微小な平面欠陥を検出するために,フェーズドアレイ超音波検査（PAUT）が適用されます。肉厚が40 mmを超える場合,DNV-GL-CP-0287の要件に基づき,応力除去のための溶接後熱処理（PWHT）をコンピュータ制御炉で実施します。

フランジの平坦度と加工公差

フランジの平坦度は,トランジションピースの性能を左右する重要な仕様です。公差外れのあるフランジは,荷重分布の不均一やボルトの早期疲労を引き起こすためです。全直径にわたって1mm以内のフランジ平坦度は,応力除去,10メートル級の立形中ぐり盤による精密加工,および精度0.02mmのレーザートラッカーシステムを用いた最終寸法検査を組み合わせることで実現されています。 フランジ面はRa 3.2μm以下の表面粗さに加工されており,グラウト充填接合における確実なシール性と,ボルト接合における均一な予圧分布を保証します。各フランジはEN 1090-2 EXC3施工クラスの要件に照らして検証され,ボルト穴の配置はCNCドリルテンプレートを用いて±0.5mmの位置公差で加工されています。

社内プラットフォームとJ-Tubeの連携

内部プラットフォームの統合は,二次加工としてではなく製造工程内で行われるため,公差の累積による問題を解消します。EN ISO 14122-4に準拠したはしご,5 kN/m²の活荷重に耐える中間プラットフォーム,およびJチューブ1本あたり最大48本の海底ケーブルを収容できるように設計されたケーブルトレイ支持架を含む,完全な内部アクセスシステムが設置されています。 Jチューブアセンブリは,曲げ半径5D～8DのシームレスAPI 5L X65パイプからプレハブ化され,腐食防止のために内部に融着エポキシ（FBE）コーティングが施されています。 ケーブル引き込みシステムには,最小半径 300 mm のベルマウスエントリーガイド,2 メートル間隔で設置されたベンドリミッター,および各 J チューブに予め取り付けられた引き込みワイヤーが含まれており,現場設置型システムと比較して,洋上設置時間を最大 40% 短縮します。

25年間の耐用年数を実現する防食対策

この塗装システムは,ISO 12944-9に準拠したC5-M腐食環境において,25年の設計寿命を満たすように設計されています。下地処理は,ISO 8501-1に準拠したSa 2.5（ニアホワイトメタル）のブラスト洗浄を行い,ISO 8503-2に基づいて測定した表面粗さは75～125 μmです。 この塗装システムは,亜鉛リッチエポキシプライマー（60 μm DFT）,高膜厚エポキシ中間塗料（200 μm DFT）,およびポリウレタントップコート（80 μm DFT）で構成され,乾燥膜厚の合計は最低340 μmとなります。 飛沫区域には,ガラスフレーク強化ビニルエステル塗料を600 μmのDFTで塗布し,ISO 6272に基づく耐衝撃性試験およびASTM G8に基づく陰極剥離試験を実施します。すべての塗装面に対し,NACE SP0188に基づく20 kVでのホリデー検出およびISO 4624に基づく付着試験を実施し,最低引張強度は5 MPaとします。

用途・産業

洋上風力発電は,水深15～60メートルの海域において,モノパイル基礎とタービンタワーを接続するトランジションピースの主要な用途であり続けています。ハブ高130メートルの一般的な8MWタービンの場合,トランジションピースは,マッドラインにおいて15,000 kN・mを超える曲げモーメント,および波浪や潮流による8,000 kNのせん断力に耐えなければなりません。 設計にはDNV-GL-RP-C203に基づく疲労詳細分類が組み込まれており,飛沫域の溶接継手については1,000万サイクルのS-N曲線が採用されている。トランジションピースは,IEC 61400-3に基づき,20年の疲労寿命要件,および極限状態（ULS）で安全率1.15,疲労限界状態（FLS）で安全率1.0を満たすプロジェクト向けに供給されている。

石油・ガス分野における海底設備

石油・ガス分野において,トランジションピースは海底テンプレートやマニホールドの基礎部に適応されており,炭化水素への曝露や火災発生時の状況に耐えうる必要があります。これらの用途では,ASTM A516 Grade 70 または EN 10028-3 P355NH 鋼材を使用し,ASTM A370 に準拠した-20°CでのシャルピーVノッチ衝撃試験を実施しています。 設計には,フレキシブルフローラインおよびアンビリカル用のJチューブ引き込みシステムが組み込まれており,50年の耐用年数に対応したベンドリミッターが採用されています。海洋プラットフォーム用のトランジションピースには,DNV-RP-B401に準拠した犠牲アルミニウム陽極用の陽極支持台が一体成型されており,海水中で電流密度1.5 A/m²において25年間の保護が得られるよう陽極質量が算出されています。 ボート用着岸構造物は,EN 10025-2に準拠したS355J2+N鋼で製造されており,ISO 21650に準拠して500 kNの接岸荷重および200 kNの係留荷重に耐えるよう設計されています。

鉱業および鉱物加工における適応策

鉱業および鉱物処理の分野では,処理プラントの基礎と,ジャイラトリークラッシャー,ボールミル,振動スクリーンなどの重機との間を接続する構造用アダプターとして,トランジションピースが使用されています。これらのユニットは,5～30 Hzの動作周波数を持つ回転機械からの動的荷重に耐えなければならず,共振を避けるために固有振動数解析が必要となります。 トランジションピースは,振動隔離マウントと定期メンテナンス用のアクセスプラットフォームを一体化した設計となっています。チリでの最近の銅鉱山プロジェクトでは,重量450トン,肉厚80mmのS420NL鋼で製造されたトランジションピースが供給されました。これらは,ASCE 7-16に基づき,地震応答係数0.3gで100年に1度の地震に耐えるよう設計されています。

発電および船舶用途

火力発電所,原子力発電所,および集光型太陽熱発電（CSP）所などの発電施設では,蒸気タービン発電機台座や冷却塔支持構造物にトランジションピースが使用されています。これらの用途では,不同沈下の厳格な制御が求められ,ASCE 7-16に基づき,最大角度歪みは1/500以内に制限されています。 発電用トランジションピースには,最大定格33 kVの高圧ケーブル用一体型ケーブルトレイが含まれており,IEC 61537に基づきケーブルラダーの間隔は中心間600 mmとなっています。 溶融塩貯蔵を備えたCSPプラント向けには,ASTM A264に準拠したステンレス鋼クラッド炭素鋼製のトランジションピースが製造されます。クラッド層には316Lステンレス鋼が使用され,動作温度565°Cにおける硝酸塩による腐食に耐えるため,厚さは最低3mmと規定されています。

造船および海洋構造物分野では,推進システムの基礎,スラスターマウント,デッキ機器の支持部などに,トランジションピースが必要とされます。これらの部品は,ロイド船級協会（Lloyd's Register）,DNV-GL,ABS,ビューローベリタス（Bureau Veritas）などの船級協会の規則に準拠している必要があります。 製造には,ASTM A131に準拠したDH36やEH36などの造船用鋼材が使用され,-20°CでのシャルピーVノッチ試験を経て,制限のない使用が保証されています。トランジションピースには,海水冷却システム用のパイプ貫通部が一体成型されており,パイプスリーブはシェルに溶接され,ASME B31.3に基づき設計圧力の1.5倍の圧力試験が実施されています。 最近のオフショア支援船プロジェクトでは,直径8メートル,高さ20メートル,重量350トンのトランジションピースが供給されました。これは,1,000 kNのスラスタ推力下で2 mmのたわみ許容値を持つダイナミックポジショニングシステムの基礎用に設計されたものです。

なぜLeading Top Unionをトランジションピースの製造に選ぶのか

Leading Top Unionは,溶接における包括的な品質管理に関するISO 3834-2認証,実行クラス3の鉄骨構造物に関するEN 1090-2 EXC3認証,および構造物溶接に関するAWS D1.1認証を取得しています。これらの認証は,TÜV SÜDおよびロイド・レジスターによって毎年監査を受けており,製造プロセスが最も厳格な国際基準を満たしていることが保証されています。 また,品質マネジメントシステムはISO 9001:2015およびISO 14001:2015の認証を取得しており,ブラスト洗浄および塗装作業に関する環境管理も実施されています。 各継手部品には,EN 10204 タイプ3.1に基づく材料試験証明書,ISO 15609-1に基づく溶接手順書（WPS）,ISO 9606-1に基づく溶接工資格証明書,および欠陥位置マッピング付きの非破壊検査報告書を含む,完全な書類一式が提供されます。

高度な工学解析および検証

エンジニアリングチームは,各トランジションピースの設計について,ANSYS Workbench を用いて詳細な3次元有限要素解析（FEA）を実施し,軸方向,曲げ,およびねじり荷重が複合した状態における応力分布を評価しています。 フランジとシェルの接合部,Jチューブ取付部,およびプラットフォーム支持ブラケットにおける局所応力は,要素サイズを5mmまで細かく設定したサブモデリング手法を用いて解析されます。疲労解析は,DNV-GL-RP-C203に基づく公称応力法に従い,陰極防食を施した海水中の溶接継手に対するS-N曲線を用いて行われます。 ボルト接合については,EN 1993-1-8に基づき,ボルトの予圧要件を算出する。この際,大きめの穴に挿入された予圧ボルトに対する引き抜き力および滑り抵抗を考慮する。すべてのFEA結果は,工場受入試験中のひずみゲージ測定値と照合して検証され,重要箇所において5%以内の相関が確認されている。

製造能力と物流

蘇州工場は12万平方メートルの敷地面積を有し,トランジションピース製造専用の生産ラインを備えています。これには,長さ50メートルのショットブラスト室,温度・湿度管理機能を備えた幅12メートルの塗装ブース,および吊り上げ能力500トンのガントリークレーンが含まれます。 S355NLおよびS420NL鋼板は,厚さ20mmから150mmの範囲で在庫を確保しており,これらはEN 10204タイプ3.2認証を完全に取得した欧州の製鉄所から調達されています。緊急のプロジェクトについては,受注から16週間以内に初回製品を納入することが可能であり,量産ペースは10営業日ごとに1基のトランジションピースを完成させるペースです。 物流チームは,上海港から世界中のあらゆる目的地への海上輸送を手配しており,1個あたり500トンを超える特大貨物については,専用船の手配も行っています。

オプションの検査・試験サービス

オプションサービスには,DNV-GL,ビューローベリタス,またはSGSによる第三者検査が含まれ,材料受入,溶接,非破壊検査（NDT）,寸法検査,および塗装の各工程において立会検査が行われます。工場受入試験（FAT）には,3Dモデルとの比較を伴うレーザースキャンを用いた全寸法検査,隙間ゲージおよび定規を用いたフランジの平坦度確認,およびゴー・ノーゴーゲージを用いたボルト穴配置の確認が含まれます。 グラウト充填接続の設計については,グラウトの流動および通気性を検証するために,グラウト環状空間のシミュレーション試験が実施されます。ボルト接続の設計については,ロードセル付き油圧テンショナーを用いてボルトの予圧検証が行われます。すべての試験結果はFAT報告書に記録され,これが洋上設置の受入検査の基礎となります。

技術仕様

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