海上平台液压起重机回转抖动分析与处理.pdf

第9 期 一 7 3一 海上平台液压起重机回转抖动分析与处理 贺启昌 中海石油 中国有限公司深圳分公司，广东 深圳 5 1 8 0 0 0 [ 摘要]海上平台液压起重机在维持平台正常运转中 起着至关重要的作用。本文分析了吊机回转抖动产生的原因，并提出 多种解决方式。根据平台情况采取合理有效的措施，可为现场维保人员提供参考。 [ 关键词]海上平台；吊机；回转抖动；分析 1吊机回转系统的工作原理与回转故障现象 海洋平 台吊机液 压系统 由动 力系统、液 压分 配系统 、起升系统 、变幅系统、回转系统及操 作 系统等组成 。回转系统主要是 由动力系统提供高 压液压油 ，再 由分配系统根据驾驶员的操作分配 给 回转系统 、起升系统或者变幅系统 。液压油经 分配 阀到 回转平衡阀再 同时到两个液压油泵，驱 动液压泵按规定方 向转动 ，再 由回转齿轮转换为 吊机 的转动 。 在 海 上 吊货 物 时 回转 系统 使用 最 为频 繁 ， 随着时 间的推移 ，平 台吊机 回转抖动 问题逐渐显 现 ，严重影响平 台的正常运转并带来安全隐患 。 问题 出现后立 即与 吊车司机一起 吊货测试 吊机 ， 发现 吊机 回转 由快速调到慢速 ，然后微动调整拔 杆时抖动剧烈 ，有时候联动时 回转不动 ，其他 动 作完全停住后 回转才能动 ；在全速运行时 ，整个 回转动作剧烈抖动 ，慢慢运行情况好一些 ，还是 有抖 动感觉 ，但是没有那么剧 烈；在采用跟船动 作时，微动时抖动剧烈，有 时吊车 司机根本无法 控制 回转 。 2故障分析 因 吊机 是 由机 械 、液 压 、 电气 等 装置 组合 而成 ，故 出现 回转抖动 的故障原因也是多种 多样 的。对此针对 吊机 回转 的机械和 电气装置进行排 查 。首先利用应急 回转系统测试 吊机的滚 筒，回 转 能正常运转 ，无卡阻现象 ，于是排除因 回转行 星减速箱故障而导致 的回转抖动 。其次测 试 电磁 换 向阀的状 态 若 是 回转 的 电磁 换 向 阀状 态 不 好 ，时而 导通 时而 关 闭 ，也会造 成 回转 严重 抖 动 。具体做法如下 制作一个简易装置，固定 住 电磁 阀的阀芯 ，让其一直处于开启状态 。此时 测 试 回转 系统 ，结 果 回转抖 动 现象仍 未 得到 缓 解 。最后确定是液压系统 的故障 ，并利用测压装 置测得如表 1 所列数据。 表1 现场测得回转各系统压力 序号 检查内容 测量数据 测量方法 检查说明 时间 测量人 1 控制油压力 3 ． 5 M P a 现场测量 正常 2 0 1 5 ． 3 贺启昌 2 系统压 力 右转 3 ～8 M P E l, 现场测量 波动幅度大 2 0 1 5 ． 3 贺启 昌 3 系统压力 左转 3 ～8 M P a 现场测量 波动幅度大 2 0 1 5 ． 3 贺启昌 4 液压油油温 5 O ℃ 现场温度计 温度较高 2 0 1 5 ． 3 贺肩昌 5 刹 车开启压力 4 M P a 左右 现场测量 正常 2 0 1 5 ． 3 贺启 昌 6 平衡阀状态 无 现场调节 时间过久，无法调节 2 0 1 5 ． 3 贺启昌 7 负载反馈系统 无 现场观察 无蓄能器 2 0 1 5 ． 3 贺启 昌 3吊机回转抖动原因分析 吊机 回转抖动是一综合症状 ，很 多原因都可 以导致 回转抖动 。当 回转 出现抖动时如何进行排 查解决 问题 ，反之 ，为了避 免 出现 回转抖动 ，在 吊机调试的时候应注意调节哪些阀件 以及如何调 节对此从液 压系统 原理 和现场两方面 ，参考厂 家及年检人 员的调试经验 ，对造成 回转抖动 的可 能原因一一进行剖析。 作者简介贺启昌 1 9 8 8 一，男，湖北天门人，长江大学机械 设计制造及其自动化专业毕业，本科学历，助理工程师。主要从事 海上石油平台设备维修工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 一 7 4 一 ■ 故障诊断 石油和化工设备 2 0 1 5 年第 1 8 卷 3 ． 1 操作 不 当 经现场考察 ，并未发现 吊车司机操作过程有 不合理行为，所以人的因素排除。 3 ． 2机械刹车装置的制动时机不合适造成回转冲击 吊机 的行 星齿 轮减 速 箱使 用 的是 常 闭式刹 车 静态刹车 ，其工作原理为在 回转不工作 的时候 ，刹车活塞上的弹簧顶紧刹车摩擦片 ，回 转机构必须克服此 内外摩擦片之间的摩擦力才能 动作 。当回转 需要工作时 ，回转系统主压力达到 一 定数值后 一般为 1 ． 4 MP a ，刹车液控 换 向 阀动作 ，刹车油进入刹车油缸推动油缸松开刹车 4 MP a 左右 ，吊机开 始回转 。准备 停止 回转 时 ，因为刹车活塞的行程极短 一般2 ～ 4 mm， 所 以刹车时间可 以忽略不计 ，几乎是瞬 间刹死 ， 造成 回转突然停止 并发 出连续的 “ 嘎嘎 ”拖刹车 声音 ，导致回转时的动能瞬时全部转为液压能 ， 若此时平衡阀调节不合适 ，势必引起拔杆来 回抖 动 。 解决办法是在刹车油 口处安装单 向节流 阀或 者单 向节流点 以减缓刹车油缸 的回油速度 ，使刹 车时机可调。 需要指 出的是 ，静态刹车 的主要作用不是对 回转进行减速 ，而是在 回转速度降低或完全停止 之后锁住回转机构 ，避免 吊机停机后 出现 由于外 力而产生溜车 。节流 阀的作用是延长刹车油缸从 远离刹车片到接触刹车片这个过程 的时 间。最佳 的刹车时机应是 回转停止的瞬间刹车摩擦片正好 贴紧 。静态刹车要求在主轴停止转动之前不允许 有刹车力存在 ，否则 内外摩擦片之 间的硬性摩擦 会造成摩擦片磨损 、高温，对齿轮箱 的使用寿命 造成 严重影 响。 现场测量时发现 ，在刹 车处接 的压力表显示 刹车开启压力正常 4 MP a 左右，且刹车关闭时 机可调整 ，所 以可以排除液控换 向阀、减压 阀和 刹车系统的故障。 3 _ 3回转平衡 阀的压力设定不合适 回转 系统 中的平衡 阀主要 起 两个 作用 。首 先是对马达起减速作用 。回转 “ 减速 ”的时候 ， 回转负载 由正负载转为负负载 ，马达被减 速箱反 拖 ，转为油泵工况，被动承受负扭矩 。当马达在 负扭矩作用下产 生失速 导致进油 口出现吸空时， 出口平衡 阀自动关闭，从而避免进一步失速。其 次 ，平衡 阀还 起到液压刹车制动 的作用。平衡 阀 压力设定过 大则溢流压力高 ，导致 回转刹车时液 压 能无法 释放 ，液压 冲 击大 。过小 则 回转 背压 低 ，容易失速 。但是现场平衡 阀由于年限久远 ， 已无法调节 ，对此初步怀疑平衡 阀状态不 良为造 成回转的主要原因。 3 ． 3 ． 1 平衡阀的调节办法 把设定值换算为调压螺杆 的圈数 。华南船机 平 台吊机选用 的美 国S UN公司的平衡 阀，调压螺 杆全调3 圈，最高设定压力3 5 0 b a r ，调压螺杆每 圈增加／ 减少压力约9 0 b a r 。 3 _ 3 ． 2调压采用倒退法 即先把调压螺杆逆时针调紧 此 时压力设定 为3 5 0 b a r ，再顺时针旋转调压螺杆减去多余的压 力 。 厂家意见 一般不要轻易调节平衡 阀，平衡 阀 出厂 时 己调节好 。 3 ． 4油泵可能因磨损导致 间隙过大 若油泵过度磨损 ，会导致系统压 力无法 建立 和液压油温度升高 ，会 导致 吊机所有动作抖动， 吊重能力下降 ，动作速度变慢 。而现场只发现回 转抖动情况 ，所 以油泵 的原 因排除。 3 ． 5多路阀的故障 若多路阀的压力补偿器 出现故障 ，阀件 内部 出现卡阻，无法提供足够的负载压力给油泵 ，而 导致油泵L S 油 口压力降低 ，无法保证流量正常输 出，在 回转动作运行时 出现流量较大波 动现象 ； 而在压力波动情况下会导致平衡阀的启 闭频繁 ， 这样就会出现剧烈抖动现象 ，所 以有可 能是 多路 阀的故障。经 过一系列 的讨论与分析 ，最终怀疑 是平衡阀和多路阀的故障。 4制订维修方案 对 导致 回转抖动 的各类 问题 ，制订了三套解 决方案，阐述如下。 4 ． 1 方案一 更换回转 平衡 阀后测试 ，若仍有抖动现象再 更换多路阀，不做其他液压系统改动 。 4 ． 2方案二 对 回转进行液压系统改造 ，将 旧的平衡 阀更 换为可双向调节 的平衡 阀，并在负载反馈 处加装 储能器 ，油马达A、B口之间适 当地串油装置 以减 少 吊机回转启动／ 停止瞬间的冲击。如图1 所示。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第9 期 贺启昌 海上平台液压起重机回转抖动分析与处理 ． 7 5一 图1 方案二的液压示意图 4 - 3方案三 在方案二的基础上增加更换回转多路阀。 5技术方案对比 回转改造方案对 比分析见表2 。 表2 回转改造方案对比分析 方案 优点 缺点 安全性 经济性 推荐 方案一 周期短 ，更换方便 改造 后 因 就平 衡 阀 调节 因 只是 更 换 两个 平 良好 不推荐 范 围 限制 ， 可 能还 会 有 衡 阀 ，所 以安全 性 抖 动 现 象 。且 旧的 平衡 良好 阀体积大，调节不方便 方案二 在 多路 阀控制 油处增 加了节流装 较第一种方案改造相对 安全性良好 前期投入较第一种 重点推荐 置 ，并在 回转主 管线处增 加旁通 装 复杂 方 案花费较多 ，但 置 ，大 大降低 了 回转抖 动。更换 了 后 期效果较好 需 调节能力更强的双向调节平衡阀， 厂 家 提供 技 术支 且体积小，调节能力更强。并在L S 持 反馈处增设蓄能器，采取了多种措 施减低回转抖动 方案三 全面解决回转抖动问题 更换多路 阀工程量大 ， 安全性低 花费很大，要做负 不推荐 且 后 期调 试 及 测试 周 期 载测试及水袋 试重 长 ， 影 响 平 台 正 常 运 需厂家提供 技术 行，建议吊机年检 时再 支持 做 经过 反复讨论 ，并联系厂家从其 方案的可行 性 、安全性和后期 的维护等方面进行综合考虑 ， 最终一致同意选取方案二。 6方案实施 经厂家人员指导，按照方案二的施工 图纸 ， 现场拆除 了两个陈 旧的 回转平衡阀、减 压阀、液 控换向阀及其附属管线，更换 了部分阀件。 改造 后通 过 现场 的 调整 测 试 ， 目前现 场 吊 机 的回转动作运行平稳，并达到改造 前的预期 效 果。回转改造后现场各阀件调控参数如表3 所列 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 一 7 6 ． ■ 故障诊断 石 油 和 化 工 设 备 2 0 1 5 年第 1 8 卷 表3回转改造后现场各阀件调控参数 序号 名称 参数 说 明 1 平衡阀 3 ． 5 M P a 松开后调 紧一 圈半／ 开启压 力约 为3 ． 5 M P a 2 减压 阀 4 ． O M P a 大于4 ． O M P a 后开启溢流 3 调速 阀 1 2 O 。 逆 时针开启 1 2 0 。 4 节流 阀 开启五圈 5 节流点 0 0 ． 4舢 无需调节 6 液控换 向阀 l - 8 M P a 大于l 。 8 M P a 后开启换向 7 回转速度／ 圈 6 0 6 2 s 回转一圈6 0 s 8 空载时系统压力 l O M P a 不需调节 1 改造后经过近3 个月 的现场测 试， 目前 回转动作平稳 ，抖动现象己消除。 2 经改造后 吊机 回转部位空间大大减小， 且方便维护，降低 了日常维修率。 7结论 通过对 吊机 回转 的改造 ，提高 了员工发现 问 题 、思考 问题 、解决 问题 的能力 ，大大降低 了吊 装作业 中存在的风险，增 强了员工 的创新能力， 进 一步增强 了员工的团队协作及沟通能力 ，加强 了个人能力和工作责任心。 ◆参考文献 [ 1 ] 许 贤 良，王传 礼． 液压传动 [ M] ． 北京 国防工业 出版社 ， 20 0 6． [ 2 】 张利平． 液压传动与控制【 M】 ． 西安西北工业大学出版社， 2 0 05 [ 3 ] 海洋石油工程设计指南编委会． 海洋石油工程设计指 南 第二册 [ M] 京石油工业出版社 ，2 0 1 1 ． 『 4 1 成大先． 机械设计手册[ M] 京化学工业出版社，2 0 0 1 ． 【 5 】 董志豪，钱志峰． 三种圆柱形叶片型线方程比较[ J ] _排灌机 械 ，1 9 9 8 ，1 7 1 1 6 1 8 3 1 ． 【 6 】 周凤星，程耕 国，周志裕 ． 海洋石油钻井平台 吊机 监测系 统[ J ] ． 控制工程 ，2 0 0 3 ，1 0 5 4 7 2 - 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