李會(huì)通，司江舸

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海洋石油平臺(tái)吊機(jī)液壓系統(tǒng)解析

李會(huì)通，司江舸

（中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300450）

介紹了海洋石油平臺(tái)吊機(jī)液壓系統(tǒng)組成及結(jié)構(gòu)，介紹了各系統(tǒng)的工作原理，并以某型式吊機(jī)的液壓系統(tǒng)原理圖為示例，講解了液壓系統(tǒng)工作原理，簡(jiǎn)單概述了吊機(jī)故障應(yīng)急操作。

海洋石油平臺(tái) 吊機(jī) 液壓系統(tǒng)

0 引言

在海洋石油平臺(tái)上，吊機(jī)被稱為平臺(tái)的“左膀右臂”，在人員、貨物吊裝過(guò)程中有著不可替代的作用。與機(jī)械、電氣等傳動(dòng)方式相比，液壓傳動(dòng)具體安全、成本低、傳動(dòng)平穩(wěn)、承載力大等優(yōu)點(diǎn)。因此，液壓傳動(dòng)被廣泛應(yīng)用于海洋石油平臺(tái)吊機(jī)。在吊機(jī)的管理工作中，必須掌握吊機(jī)的液壓系統(tǒng)原理，才能夠有效排除吊機(jī)相關(guān)故障，保證吊機(jī)的正常運(yùn)行，從而保證平臺(tái)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)工作的順利開(kāi)展。

因此，本文重點(diǎn)對(duì)吊機(jī)的液壓系統(tǒng)進(jìn)行介紹，希望對(duì)提高吊機(jī)液壓系統(tǒng)的了解和吊機(jī)管理水平起到一定幫助。同時(shí)，對(duì)吊機(jī)應(yīng)急操作進(jìn)行簡(jiǎn)單概述，為吊機(jī)故障應(yīng)急情況下的操作提供參考。

1 海洋石油平臺(tái)吊機(jī)液壓系統(tǒng)組成及結(jié)構(gòu)

海洋石油平臺(tái)吊機(jī)液壓系統(tǒng)主要包括動(dòng)力系統(tǒng)、起升系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、變幅系統(tǒng)。

1.1 動(dòng)力系統(tǒng)

一種是柴油機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)，由柴油機(jī)、液壓泵及彈性聯(lián)軸器組成；一種是電動(dòng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)、液壓泵及彈性聯(lián)軸器組成。

1.2 起升系統(tǒng)

起升系統(tǒng)的絞車，由卷筒、支架，一個(gè)或兩個(gè)行星減速齒輪箱、制動(dòng)器及液壓馬達(dá)組成。通常起升系統(tǒng)的限位裝置安裝在絞車上絞車制動(dòng)器用來(lái)實(shí)現(xiàn)絞車制動(dòng)，是常閉式濕式摩擦片制動(dòng)器，在失壓情況下，通過(guò)彈簧力將摩擦片快速接合，實(shí)現(xiàn)安全制動(dòng)。制動(dòng)器的摩擦片設(shè)有一定的磨損補(bǔ)償量，經(jīng)久耐用。

1.3 回轉(zhuǎn)系統(tǒng)

由一個(gè)或多個(gè)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)支承組成，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)減速器輸出端的小齒輪與回轉(zhuǎn)支承的內(nèi)齒輪嚙合傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)起重機(jī)的360度的全旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，用一個(gè)操縱手柄操作，左撥手柄左轉(zhuǎn)、右撥手柄右轉(zhuǎn)。

1.4 變幅系統(tǒng)

變幅系統(tǒng)有油缸變幅系統(tǒng)和鋼絲繩變幅系統(tǒng)兩種。其中，鋼絲繩變幅系統(tǒng)由絞車、固繩裝置、鋼絲繩、滑輪組及防吊臂降落的變幅鎖定機(jī)構(gòu)組成，實(shí)現(xiàn)吊臂的起升和降落，用一個(gè)操縱手柄操作，手柄后拉起升、前推降落。

變幅系統(tǒng)的絞車，由卷筒、支架，一個(gè)或兩個(gè)行星減速齒輪箱、制動(dòng)器及液壓馬達(dá)組成。防吊臂降落的變幅鎖定機(jī)構(gòu)安裝在絞車上。

2 工作原理

在動(dòng)力系統(tǒng)提供液壓動(dòng)力源的基礎(chǔ)上，平臺(tái)吊機(jī)可以實(shí)現(xiàn)起升、變幅和回裝三個(gè)動(dòng)作。

2.1 吊機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)工作原理

通過(guò)柴油機(jī)或者電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵，從而為整個(gè)液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力源。

2.2 吊機(jī)起升、變幅和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)工作原理

啟動(dòng)吊機(jī)液壓泵站的電動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)液壓泵,液壓泵輸出壓力油，操縱控制手柄，壓力油經(jīng)過(guò)多路換向閥直接到液壓馬達(dá)，同時(shí)控制油路上也有40~60 bar的液壓油通過(guò)換向閥打開(kāi)減速機(jī)里的摩擦式制動(dòng)器，液壓馬達(dá)在液壓油的驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)減速箱轉(zhuǎn)動(dòng)，即可根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)吊鉤起升、吊臂變幅或吊機(jī)整體回轉(zhuǎn)三大動(dòng)作。工作結(jié)束后，控制手柄回復(fù)中位，多路換向閥及制動(dòng)器的換向閥也同時(shí)復(fù)位，這樣液壓油停止供給液壓馬達(dá)停止工作，同時(shí)減速機(jī)制動(dòng)器里的液壓油被彈簧排出來(lái)回到油箱,制動(dòng)器制動(dòng)，使減速機(jī)的輸出端和卷筒處于制動(dòng)狀態(tài)。

3 液壓系統(tǒng)原理圖示例分析

為便于讀者更加直觀的對(duì)液壓系統(tǒng)原理進(jìn)行了解，下面，以某型式吊機(jī)的液壓系統(tǒng)原理圖為示例，對(duì)液壓系統(tǒng)工作原理進(jìn)行介紹。該型式吊機(jī)主要由回裝機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)、主絞車機(jī)構(gòu)以及副絞車機(jī)構(gòu)組成。液壓系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

圖1

3.1 主油路

從上圖1中可以看出，系統(tǒng)中主油路主要分為兩大部分。

第一部分是由柴油機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的雙聯(lián)液壓泵P01提供兩路主油路P1和P2。此兩路油路為整個(gè)系統(tǒng)提供主動(dòng)力油。

第二部分是由柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的液壓泵P04提供的油路，一路送到風(fēng)冷器對(duì)系統(tǒng)液壓油進(jìn)行冷卻；一路送至油路P3，為副鉤恒張力機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力。

3.2 控制油路

系統(tǒng)中控制油路主要分為三大部分。

第一部分是由柴油機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的雙聯(lián)液壓泵P01提供兩路控制油路LS1和LS2，此兩路控制油路主要控制兩個(gè)多路閥H01、H02的動(dòng)作。

第二部分是由P1、P2兩路油路通過(guò)梭閥HSV以及濾油器H05提供，該油路一路為主系統(tǒng)壓力表提供壓力，另一路通過(guò)先導(dǎo)供油閥H03后為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的控制油路（即本章所述的第二部分控制油路）。該部分控制油路主要通過(guò)吊機(jī)駕駛室內(nèi)的控制手柄，按照手柄指令，進(jìn)入兩個(gè)多路閥H01、H02的對(duì)應(yīng)腔體，從而控制上述第一部分控制油路LS1和LS2來(lái)完成兩個(gè)多路閥組的動(dòng)作。

第三部分也是由P1、P2兩路油路通過(guò)梭閥HSV以及濾油器H05提供，然后通過(guò)減壓閥H06為變幅、回轉(zhuǎn)、主鉤以及副鉤機(jī)構(gòu)的剎車裝置提供動(dòng)力。此外，剎車裝置的動(dòng)力也可以通過(guò)手搖泵N01提供。

3.3 主要閥組組塊的作用

1）多路閥H01

此多路閥組主要負(fù)責(zé)分配主鉤、副鉤、變幅三大機(jī)構(gòu)的油路，為他們提供控制油路和動(dòng)作主油路。

2）多路閥H02

此多路閥組主要負(fù)責(zé)分配回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的油路，為他們提供控制油路和動(dòng)作主油路。

3）邏輯閥H10以及液控?fù)Q向閥H09、HDV

當(dāng)?shù)鯔C(jī)無(wú)回轉(zhuǎn)動(dòng)作時(shí)，由雙聯(lián)液壓泵P01提供兩路主油路和兩路控制油路一起進(jìn)入多路閥H01，分配給主鉤、副鉤、變幅機(jī)構(gòu)動(dòng)作所需動(dòng)力。

但是當(dāng)?shù)鯔C(jī)收到回轉(zhuǎn)動(dòng)作信號(hào)時(shí)，為保證吊機(jī)聯(lián)動(dòng)動(dòng)作的平穩(wěn)，減少壓力波動(dòng)對(duì)回裝動(dòng)作的影響，此時(shí)通過(guò)邏輯閥H10以及液控?fù)Q向閥H09、HDV一起將雙聯(lián)液壓泵P01提供的兩路主油路和控制油路分別分配給兩路多路閥H01和 H02，從而保證回轉(zhuǎn)動(dòng)作的平穩(wěn)。

4 吊機(jī)故障應(yīng)急操作

應(yīng)急操作的基本原理是通過(guò)打開(kāi)剎車，利用重力、人力或者其他動(dòng)力使吊機(jī)獲得作用力方向的運(yùn)動(dòng)，但是必須保證應(yīng)急操作安全可控?；緦?shí)現(xiàn)是通過(guò)手動(dòng)泵供油打開(kāi)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的剎車，吊機(jī)或者重物在外力作用下產(chǎn)生可以控制的平穩(wěn)連續(xù)的運(yùn)動(dòng)。應(yīng)急操作流程主要包含應(yīng)急主、副鉤下放、回轉(zhuǎn)、吊臂下放三種操作

4.1 主、副鉤應(yīng)急下放

關(guān)閉液壓馬達(dá)下降管路閥門，打開(kāi)剎車進(jìn)油閥門和馬達(dá)回油閥門，搖動(dòng)手搖泵至產(chǎn)生一定壓力后，慢慢打開(kāi)回油節(jié)流閥，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急大、小鉤釋放。關(guān)閉節(jié)流閥可使重物停止下降。

4.2 吊臂應(yīng)急下放

關(guān)閉液壓馬達(dá)下降管路閥門，打開(kāi)剎車進(jìn)油閥門和馬達(dá)回油閥門，搖動(dòng)手搖泵至產(chǎn)生一定壓力后，慢慢打開(kāi)回油節(jié)流閥，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急変幅下降。其中關(guān)閉節(jié)流閥，可以使吊臂停止下降。

注：應(yīng)急変幅下降操作中，在打開(kāi)回油節(jié)流閥前，應(yīng)持續(xù)加壓，直至輔助剎車棘爪機(jī)構(gòu)打開(kāi)（如有輔助剎車棘爪機(jī)構(gòu)）。如無(wú)法正常打開(kāi)，可手動(dòng)扳動(dòng)完成。

4.3 應(yīng)急回轉(zhuǎn)

關(guān)閉平衡閥前電磁換向閥閥常開(kāi)閥，打開(kāi)常閉閥。并打開(kāi)回轉(zhuǎn)馬達(dá)對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)向常閉閥，搖動(dòng)手柄至產(chǎn)生一定壓力后，慢慢打開(kāi)回轉(zhuǎn)馬達(dá)對(duì)應(yīng)節(jié)流閥

5 結(jié)束語(yǔ)

本文簡(jiǎn)單對(duì)吊機(jī)故障應(yīng)急操作進(jìn)行了介紹，便于在吊機(jī)故障情況下，使用者可以通過(guò)應(yīng)急操作實(shí)現(xiàn)吊機(jī)的部分動(dòng)作。由于吊機(jī)在海洋石油平臺(tái)的不可替代作用，以及作為吊機(jī)核心的液壓系統(tǒng)，要求吊機(jī)使用和管理者必須掌握吊機(jī)液壓系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)和原理。只有如此，才能在實(shí)際工作中，隨時(shí)了解吊機(jī)使用性能，便于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各類故障的排查。

同時(shí)，平臺(tái)吊機(jī)作為海洋石油平臺(tái)的關(guān)鍵設(shè)備，其性能的優(yōu)劣直接影響平臺(tái)的安全運(yùn)行。因此需要廣大吊機(jī)使用者、管理者以及研發(fā)人員在掌握現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)不斷技術(shù)革新，進(jìn)行新產(chǎn)品的研發(fā)，保證平臺(tái)吊機(jī)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

[1] 白號(hào)亮, 安兵. 關(guān)于吊機(jī)液壓系統(tǒng)典型故障的維修和改進(jìn)研究. 自然科學(xué)（全文版）, 2016, 1(08).

[2] 曾永澤. 吊車液壓傳動(dòng)的特點(diǎn)及使用維修. 中國(guó)汽車保修設(shè)備, 1994, (6).

[3] 楊志勇. 吊車液壓系統(tǒng)故障維修. 工程技術(shù)（全文版）, 2016, 51(12).

Analysis of Hydraulic System for Crane on Offshore Oil Platform

Li Huitong, Si Jiangge

(CNOOC Energy Technology & Services Ltd-Supervision & Technology Company, Tianjin 300452, China)

TH137

A

1003-4862（2018）06-0059-03

2018-03-21

李會(huì)通（1984-），男，工程師。研究方向：機(jī)械工程。Email：574633863@qq.com