水下機(jī)器人（ROV）液壓系統(tǒng)的泄漏原因及對策

邱可 曹江 韓超 曾陽生（深圳海油工程水下技術(shù)有限公司，廣東深圳 518000）

水下機(jī)器人（ROV）液壓系統(tǒng)的泄漏原因及對策

邱可 曹江 韓超 曾陽生（深圳海油工程水下技術(shù)有限公司，廣東深圳 518000）

在海洋石油工程項目中，水下機(jī)器人（ROV）的應(yīng)用越來越廣泛，其作用越來越突顯，保障ROV持續(xù)運行尤為關(guān)鍵，而ROV液壓系統(tǒng)的滲漏是造成故障待機(jī)的常見問題，本文以ROV操作者的角度來介紹液壓系統(tǒng)泄露的產(chǎn)生原因和防治措施等。

ROV；液壓泄露

近年來，水下機(jī)器人（ROV）在海洋工程中的應(yīng)用越來越廣泛，不僅需要水ROV能夠完成觀察檢測等任務(wù)，而且需要ROV能完成一些更為復(fù)雜的操作任務(wù)，如水下礦產(chǎn)勘探開采、海洋地質(zhì)采樣、水下石油管線的鋪設(shè)與檢修、水下基盤和采油樹的安裝與維修等。ROV在水下工作時要用到機(jī)械手、液壓扳手、切纜器、水槍泵、吸泥泵等輔助工具，而它們都需要ROV的液壓系統(tǒng)提供動力，如果液壓系統(tǒng)出現(xiàn)了問題，就會造成海上工程進(jìn)度受阻，施工船舶現(xiàn)場待機(jī)，環(huán)境污染等一系列嚴(yán)重后果。因此有必要對ROV液壓系統(tǒng)的作業(yè)風(fēng)險進(jìn)行分析，找出影響ROV液壓系統(tǒng)泄漏的主要因素，有針對性地防止ROV液壓系統(tǒng)發(fā)生泄漏，實現(xiàn)ROV海上安全作業(yè)效能的最大化。

1 ROV液壓系統(tǒng)構(gòu)成

輔助裝置以及執(zhí)行、控制與動力等元件共同構(gòu)成了ROV液壓系統(tǒng)。執(zhí)行元件將液壓油壓力能轉(zhuǎn)換為動作機(jī)構(gòu)的機(jī)械能，如ROV推進(jìn)器的液壓馬達(dá)主要負(fù)責(zé)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)扭矩；調(diào)節(jié)與控制液壓油方向、流量與壓力屬于控制元件的主要功能，ROV液壓系統(tǒng)各種功能由單向閥、流量閥與泄壓閥等的各種組合來實現(xiàn)；電動機(jī)機(jī)械能向液壓油壓力能的轉(zhuǎn)換由動力元件完成；輔助元件是將前面三部分（動力元件、控制元件和執(zhí)行元件）連接在一起組成一個系統(tǒng)，起貯油、過濾和密封等作用，如管路和接頭、油箱、過濾器和密封元件等。各種液壓元件分工協(xié)作，共同完成ROV液壓系統(tǒng)的應(yīng)用功能。

ROV液壓系統(tǒng)泄漏是目前液壓工作中系統(tǒng)普遍存在的故障現(xiàn)象，所以我們要對ROV液壓系統(tǒng)引起高度重視，以防止產(chǎn)生泄漏現(xiàn)象。

2 ROV液壓系統(tǒng)泄漏類型

運動密封處與固定密封處泄漏是ROV液壓系統(tǒng)產(chǎn)生泄漏的二種主要類型，前者大多涵蓋多路閥閥桿、油缸活塞桿等部位；后者則更多的會發(fā)生在各管接頭連接部位、缸底等處。

如果由油液泄漏方面劃分的話，則包括內(nèi)泄漏、外泄漏兩種。前者主要是指在液壓系統(tǒng)中液壓元件內(nèi)部產(chǎn)生的泄漏；后者則說的是液壓油由系統(tǒng)內(nèi)向外部環(huán)境的泄漏。

3 泄漏發(fā)生的根源

3.1 密封件設(shè)計因素影響

設(shè)計、挑選液壓系統(tǒng)密封元件對于ROV液壓系統(tǒng)本身的可靠性有著決定性影響，因為選用了不標(biāo)準(zhǔn)的密封件或者密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計失當(dāng)，忽略了液壓油和溫度環(huán)境改變、運行速度高低、極限壓力大小、載荷狀況以及密封材料相容型式等，以至ROV液壓系統(tǒng)會發(fā)生間接或直接性的程度不同的泄漏現(xiàn)象。

3.2 元件制造與裝配不當(dāng)

3.2.1 制造因素

形位與尺寸公差、表面光潔度及其處理等因素對于全部ROV液壓元件、密封部件而言均必需嚴(yán)格執(zhí)行，假如上述要求無法完成，會讓零件的先天滲漏點成為客觀的存在，完成裝配或使用時滲漏現(xiàn)象就會發(fā)生。

3.2.2 裝配因素

許多ROV的配件屬于精密元件，在裝配前應(yīng)對密封零件進(jìn)行仔細(xì)檢查，看是否有破損的把粘在上面的灰塵或者水分清理掉，裝配時應(yīng)將零件蘸少許液壓油，輕輕壓入。裝配液壓元件時，必需謹(jǐn)慎操作，假如用力過度，會導(dǎo)致零件變形（尤其是密封法蘭、缸體受到手錘等的敲擊）達(dá)不到密封的效果，容易造成液壓系統(tǒng)泄漏。選擇適當(dāng)?shù)那逑磩┣鍧嵜芊饧绕鋵形圈、防塵圈以及密封圈等橡膠件清洗，它們的彈性會因為運用汽油一類清洗濟(jì)而更易老化，導(dǎo)致密封性能降低。

管接頭和管式元件相連處是ROV液壓管接頭漏油產(chǎn)生的主要部位，比如，連接錐管螺紋過程中，螺堵、螺紋二者間沒有充分吻合，漏油很容易發(fā)生。運用公制螺紋連接管接頭時，密封平面與螺孔中心線之間不垂直，也就是說，加工尺寸與螺孔幾何精度和要求不相符，導(dǎo)致組合墊圈密封程度不足，泄漏會由此產(chǎn)生。

3.3 油液污染

3.3.1 氣體污染

當(dāng)重新裝配液壓部件時，液壓系統(tǒng)的啟動必須要先充滿油，再放氣。常溫常壓條件下，6%-8%容積比的空氣存在于液壓油內(nèi)，如果減小壓力，油內(nèi)會有空氣游離出來，導(dǎo)致氣泡產(chǎn)生，破裂的氣泡會讓液壓元件發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，噪聲會由此產(chǎn)生。如果油內(nèi)有眾多的空氣進(jìn)入，氣蝕增加，增大了液壓油壓縮性，會導(dǎo)致工作不平穩(wěn)現(xiàn)象發(fā)生。假如工作時的ROV液壓系統(tǒng)于極短時間內(nèi)，高、低壓之間的壓力變換迅速，高壓側(cè)的氣泡溫度升高后快速回至低壓側(cè)，爆裂由此發(fā)生，元件內(nèi)壁的損傷、凹點由此產(chǎn)生，引起泄漏。

3.3.2 顆粒污染

清潔的液壓油是ROV液壓系統(tǒng)的生命。ROV液壓傳動系統(tǒng)中，能量傳遞工作介質(zhì)是油液，液壓油選擇準(zhǔn)確之際，必需保證清潔，不能有污物混雜其中。如果ROV液壓系統(tǒng)油中混入的污物進(jìn)入閥芯與閥體的配合間隙，就可能造成堵塞，使局部壓力增大，超過耐壓極限，從而引起泄漏。原因在于，組成ROV液壓動力系統(tǒng)的各種閥、泵類元件相對運動時，其全部的配合表面良好，而且其配合表面間隙極小。

3.3.3 水污染

由于ROV工作在海水中，海水可能會腐蝕液壓系統(tǒng)的密封元件，使元件的結(jié)構(gòu)、材料、性質(zhì)發(fā)生變化，若海水進(jìn)入ROV的液壓系統(tǒng)，海水會與液壓油反應(yīng)，形成酸性物質(zhì)和油泥，使油液粘度下降、變質(zhì)，加速液壓元件間的磨損，會使系統(tǒng)發(fā)生內(nèi)泄漏機(jī)率增大。

3.4 零件損傷

ROV設(shè)備有時候因為作業(yè)時海況較差能見度低，在操控的時候不慎撞在海底結(jié)構(gòu)物上，也可能使某個液壓元件損壞而發(fā)生泄漏。

4 防止泄漏的主要對策

4.1 防止空氣進(jìn)入系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)中所用的液壓油可壓縮性很小，在一般的情況下它的影響可以忽略不計。但是低壓空氣的可壓縮性很大，約為液壓油的1000倍，所以即使系統(tǒng)中含有少量的空氣，它的影響也是很大的。為了防止空氣破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在系統(tǒng)中設(shè)置有排氣閥，加完液壓油或安裝完液壓管等配件后，在設(shè)備起動之前，先打開排氣閥，以排除存留在液壓油中的空氣。

4.2 防止密封件受損

在ROV液壓系統(tǒng)密封件的安裝過程中，密封件安裝的質(zhì)量高，不僅可以有效地降低液壓系統(tǒng)的泄漏，還可以提高密封件的使用壽命，從而降低液壓系統(tǒng)發(fā)生故障的幾率。在裝配液壓元件時，提前將各零部件清洗干凈。在更換密封件時，不允許用銳利的工具，注意不得碰傷密封件或工作表面。在密封圈的裝配中盡量采用專用工具，要注意密封圈的方向性。O型圈雖沒有方向性，但在與檔圈并用時，要注意檔圈的位置，裝錯就不能起密封作用。同時，在密封圈及其配合的表面上涂一些潤滑脂，以保護(hù)密封圈不受損壞。在經(jīng)過螺紋時，可在螺紋部纏上膠布或紙帶，并涂一些潤滑脂，以保護(hù)密封圈。在拆卸、分解液壓元件時要注意零部件拆卸時的方向和順序，拆下的液壓元件要妥善保存，放在干凈的位置不得丟失，不要將其精加工表面碰傷。

4.3 防止過濾器堵塞

定期更換過濾器。ROV液壓油過濾器是液壓系統(tǒng)中除去液壓油中少量固體顆粒的小型設(shè)備，可保護(hù)設(shè)備的正常工作。當(dāng)流體進(jìn)入置有一定規(guī)格濾網(wǎng)的濾筒后，其雜質(zhì)被阻擋，而清潔的濾液則由過濾器出口排出，并要根據(jù)使用情況定期更換過濾器。

4.4 防止污物進(jìn)入油液

定期更換液壓油。液壓油按技術(shù)資料規(guī)定加注后，其品質(zhì)并非一成不變，因為液壓油經(jīng)常處于高溫、高壓下工作，時間長了很容易變質(zhì)和析出雜質(zhì)，從而影響系統(tǒng)中液壓油的品質(zhì)，所以要定期檢查和更換液壓油。

4.5 防止液壓系統(tǒng)長時間高溫

在水上啟動ROV液壓系統(tǒng)檢查ROV的推進(jìn)器和機(jī)械手運行狀態(tài)時，由于沒有海水冷卻，需要注意觀察液壓油箱上的溫度表，不要使液壓油溫度長時處在高溫狀態(tài)，以免破壞液壓系統(tǒng)密封套件的耐熱性，造成系統(tǒng)泄漏。

4.6 防止應(yīng)力破壞密封性

在執(zhí)行作業(yè)任務(wù)時，要避免ROV撞到結(jié)構(gòu)物，否則可能會造成ROV液壓系統(tǒng)的應(yīng)力損傷，破壞系統(tǒng)保護(hù)外殼，從而導(dǎo)致液壓泄露。也不要冒險去執(zhí)行超出ROV自身液壓極限的作業(yè)，比如ROV的機(jī)械手只能提舉100Kg，若去提舉200Kg的物件，很可能導(dǎo)致液壓油缸變形，密封失效，從而導(dǎo)致泄露。所以，操作人員的風(fēng)險意識一定要加強(qiáng)，避免人為的破壞，保障液壓系統(tǒng)密封的良好性。

［1］左健民.液壓與氣壓傳動［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.

［2］嵇光國.液壓系統(tǒng)故障診斷與排除［M］.北京：海洋出版社，1990.