海洋石油112FPSO單點(diǎn)吊橋液壓馬達(dá)故障分析及優(yōu)化維修

王春光 崔家訓(xùn) 彭 彬 彭湘桂

（中海油能源發(fā)展采油服務(wù)公司曹妃甸FPSO作業(yè)公司 天津 300457）

海洋石油112FPSO單點(diǎn)吊橋液壓馬達(dá)故障分析及優(yōu)化維修

王春光 崔家訓(xùn) 彭 彬 彭湘桂

（中海油能源發(fā)展采油服務(wù)公司曹妃甸FPSO作業(yè)公司 天津 300457）

本文主要介紹CFD11油田FPSO112單點(diǎn)吊橋運(yùn)行時(shí)因液壓馬達(dá)齒輪軸承鎖緊環(huán)松動(dòng)導(dǎo)致液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)齒輪松動(dòng)脫落馬達(dá)損壞，致使單點(diǎn)吊橋不能正常工作。經(jīng)過對故障認(rèn)真分析、研究，制定出最合理的維修方法，有效的保證了吊橋馬達(dá)的安全運(yùn)行。在此從單點(diǎn)吊橋的結(jié)構(gòu)、工作特點(diǎn)出發(fā)針對曾經(jīng)出現(xiàn)的故障進(jìn)行分析，以及相應(yīng)的優(yōu)化維修對策進(jìn)行總結(jié)。

海洋石油112；FPSO；單點(diǎn)吊橋；馬達(dá)

1 引言

在海洋石油開發(fā)領(lǐng)域,浮式生產(chǎn)儲油裝置(Floating Production Storage and Offloading簡稱FPSO)是一種常用的海上石油開采工程設(shè)施，主要由船體模塊、單點(diǎn)系泊組成。故譯為浮式生產(chǎn)儲油卸油船，它具有船舶方面的一些特點(diǎn)，但又不同于船舶，由于兼有生產(chǎn)，儲油和卸油功能，因而設(shè)計(jì)更復(fù)雜，技術(shù)含量更大，是目前海洋工程船舶中的高技術(shù)產(chǎn)品。

本文提到的曹妃甸11油田海洋石油112FPSO（以下簡稱112）是由大連船廠設(shè)計(jì)，于2003年由大連船廠負(fù)責(zé)建造的15萬T級的浮式生產(chǎn)儲油卸油船，2004年7月投入曹妃甸11油田使用。單點(diǎn)吊橋位于112的船頭是由船體模塊與單點(diǎn)系泊相互連接的唯一人行通道。一旦出現(xiàn)故障將不能正常起放，當(dāng)單點(diǎn)出現(xiàn)異常情況時(shí)，人員將不能及時(shí)趕到現(xiàn)場，勢必給油田生產(chǎn)和油田安全造成一定的影響。所以單點(diǎn)吊橋能否正常運(yùn)行，對油田的安全生產(chǎn)起著非常重要的作用。而本文正是對單點(diǎn)吊橋在運(yùn)行時(shí)因液壓馬達(dá)齒輪軸承鎖緊環(huán)松動(dòng)導(dǎo)致液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)齒輪松動(dòng)脫落馬達(dá)損壞，致使單點(diǎn)吊橋不能正常工作。經(jīng)過對故障認(rèn)真分析、研究，制定出最合理的維修方法，有效的保證了單點(diǎn)吊橋馬達(dá)的安全運(yùn)行。

2 FPSO112單點(diǎn)吊橋工作簡介

單點(diǎn)吊橋位于是112船艏，是船體模塊與單點(diǎn)系泊相互連通的重要設(shè)備。因?yàn)椴徽撛谑裁春r下112船體總是圍繞單點(diǎn)系泊做圓周運(yùn)動(dòng)，所以船體與單點(diǎn)系泊總能保持在一條直線上，在吊橋設(shè)計(jì)上將吊橋設(shè)計(jì)為收放吊橋時(shí)吊橋沿機(jī)座在船體右舷做180度來回旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。吊橋的運(yùn)動(dòng)工況是靠安裝在機(jī)座上端的2臺液壓馬達(dá)和一臺液壓絞車的運(yùn)動(dòng)來完成的。通過控制上端液壓絞車收放鋼絲繩來實(shí)現(xiàn)吊橋沿機(jī)座軸向運(yùn)動(dòng)完成吊橋的吊起和降落。通過控制機(jī)座上的兩臺液壓馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)吊橋沿機(jī)座進(jìn)行徑向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)完成吊橋的送出與收回(如下圖1、圖2)。

圖1 旋轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)

圖2 升降液壓絞車

當(dāng)有人員要去單點(diǎn)平臺工作時(shí)，就需要船系操作人員進(jìn)行吊橋起放操作。首先，檢查并啟動(dòng)液壓系統(tǒng)。第二，控制液壓閥啟動(dòng)升降液壓絞車運(yùn)行，將吊橋升起到一定高度后停下。第三，控制液壓閥啟動(dòng)2臺旋轉(zhuǎn)馬達(dá)運(yùn)行，將吊橋旋轉(zhuǎn)送到單點(diǎn)系泊的吊橋平臺上方后停下。 第四，再次控制液壓閥啟動(dòng)液壓絞車運(yùn)行，將吊橋慢慢降落到單點(diǎn)系泊的吊橋平臺上。最后，需要打開液壓馬達(dá)的剎車，完成吊橋的釋放工作（如圖3）。人員便可以通過吊橋到達(dá)單點(diǎn)，為防止船體和單點(diǎn)因天氣原因產(chǎn)生較大幅度的相對晃動(dòng)而損害吊橋或發(fā)生安全事故，在工作完畢后需要將吊橋收回放置在船體上。其收回動(dòng)作與釋放動(dòng)作正好相反（如圖4）。

圖3 吊橋釋放狀態(tài)

圖4 吊橋收起狀態(tài)

這里需要注意的是當(dāng)?shù)鯓蚍诺絾吸c(diǎn)系泊上以后必須要把旋轉(zhuǎn)馬達(dá)的剎車打開，使旋轉(zhuǎn)馬達(dá)在外力作用下能夠自由轉(zhuǎn)動(dòng)。這是因?yàn)榈鯓蚍诺絾吸c(diǎn)上的時(shí)候，如果海上風(fēng)浪較大，112船體會(huì)隨著風(fēng)浪上下左右擺動(dòng)，這樣吊橋走道（吊臂）就會(huì)左右擺動(dòng)，其受力將會(huì)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，如果剎車裝置抱死則齒輪箱輸出小齒輪會(huì)來回?cái)[動(dòng)，由于回轉(zhuǎn)內(nèi)齒圈的反作用力，其載荷便會(huì)傳動(dòng)到軸承上，在受到較大的載荷的情況下，軸承保持架可能損壞，軸承失效后，如果載荷過大則可能會(huì)造成齒輪的齒斷裂及內(nèi)齒圈齒輪斷裂，同時(shí)導(dǎo)致與該齒輪軸連接的行星齒輪托架的花鍵槽損壞，吊橋?qū)o法收回（如下圖5、圖 6）。

圖5 損壞的軸承

圖6 損壞的齒輪箱

3 事故及原因分析

3.1 事故發(fā)生過程

船系操作人員啟動(dòng)吊橋系統(tǒng)前根據(jù)操作規(guī)程對吊橋液壓系統(tǒng)和整個(gè)設(shè)備進(jìn)行了仔細(xì)的檢查，沒有發(fā)現(xiàn)異常問題。于是開始啟動(dòng)液壓系統(tǒng)，在液壓絞車升起吊橋的整個(gè)過程一切正常，在吊橋開始旋轉(zhuǎn)的過程中聲音、轉(zhuǎn)速以及液壓系統(tǒng)的壓力都在正常范圍內(nèi)，沒有發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象。當(dāng)?shù)鯓蜻\(yùn)行到一半的時(shí)候，液壓系統(tǒng)壓力突然變小、吊橋速度減慢、動(dòng)力降低。隨后聽到機(jī)座內(nèi)“咔”的一聲巨響。于是立即停機(jī)檢查，打開吊橋機(jī)座門發(fā)現(xiàn)一臺液壓馬達(dá)的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)齒輪脫落（如下圖7、圖8）

圖7 正常驅(qū)動(dòng)齒輪

圖8 驅(qū)動(dòng)齒輪脫落

3.2 應(yīng)急故障維修

因?yàn)閮膳_液壓馬達(dá)的液壓管路處于并聯(lián)連接狀態(tài)。由下面液壓系統(tǒng)圖可以看出，當(dāng)啟動(dòng)液壓馬達(dá)控制閥后脫落動(dòng)力驅(qū)動(dòng)齒輪的馬達(dá)將會(huì)空載轉(zhuǎn)動(dòng)，而另一馬達(dá)因?yàn)槭芰^大沒有液壓油通過而不能轉(zhuǎn)動(dòng)。從而導(dǎo)致吊橋?qū)o法轉(zhuǎn)動(dòng)。必須對其進(jìn)行應(yīng)急維修使其能夠收回，然后再對其進(jìn)行系統(tǒng)的檢查維修。應(yīng)急維修思路就是將損壞的液壓馬達(dá)拆除。一方面是防止吊橋轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)一步損壞馬達(dá)，另一方面是為了隔離液壓油路，使液壓油能完全的通過好的液壓馬達(dá)，讓吊橋在一個(gè)馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)下能夠緩慢的運(yùn)轉(zhuǎn)，由液壓原理圖可以看出（如圖9）。經(jīng)過維修人員按此方案進(jìn)行應(yīng)急維修，吊橋又恢復(fù)“生命”能夠緩慢的旋轉(zhuǎn)（如圖10）。

圖9 液壓系統(tǒng)圖

圖10 一臺馬達(dá)工作

3.3 事故原因分析

經(jīng)過對液壓馬達(dá)的結(jié)構(gòu)分析和事故現(xiàn)象的判斷，最終認(rèn)為是因?yàn)轳R達(dá)使用時(shí)間較長和驅(qū)動(dòng)齒輪工作受力較大等原因?qū)е埋R達(dá)內(nèi)軸承上端鎖緊驅(qū)動(dòng)齒輪的齒輪軸承鎖緊環(huán)松動(dòng)，不能與驅(qū)動(dòng)齒輪的軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，在齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)下齒輪軸承鎖緊環(huán)慢慢的松開，直到驅(qū)動(dòng)齒輪沒有支撐而脫落（如圖11）。

通過對液壓馬達(dá)拆解發(fā)現(xiàn)，驅(qū)動(dòng)齒輪軸上的鎖緊壓蓋有受力損傷和跑圓轉(zhuǎn)動(dòng)的痕跡，這能進(jìn)一步判斷驅(qū)動(dòng)齒輪的脫落是因?yàn)殒i緊壓蓋反松而引起的。經(jīng)過對液壓馬達(dá)結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)齒輪軸鎖緊壓蓋在設(shè)計(jì)上也存在一定的缺陷，雖然它能夠鎖緊驅(qū)動(dòng)齒輪軸使其在整個(gè)齒輪箱內(nèi)運(yùn)動(dòng)，但是它不能保證在受到外力時(shí)不會(huì)反松。一旦受到相反外力或安裝不緊將會(huì)出現(xiàn)鎖緊盤反松齒輪脫落，馬達(dá)不能工作（如圖 12）。

圖11 驅(qū)動(dòng)齒輪結(jié)夠圖

圖12 齒輪箱

4 優(yōu)化維修

經(jīng)過對整個(gè)故障過程的分析和對馬達(dá)整體結(jié)構(gòu)的研究，提出了幾個(gè)的整改方案以彌補(bǔ)原廠設(shè)計(jì)缺陷，防止類似事故的再次發(fā)生。最終確定了一個(gè)最簡單而行之有效的方法，就是在齒輪鎖緊盤上增加沉頭鎖緊銷。用游標(biāo)卡尺測出新齒輪軸承鎖緊環(huán)內(nèi)環(huán)的厚度為14mm，根據(jù)承載外力判斷，決定使用直徑為8mm的鎖緊銷。鎖緊環(huán)為不銹鋼材質(zhì)，想鉆出一個(gè)符合標(biāo)準(zhǔn)的孔難度較大。最終由維修工作經(jīng)驗(yàn)非常豐富的高級機(jī)修工湯成美使用手電鉆和絲錐完成（如下圖13、圖14）。

圖13 鎖緊環(huán)和鎖緊銷

圖14 鎖緊環(huán)鎖緊

5 正確的操作及維護(hù)保養(yǎng)

正確的操作和定期維護(hù)保養(yǎng)對設(shè)備運(yùn)行具有重要意義，一是保證設(shè)備能夠正常運(yùn)行，達(dá)到使用目的；二是減少設(shè)備故障發(fā)生率，延長設(shè)備使用壽命；三是能有效的降低安全生產(chǎn)事故的發(fā)生。

5.1 單點(diǎn)吊橋的操作程序

（1）在操作單點(diǎn)吊橋之前,確認(rèn)操作區(qū)域內(nèi)沒有障礙物。

（2）正式啟動(dòng)前,液壓系統(tǒng)應(yīng)先運(yùn)行30分鐘,確保液壓系統(tǒng)排盡系統(tǒng)中的空氣。

（3）檢查液壓油泄漏情況。

（4）將限位開關(guān),旋轉(zhuǎn)角放置到正確位置。

（5）在操作前確保線纜緊固在絞盤上。

（6）檢查絞車上下的操作是否正常。注意:每個(gè)操作桿直接影響操作位置。

（7）檢查限位開關(guān)的上下操作。

（8）在操作控制單元上按照相應(yīng)的標(biāo)志進(jìn)行操作。

5.2 單點(diǎn)吊橋的維護(hù)保養(yǎng)程序

（1）所有潤滑部件以正確方式進(jìn)行潤滑,如下表:

表1 吊橋潤滑表

（2）如上表所示，檢查所有軸承箱內(nèi)滑油是否在可運(yùn)行范圍。

（3）檢查液壓動(dòng)力系統(tǒng)供給的液壓是否滿足流量和壓力的要求。

（4）更換新的液壓管線在連接和安裝前,應(yīng)該進(jìn)行沖洗。

結(jié)語

經(jīng)過這次維修，在以后的單點(diǎn)吊橋馬達(dá)檢查中均未發(fā)現(xiàn)齒輪鎖緊盤松動(dòng)現(xiàn)象。一年來單點(diǎn)吊橋再未出現(xiàn)過任何類似問題。通過這次優(yōu)化維修，體會(huì)到有時(shí)大的故障往往是由一個(gè)很簡單的問題或者設(shè)計(jì)時(shí)的一個(gè)很小的缺陷引起，在維修時(shí)一定要理論和實(shí)踐相結(jié)合，認(rèn)真分析找出引發(fā)故障的根本原因，通過解決問題根源而使設(shè)備達(dá)到維修后能在最佳狀態(tài)下運(yùn)行。而不是簡單的發(fā)現(xiàn)哪個(gè)零部件損壞就換哪個(gè)，如不找出問題的根源，在以后的運(yùn)行中將會(huì)多次出現(xiàn)類似問題。同時(shí)要將設(shè)備的正確使用和定期的保養(yǎng)放在首位。

[1]《機(jī)修設(shè)計(jì)手冊》化學(xué)工業(yè)出版社