淺析生產儲油平臺吊機功能擴展

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(中海油能源發展采油服務公司,天津 300457)

1 吊機功能擴展起因

海上平臺起重機(簡稱海洋吊機)是海上平臺關鍵特種設備之一，也是保證平臺正常生產生活的必須設備，一旦吊機出現故障而停機，給平臺造成的停產損失非常之大。自升式生產儲油平臺吊機在日常作業時需與拖輪船舶密切聯系和配合，因風浪流變化對吊機產生的影響非常難于控制，吊機功能受到一定影響。

海洋吊機的三大基本功能系統為：起升系統、變幅系統、回轉系統。其中兩個系統同時工作稱為“兩聯動”；三個系統同時工作稱為“三聯動”。聯動功能是吊機能否適應海上惡劣工作環境的重要影響因素，對平臺的正常生產至關重要。

根據調研，自升式生產儲油平臺吊機的液壓系統不具備三聯動功能，或者三聯動功能互相受到影響；吊機液壓系統油缸或力矩限制器故障，導致吊機無法滿足生產實際的需要。

2 吊機功能前期調研及分析

2.1 調研情況

自升式生產儲油平臺10 t吊機型號為BCOC-10 t-18 m/3 t-26.5 m，投產使用于2009年。該設備是平臺生產、生活的重要特種設備，擔任著平臺所有生產和生活物資的上下運輸、平臺施工作業配合的重要任務[1-2]。

該吊機原設計中并不具備起升、變幅和回轉三聯動的功能，而在物資吊運過程中，尤其是在供給船舶上吊運貨物時，由于船舶一直處于動態，所以要求吊機也要具備非常靈活的“跟鉤”功能，這就需要吊機的三聯動功能才能完成。

通過現場調研，及吊機原液壓系統原理的分析，發現之所以不具備三聯動功能主要是因為吊機的變幅、起升系統共用了一套子系統，導致有聯動需求時，上述兩子系統互相干擾、影響，最終導致不能正常工作；同時由于主動力電機的功率比較小，無法滿足聯動需求的功率，這也是產生該問題的重要因素之一。

2.2 方案的可行性分析

根據現場調研的各個數據和參數，并查閱大量廠家資料，經過技術評審，認為該吊機可以從根本上解決“三聯動”的問題。本次功能擴展，從液壓原理設計入手，以增加回路系統、增大功率為切入點，對吊機的整個液壓系統進行了全面升級，從根本上解決三聯動的難題。

海洋吊機液壓系統中一般均采用雙聯液壓泵，并同時使用分動箱進行動力分配，占用空間比較大。在本次升級改造中，可以應用“通軸傳動”的設計：即以四聯液壓泵為通軸傳動，省去了分動箱，減小了功率損失。

由于通軸驅動的懸臂距離較大，導致連接螺栓和傳動軸所承受的附加彎矩比較大。經過分析，可以研制一種專用支架，對該受力進行平衡，基本可以實現理想的效果[3-4]。

3 吊機功能擴展實施方案

3.1 增加液壓子系統

從原液壓系統原理上可以看出，吊機的主副起升、變幅系統是共用的一臺液壓主泵，采用了三片式多路換向閥，導致了該三片多路閥所控制的動作功能無法同時進行工作，也就直接導致了該吊機不具備“三聯動”功能。

從根本原因出發，考慮到三聯動時各動作不會受到影響，則增加了一套液壓子系統，即一套液壓泵、控制閥，專門供給變幅系統的功能需求，這樣就實現了三聯動的功能，并且互相不會受到任何干擾。

依據上述的主要改造思路繪制液壓原理圖，并送CCS審核批準，根據審批結果確定升級改造時所使用的元件型號。

3.2 動力電機增大功率

由于原動力電機的總功率比較小，在實現三聯動功能的同時，吊機的最大功率應有所增加，因此將動力電機進行了換型。在增加功率的同時，安裝尺寸不變，這樣就滿足了功率的需求，同時也沒有增加安裝所需空間，合理增大功率。

3.3 通軸驅動應用

在升級改造過程中，考慮到海洋吊機液壓系統中一般均采用雙聯液壓泵，并同時使用分動箱進行動力分配，占用空間比較大。在本次升級改造中，成功應用了“通軸傳動”的設計：即四聯液壓泵為通軸傳動，省去了分動箱，占用空間小，減小了功率損失[5]。

3.4 萬向可調減振支架

由于通軸驅動的懸臂距離較大，導致連接螺栓和傳動軸所承受的附加彎矩也比較大。萬向可調減振支架的設計開發與應用，可以合理地解決通軸驅動的最大難題：懸臂受力。經過仔細推敲和反復試驗，研制出一種萬向的可調節支架，其同時具備減震和支承的功能，大大增強了液壓泵的穩定性，使得懸臂受力問題迎刃而解。如圖1、2。

圖1 有害彎矩作用示意

圖2 支架設計

3.5 優化的接頭密封形式

采用74°擴口式直通管接頭代替原來24°錐帶O形圈密封接頭，可以省去O形密封圈，由于一臺吊機有200多個接頭省去了O形密封圈，所以降低了裝配難度，提升了裝配質量，降低了吊機的漏油故障率，見圖3。

圖3 接頭密封形式

4 吊機功能擴展成果應用

經過前期設計、準備及后期的施工作業，自升式生產儲油平臺10 t吊機的液壓系統得到了全面升級。隨后進行了吊機的驗收試驗，主要的“三聯動”問題得到徹底解決，同時在操作性能、安全性能、節約能源等方面均得到了提升。

吊機試驗時，CCS驗船師現場見證了試驗，并且業主也一同參加驗收。經過空載試驗、負載試驗，詳細記錄測量數據，最終得到了客戶對升級改造成果的優秀評價，確定此項目取得了良好效果。

[1] 中國船級社.船舶與海上設施起重設備規范[S].北京:人民交通出版社，2007.

[2] 中國船級社.海上固定平臺入級與建造規范[S].北京:人民交通出版社，1992.

[3] 時均蓮，曲 飛，趙 麗.海上平臺起重機典型液壓系統功能原理及故障分析[J].起重運輸機械，2012，(8)：97-99.

[4] 劉 忠，楊國平.工程機械液壓傳動原理、故障診斷與排除[M].北京:機械工業出版社，2005.

[5] 王守成，段俊勇.液壓元件與選用[M].北京:高等教育出版社，2007.