海洋石油112FPSO單點吊橋液壓馬達故障分析及優(yōu)化維修

王春光 崔家訓 彭 彬 彭湘桂

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

海洋石油112FPSO單點吊橋液壓馬達故障分析及優(yōu)化維修

王春光 崔家訓 彭 彬 彭湘桂

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

本文主要介紹CFD11油田FPSO112單點吊橋運行時因液壓馬達齒輪軸承鎖緊環(huán)松動導致液壓馬達驅動齒輪松動脫落馬達損壞，致使單點吊橋不能正常工作。經(jīng)過對故障認真分析、研究，制定出最合理的維修方法，有效的保證了吊橋馬達的安全運行。在此從單點吊橋的結構、工作特點出發(fā)針對曾經(jīng)出現(xiàn)的故障進行分析，以及相應的優(yōu)化維修對策進行總結。

海洋石油112；FPSO；單點吊橋；馬達

1 引言

在海洋石油開發(fā)領域,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施，主要由船體模塊、單點系泊組成。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，但又不同于船舶，由于兼有生產(chǎn)，儲油和卸油功能，因而設計更復雜，技術含量更大，是目前海洋工程船舶中的高技術產(chǎn)品。

本文提到的曹妃甸11油田海洋石油112FPSO（以下簡稱112）是由大連船廠設計，于2003年由大連船廠負責建造的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。單點吊橋位于112的船頭是由船體模塊與單點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，當單點出現(xiàn)異常情況時，人員將不能及時趕到現(xiàn)場，勢必給油田生產(chǎn)和油田安全造成一定的影響。所以單點吊橋能否正常運行，對油田的安全生產(chǎn)起著非常重要的作用。而本文正是對單點吊橋在運行時因液壓馬達齒輪軸承鎖緊環(huán)松動導致液壓馬達驅動齒輪松動脫落馬達損壞，致使單點吊橋不能正常工作。經(jīng)過對故障認真分析、研究，制定出最合理的維修方法，有效的保證了單點吊橋馬達的安全運行。

2 FPSO112單點吊橋工作簡介

單點吊橋位于是112船艏，是船體模塊與單點系泊相互連通的重要設備。因為不論在什么海況下112船體總是圍繞單點系泊做圓周運動，所以船體與單點系泊總能保持在一條直線上，在吊橋設計上將吊橋設計為收放吊橋時吊橋沿機座在船體右舷做180度來回旋轉運動。吊橋的運動工況是靠安裝在機座上端的2臺液壓馬達和一臺液壓絞車的運動來完成的。通過控制上端液壓絞車收放鋼絲繩來實現(xiàn)吊橋沿機座軸向運動完成吊橋的吊起和降落。通過控制機座上的兩臺液壓馬達的旋轉來實現(xiàn)吊橋沿機座進行徑向旋轉運動完成吊橋的送出與收回(如下圖1、圖2)。

圖1 旋轉液壓馬達

圖2 升降液壓絞車

當有人員要去單點平臺工作時，就需要船系操作人員進行吊橋起放操作。首先，檢查并啟動液壓系統(tǒng)。第二，控制液壓閥啟動升降液壓絞車運行，將吊橋升起到一定高度后停下。第三，控制液壓閥啟動2臺旋轉馬達運行，將吊橋旋轉送到單點系泊的吊橋平臺上方后停下。 第四，再次控制液壓閥啟動液壓絞車運行，將吊橋慢慢降落到單點系泊的吊橋平臺上。最后，需要打開液壓馬達的剎車，完成吊橋的釋放工作（如圖3）。人員便可以通過吊橋到達單點，為防止船體和單點因天氣原因產(chǎn)生較大幅度的相對晃動而損害吊橋或發(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。其收回動作與釋放動作正好相反（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?shù)鯓蚍诺絾吸c系泊上以后必須要把旋轉馬達的剎車打開，使旋轉馬達在外力作用下能夠自由轉動。這是因為吊橋放到單點上的時候，如果海上風浪較大，112船體會隨著風浪上下左右擺動，這樣吊橋走道（吊臂）就會左右擺動，其受力將會帶動驅動齒輪轉動，如果剎車裝置抱死則齒輪箱輸出小齒輪會來回擺動，由于回轉內齒圈的反作用力，其載荷便會傳動到軸承上，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造成齒輪的齒斷裂及內齒圈齒輪斷裂，同時導致與該齒輪軸連接的行星齒輪托架的花鍵槽損壞，吊橋將無法收回（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)和整個設備進行了仔細的檢查，沒有發(fā)現(xiàn)異常問題。于是開始啟動液壓系統(tǒng)，在液壓絞車升起吊橋的整個過程一切正常，在吊橋開始旋轉的過程中聲音、轉速以及液壓系統(tǒng)的壓力都在正常范圍內，沒有發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象。當?shù)鯓蜻\行到一半的時候，液壓系統(tǒng)壓力突然變小、吊橋速度減慢、動力降低。隨后聽到機座內“咔”的一聲巨響。于是立即停機檢查，打開吊橋機座門發(fā)現(xiàn)一臺液壓馬達的動力驅動齒輪脫落（如下圖7、圖8）

圖7 正常驅動齒輪

圖8 驅動齒輪脫落

3.2 應急故障維修

因為兩臺液壓馬達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，當啟動液壓馬達控制閥后脫落動力驅動齒輪的馬達將會空載轉動，而另一馬達因為受力過大沒有液壓油通過而不能轉動。從而導致吊橋將無法轉動。必須對其進行應急維修使其能夠收回，然后再對其進行系統(tǒng)的檢查維修。應急維修思路就是將損壞的液壓馬達拆除。一方面是防止吊橋轉動進一步損壞馬達，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，讓吊橋在一個馬達的驅動下能夠緩慢的運轉，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行應急維修，吊橋又恢復“生命”能夠緩慢的旋轉（如圖10）。

圖9 液壓系統(tǒng)圖

圖10 一臺馬達工作

3.3 事故原因分析

經(jīng)過對液壓馬達的結構分析和事故現(xiàn)象的判斷，最終認為是因為馬達使用時間較長和驅動齒輪工作受力較大等原因導致馬達內軸承上端鎖緊驅動齒輪的齒輪軸承鎖緊環(huán)松動，不能與驅動齒輪的軸同步轉動，在齒輪的轉動下齒輪軸承鎖緊環(huán)慢慢的松開，直到驅動齒輪沒有支撐而脫落（如圖11）。

通過對液壓馬達拆解發(fā)現(xiàn)，驅動齒輪軸上的鎖緊壓蓋有受力損傷和跑圓轉動的痕跡，這能進一步判斷驅動齒輪的脫落是因為鎖緊壓蓋反松而引起的。經(jīng)過對液壓馬達結構和工作原理進一步分析發(fā)現(xiàn)驅動齒輪軸鎖緊壓蓋在設計上也存在一定的缺陷，雖然它能夠鎖緊驅動齒輪軸使其在整個齒輪箱內運動，但是它不能保證在受到外力時不會反松。一旦受到相反外力或安裝不緊將會出現(xiàn)鎖緊盤反松齒輪脫落，馬達不能工作（如圖 12）。

圖11 驅動齒輪結夠圖

圖12 齒輪箱

4 優(yōu)化維修

經(jīng)過對整個故障過程的分析和對馬達整體結構的研究，提出了幾個的整改方案以彌補原廠設計缺陷，防止類似事故的再次發(fā)生。最終確定了一個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。用游標卡尺測出新齒輪軸承鎖緊環(huán)內環(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，想鉆出一個符合標準的孔難度較大。最終由維修工作經(jīng)驗非常豐富的高級機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 正確的操作及維護保養(yǎng)

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

5.1 單點吊橋的操作程序

（1）在操作單點吊橋之前,確認操作區(qū)域內沒有障礙物。

（2）正式啟動前,液壓系統(tǒng)應先運行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,旋轉角放置到正確位置。

（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:每個操作桿直接影響操作位置。

（7）檢查限位開關的上下操作。

（8）在操作控制單元上按照相應的標志進行操作。

5.2 單點吊橋的維護保養(yǎng)程序

（1）所有潤滑部件以正確方式進行潤滑,如下表:

表1 吊橋潤滑表

（2）如上表所示，檢查所有軸承箱內滑油是否在可運行范圍。

（3）檢查液壓動力系統(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,應該進行沖洗。

結語

經(jīng)過這次維修，在以后的單點吊橋馬達檢查中均未發(fā)現(xiàn)齒輪鎖緊盤松動現(xiàn)象。一年來單點吊橋再未出現(xiàn)過任何類似問題。通過這次優(yōu)化維修，體會到有時大的故障往往是由一個很簡單的問題或者設計時的一個很小的缺陷引起，在維修時一定要理論和實踐相結合，認真分析找出引發(fā)故障的根本原因，通過解決問題根源而使設備達到維修后能在最佳狀態(tài)下運行。而不是簡單的發(fā)現(xiàn)哪個零部件損壞就換哪個，如不找出問題的根源，在以后的運行中將會多次出現(xiàn)類似問題。同時要將設備的正確使用和定期的保養(yǎng)放在首位。

[1]《機修設計手冊》化學工業(yè)出版社