同步馬達在液壓升降系統中的應用

穆勝軍

（中海油能源發展采油服務公司天津作業公司 天津 300452）

同步馬達在液壓升降系統中的應用

穆勝軍

（中海油能源發展采油服務公司天津作業公司 天津 300452）

海洋石油161平臺升降系統提升油缸存在不同步問題，增加同步馬達實現提升油缸的同步控制，對同步馬達使用要點進行分析，正確選擇同步馬達的規格型號，實際現場數據表明，同步馬達能夠解決提示油缸不同步問題。

液壓升降系統；海油平臺161；同步馬達

引言

如果幾臺液壓馬達或液壓油缸僅由一股油驅動，而不采取任何流量控制措施的話，那么具有最低壓力要求的馬達或者液壓油缸最先動作，之后運行到行程終點或者遇到更大負載時，才能驅動下一個具有較低壓力要求的執行元件啟動，這樣會導致幾臺液壓馬達或者油缸按照順序動作[1]。

海洋石油161平臺升降系統是一種液壓插銷式升降系統，該系統每個樁腿采用4個主液壓缸同時頂升動環梁，由于液壓缸制造存在誤差，運行時各負載不均勻，會造成各液壓缸按照負載大小先后順序動作，如果誤差很大時，將引起升降系統動環梁嚴重傾斜，對樁腿和環梁造成機械破壞，影響系統正常動作，這是絕不允許的。

為避免此類情況發生，對海洋石油161升降系統進行改造，通過采取相應措施來實現提升液壓缸的同步性控制。常采取的控制措施有：（1）通過對環梁和樁腿之間以及樁腿和船體之間增加機械導向來實現機械同步；（2）液壓系統中增加分流閥同步回路；（3）液壓系統中增加同步馬達同步回路；（4）液壓系統中增加比例控制回路。通過實際改造空間、同步精度、改造成本等因素的綜合考慮，最終選擇在液壓系統中增加同步馬達來實現主提升油缸的同步控制。

1 液壓系統原理

海洋石油161平臺升降液壓系統由提升系統、插銷系統和控制系統組成。提升系統用來驅動提升油缸上下動作，插銷系統用來驅動插銷油缸插入和拔出動作，控制系統用于對提升油缸比例換向閥提供先導壓力控制。由于僅提升系統需進行同步性控制，故對改造后的提升系統原理進行說明，見圖1原理圖。

平臺做上升動作時，動環梁上插銷插入樁腿銷孔內，定環梁下插銷拔出，系統輸入正電壓，比例閥處于左位，提升系統油液經過比例閥進入同步馬達的入口，同步馬達進行分流后，四個出口油液分別經過油缸有桿腔平衡閥進入提升油缸的有桿腔，提升油缸無桿腔油液經過無桿腔平衡閥、比例閥以及回路中的冷卻器、單向閥、濾器等回到油箱。此時，提升油缸做同步縮回動作，平臺做整體上升動作。

當某個提升油缸首先達到最小行程時，該油缸壓力持續升高，直至該油缸溢流閥1打開，溢流閥處于溢流狀態，對該同步馬達支路起安全保護作用。

平臺做下降動作時，系統輸入負電壓，比例閥處于右位，提升系統油液經過比例閥、無桿腔平衡閥進入提升油缸的有桿腔，有桿腔回油經過有桿腔平衡閥、同步馬達、比例閥以及回油中冷卻器、單向閥、濾器等回到油箱。此時提升油缸做伸出動作，平臺做整體下降動作。

無桿腔回路的同步馬達單向閥2以及系統回油管路上的單向閥，保證同步馬達的的泄油管路至少有4bar的背壓，當某個提升油缸首先達到伸出到最大行程時，回油管路上的油液經過單向閥2進入提升油缸有桿腔，對該提升油缸有桿腔進行補油，防止該油缸先到達最大行程出現吸空現象。

圖1 海洋石油161平臺升降系統提升系統原理圖

2 同步馬達使用注意事項

同步馬達在選型和使用過程中需要注意以下事項，具體如下：

2.1 同步馬達殼體材質

根據殼體材料的不同，同步馬達可分為鋁合金同步馬達和鑄鐵同步馬達，一般推薦使用鑄鐵殼體的同步馬達，其具有以下優點：

（1）鑄鐵同步馬達適用于海洋環境下使用，鋁合金殼體同步馬達不適用于海洋環境；

（2）低速運行時，鑄鐵同步馬達的噪音比鋁合金同步馬達低；

（3）鑄鐵同步馬達的剛性更好；

（4）鋁合金同步馬達僅能使用礦物油做介質，而鑄鐵同步馬達還可以用其他流體做介。故海洋石油161平臺升降系統中應選用鑄鐵殼體同步馬達。

（5）同步馬達結構類型選擇

同步馬達按照結構類型可以分為齒輪式同步馬達和柱塞式同步馬達，柱塞同步馬達的壓損較大，為進口壓力的20%，齒輪式同步馬達的進出口壓力一般10bar左右，但實際使用過程中，可能受壓力、流量、環境的影響。

海洋石油161平臺升降系統，系統最大設計壓力為250bar，即同步馬達進口最大壓力可能達到250bar，若選用柱塞式同步馬達，進出口壓損為50bar，即提升油缸的最大壓力只能達到200bar，不滿足提升油缸220bar的工作壓力壓力，故選用壓損較小的齒輪同步馬達。

2.2 同步馬達流量范圍選擇

同步馬達每一聯的流量應該與對應執行器的實際工作流量進行匹配，若每一聯實際流量過小，則同步馬達會產生很大的噪聲，若每一聯的流量過大，則相應會增大同步馬達進出口的壓損[2]。

海洋石油161平臺升降系統，每條樁腿通過比例閥的總流量為292L/min，即通過每個油缸的最大流量為73L/min，該流量的應介于所選擇同步馬達最大流量和最小流量之間，從而確定同步馬達的排量。查詢意大利羅茨Ronzio同步馬達樣本，選擇排量為55ml/r的同步馬達，其每一聯的最小流量為24L/min，最大流量為98L/min[4]。

2.3 同步馬達溢流閥和單向閥選擇

同步馬達每一聯的出口設置有溢流閥和單向閥，溢流閥保證每聯壓力不超過設定值，單向閥起補油作用[3]。溢流閥壓力設定應與執行器的負載壓力匹配，一般設定值要高于執行器的工作壓力2MPa左右，海洋石油161平臺升降系統油缸的最大工作壓力為22MPa，故同步馬達出口溢流閥設定值設定為24MPa。同步馬達出口的單向閥開啟壓力應該小于液壓系統回油單向閥的開啟壓力，保證系統回油能經過同步馬達單向閥，對同步馬達進行補油。

3 同步試驗結果

海洋石油161平臺升降系統在改造之前，單樁腿4個提升油缸同步性很差，經常出現動環梁傾斜而“啃”樁腿的現象，四個油缸的最大偏差達到50mm左右，嚴重影響系統的升降速度，一般速度只能達到3m/h左右。系統增加同步馬達后，四個提升油缸同步性明顯改善，油缸之間的最大偏差不到5mm，環梁升降動作十分平穩，升降速度達到了原始設計速度7.5m/h。

4 結論

通過對同步控制措施的比較分析，選用同步馬達來實現海洋石油161平臺升降系統提升油缸的同步控制，掌握同步馬達使用要點，正確選擇同步馬達的規格型號，通過實際應用的數據對比分析得知，同步馬達的使用，對海洋石油161平臺升降系統的同步性起到了很好的改善作用。

[1]張紹九，等.液壓同步系統 [M].化學工業出版社，2010

[2]王鐵建，等.液壓同步馬達的正確使用[J]液壓與氣動2001

[3]于鴻立，等.液壓分流馬達的應用與調整[J]液壓與氣動2008

[4]Ronzio（意大利）.同步分流馬達樣本[Z].上海意大利Ronzio（羅茨）有限公司.2008