同步馬達(dá)在液壓升降系統(tǒng)中的應(yīng)用

穆勝軍

（中海油能源發(fā)展采油服務(wù)公司天津作業(yè)公司 天津 300452）

同步馬達(dá)在液壓升降系統(tǒng)中的應(yīng)用

穆勝軍

（中海油能源發(fā)展采油服務(wù)公司天津作業(yè)公司 天津 300452）

海洋石油161平臺升降系統(tǒng)提升油缸存在不同步問題，增加同步馬達(dá)實現(xiàn)提升油缸的同步控制，對同步馬達(dá)使用要點(diǎn)進(jìn)行分析，正確選擇同步馬達(dá)的規(guī)格型號，實際現(xiàn)場數(shù)據(jù)表明，同步馬達(dá)能夠解決提示油缸不同步問題。

液壓升降系統(tǒng)；海油平臺161；同步馬達(dá)

引言

如果幾臺液壓馬達(dá)或液壓油缸僅由一股油驅(qū)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(dá)或者液壓油缸最先動作，之后運(yùn)行到行程終點(diǎn)或者遇到更大負(fù)載時，才能驅(qū)動下一個具有較低壓力要求的執(zhí)行元件啟動，這樣會導(dǎo)致幾臺液壓馬達(dá)或者油缸按照順序動作[1]。

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

為避免此類情況發(fā)生，對海洋石油161升降系統(tǒng)進(jìn)行改造，通過采取相應(yīng)措施來實現(xiàn)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(huán)梁和樁腿之間以及樁腿和船體之間增加機(jī)械導(dǎo)向來實現(xiàn)機(jī)械同步；（2）液壓系統(tǒng)中增加分流閥同步回路；（3）液壓系統(tǒng)中增加同步馬達(dá)同步回路；（4）液壓系統(tǒng)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(tǒng)中增加同步馬達(dá)來實現(xiàn)主提升油缸的同步控制。

1 液壓系統(tǒng)原理

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

平臺做上升動作時，動環(huán)梁上插銷插入樁腿銷孔內(nèi)，定環(huán)梁下插銷拔出，系統(tǒng)輸入正電壓，比例閥處于左位，提升系統(tǒng)油液經(jīng)過比例閥進(jìn)入同步馬達(dá)的入口，同步馬達(dá)進(jìn)行分流后，四個出口油液分別經(jīng)過油缸有桿腔平衡閥進(jìn)入提升油缸的有桿腔，提升油缸無桿腔油液經(jīng)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(dāng)某個提升油缸首先達(dá)到最小行程時，該油缸壓力持續(xù)升高，直至該油缸溢流閥1打開，溢流閥處于溢流狀態(tài)，對該同步馬達(dá)支路起安全保護(hù)作用。

平臺做下降動作時，系統(tǒng)輸入負(fù)電壓，比例閥處于右位，提升系統(tǒng)油液經(jīng)過比例閥、無桿腔平衡閥進(jìn)入提升油缸的有桿腔，有桿腔回油經(jīng)過有桿腔平衡閥、同步馬達(dá)、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(dá)單向閥2以及系統(tǒng)回油管路上的單向閥，保證同步馬達(dá)的的泄油管路至少有4bar的背壓，當(dāng)某個提升油缸首先達(dá)到伸出到最大行程時，回油管路上的油液經(jīng)過單向閥2進(jìn)入提升油缸有桿腔，對該提升油缸有桿腔進(jìn)行補(bǔ)油，防止該油缸先到達(dá)最大行程出現(xiàn)吸空現(xiàn)象。

圖1 海洋石油161平臺升降系統(tǒng)提升系統(tǒng)原理圖

2 同步馬達(dá)使用注意事項

同步馬達(dá)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(dá)殼體材質(zhì)

根據(jù)殼體材料的不同，同步馬達(dá)可分為鋁合金同步馬達(dá)和鑄鐵同步馬達(dá)，一般推薦使用鑄鐵殼體的同步馬達(dá)，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：

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

（2）低速運(yùn)行時，鑄鐵同步馬達(dá)的噪音比鋁合金同步馬達(dá)低；

（3）鑄鐵同步馬達(dá)的剛性更好；

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

（5）同步馬達(dá)結(jié)構(gòu)類型選擇

同步馬達(dá)按照結(jié)構(gòu)類型可以分為齒輪式同步馬達(dá)和柱塞式同步馬達(dá)，柱塞同步馬達(dá)的壓損較大，為進(jìn)口壓力的20%，齒輪式同步馬達(dá)的進(jìn)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(huán)境的影響。

海洋石油161平臺升降系統(tǒng)，系統(tǒng)最大設(shè)計壓力為250bar，即同步馬達(dá)進(jìn)口最大壓力可能達(dá)到250bar，若選用柱塞式同步馬達(dá)，進(jìn)出口壓損為50bar，即提升油缸的最大壓力只能達(dá)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(dá)。

2.2 同步馬達(dá)流量范圍選擇

同步馬達(dá)每一聯(lián)的流量應(yīng)該與對應(yīng)執(zhí)行器的實際工作流量進(jìn)行匹配，若每一聯(lián)實際流量過小，則同步馬達(dá)會產(chǎn)生很大的噪聲，若每一聯(lián)的流量過大，則相應(yīng)會增大同步馬達(dá)進(jìn)出口的壓損[2]。

海洋石油161平臺升降系統(tǒng)，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(yīng)介于所選擇同步馬達(dá)最大流量和最小流量之間，從而確定同步馬達(dá)的排量。查詢意大利羅茨Ronzio同步馬達(dá)樣本，選擇排量為55ml/r的同步馬達(dá)，其每一聯(lián)的最小流量為24L/min，最大流量為98L/min[4]。

2.3 同步馬達(dá)溢流閥和單向閥選擇

同步馬達(dá)每一聯(lián)的出口設(shè)置有溢流閥和單向閥，溢流閥保證每聯(lián)壓力不超過設(shè)定值，單向閥起補(bǔ)油作用[3]。溢流閥壓力設(shè)定應(yīng)與執(zhí)行器的負(fù)載壓力匹配，一般設(shè)定值要高于執(zhí)行器的工作壓力2MPa左右，海洋石油161平臺升降系統(tǒng)油缸的最大工作壓力為22MPa，故同步馬達(dá)出口溢流閥設(shè)定值設(shè)定為24MPa。同步馬達(dá)出口的單向閥開啟壓力應(yīng)該小于液壓系統(tǒng)回油單向閥的開啟壓力，保證系統(tǒng)回油能經(jīng)過同步馬達(dá)單向閥，對同步馬達(dá)進(jìn)行補(bǔ)油。

3 同步試驗結(jié)果

海洋石油161平臺升降系統(tǒng)在改造之前，單樁腿4個提升油缸同步性很差，經(jīng)常出現(xiàn)動環(huán)梁傾斜而“啃”樁腿的現(xiàn)象，四個油缸的最大偏差達(dá)到50mm左右，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的升降速度，一般速度只能達(dá)到3m/h左右。系統(tǒng)增加同步馬達(dá)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(huán)梁升降動作十分平穩(wěn)，升降速度達(dá)到了原始設(shè)計速度7.5m/h。

4 結(jié)論

通過對同步控制措施的比較分析，選用同步馬達(dá)來實現(xiàn)海洋石油161平臺升降系統(tǒng)提升油缸的同步控制，掌握同步馬達(dá)使用要點(diǎn)，正確選擇同步馬達(dá)的規(guī)格型號，通過實際應(yīng)用的數(shù)據(jù)對比分析得知，同步馬達(dá)的使用，對海洋石油161平臺升降系統(tǒng)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(tǒng) [M].化學(xué)工業(yè)出版社，2010

[2]王鐵建，等.液壓同步馬達(dá)的正確使用[J]液壓與氣動2001

[3]于鴻立，等.液壓分流馬達(dá)的應(yīng)用與調(diào)整[J]液壓與氣動2008

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