老舊起重機(jī)液壓系統(tǒng)升級(jí)改造

趙杰瑛

（中海石油（中國(guó)）有限公司湛江分公司，廣東湛江 524000）

0 引言

平臺(tái)起重機(jī)通過電機(jī)、變速箱驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)液壓泵，液壓泵為液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力源，通過液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)起重機(jī)實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)動(dòng)作。液壓系統(tǒng)由于受限當(dāng)年技術(shù)液壓泵采用的是定量齒輪泵，同時(shí)液壓系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)不是很合理，在實(shí)際運(yùn)行中齒輪泵存在干磨問題，一旦出現(xiàn)磨損造成液壓油系統(tǒng)受到污染，則更進(jìn)一步導(dǎo)致液壓泵、液壓閥件故障頻發(fā)。綜合歷史故障統(tǒng)計(jì)情況，大部分故障是從液壓泵磨損開始，進(jìn)一步導(dǎo)致液壓泵損壞、液壓油污染、液壓閥件不能正常動(dòng)作。為了徹底解決問題，在對(duì)起重機(jī)液壓系統(tǒng)進(jìn)行充分分析的基礎(chǔ)上，對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行改造升級(jí)。

1 舊起重機(jī)液壓系統(tǒng)存在的問題分析

經(jīng)振動(dòng)檢測(cè)公司對(duì)起重機(jī)液壓齒輪泵一年離線數(shù)據(jù)振動(dòng)數(shù)據(jù)分析（圖1）：齒輪泵中間過橋花鍵軸極易磨損，更換頻率較為頻繁。因起重機(jī)的工作環(huán)境所致，齒輪存在瞬間啟動(dòng)，齒輪配合間隙較小，長(zhǎng)此以往 齒輪容易斷和材料疲勞，特別是在起重機(jī)冷態(tài)下運(yùn)行，潤(rùn)滑單元尚未跟上的情況下，加速了齒輪的損壞。振動(dòng)檢測(cè)根據(jù)數(shù)據(jù)分析建議，對(duì)泵側(cè)潤(rùn)滑方式進(jìn)行改造，有條件時(shí)可以對(duì)起重機(jī)驅(qū)動(dòng)控制進(jìn)行改造，避免瞬間啟動(dòng)對(duì)齒輪的沖擊，或者調(diào)整泵的類型，以徹底解決頻繁維修的問題。對(duì)以往損壞液壓泵進(jìn)行解體分析，發(fā)現(xiàn)一般泵內(nèi)齒輪、軸套、密封環(huán)、泵體損壞嚴(yán)重，泵損壞的情況與振動(dòng)分析報(bào)告分析情況一致。

圖1 原齒輪液壓泵振動(dòng)分析

通過系統(tǒng)分析，認(rèn)為舊起重機(jī)故障頻發(fā)的原因有3 個(gè)。

（1）電機(jī)油泵組安裝在液壓油箱上面，而油泵組使用的是齒輪泵，齒輪泵無殼體泄油，停機(jī)時(shí)齒輪泵內(nèi)的液壓油將從吸油口自然流回液壓油箱，無法保留一定量的液壓油在齒輪泵內(nèi)部，而再次起機(jī)時(shí)齒輪泵將存在一小段時(shí)間的干磨問題，隨著使用時(shí)間和啟停次數(shù)的增加磨損加劇，直到齒輪泵損壞報(bào)廢。

（2）分動(dòng)齒輪箱使用年限長(zhǎng)，齒輪磨損、間隙增大，導(dǎo)致分動(dòng)齒輪箱與液壓泵配合間隙存在偏差，導(dǎo)致液壓泵運(yùn)行過程中存在偏磨而損壞。

（3）齒輪泵本身的特性，泵軸受不平衡力、磨損嚴(yán)重、內(nèi)泄漏大，效率低，一旦出現(xiàn)磨損泵就加快損壞。

2 升級(jí)改造方案

在對(duì)液壓系統(tǒng)問題充分分析基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行改造。根據(jù)存在的3 個(gè)問題，從如下6 個(gè)方面進(jìn)行舊系統(tǒng)改造。

2.1 優(yōu)選變量柱塞泵替代定量齒輪泵

分析齒輪泵頻繁損壞的原因之一是由于齒輪泵本身的特性，泵軸受不平衡力，磨損嚴(yán)重，內(nèi)泄漏大，效率低。圖2 中，右側(cè)是壓油腔，左側(cè)是吸油腔，兩腔的壓力是不平衡的；另外壓油腔因齒頂泄漏，其壓力為遞減。兩不均衡壓力作用于齒輪和軸承徑向不平衡壓力，油壓越高，該力越大，加速軸承磨損，降低軸承壽命，使軸彎曲，加大齒頂與軸孔磨損，根據(jù)公式F=ma 泵體所受的不平衡力越大，加速度越大，額定位移越大。因此新?lián)Q型柱塞泵采用液壓靜力平衡的最佳油膜厚度設(shè)計(jì)，使缸體與配油盤、滑靴與變量頭之間處于純液體摩擦下運(yùn)轉(zhuǎn)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、噪聲低、效率高、壽命長(zhǎng)和有自吸能力等優(yōu)點(diǎn)。

2.2 高位回油設(shè)計(jì)，避免泵內(nèi)干摩擦

由于原泵組安裝在液壓油箱上面，而原電機(jī)油泵組使用的是齒輪泵，齒輪泵無殼體泄油，當(dāng)再次起機(jī)時(shí)齒輪泵將存在一小段時(shí)間的干磨，隨著使用時(shí)間和啟停次數(shù)的增加磨損加劇，直到齒輪泵損壞報(bào)廢。

圖2 液壓齒輪泵結(jié)構(gòu)示意

新泵組在安裝時(shí)預(yù)先將泵體及吸油管路中充滿清潔的液壓油，故設(shè)計(jì)在泵殼體最高位作為回油口，增加機(jī)組停機(jī)時(shí)回油的阻力，使得停機(jī)后仍然有大量的油液留在泵腔內(nèi)，確保泵在整個(gè)工作過程中殼體內(nèi)總是充滿液壓油，避免了泵內(nèi)干摩擦的可能。

2.3 設(shè)計(jì)換型分動(dòng)齒輪箱

原分動(dòng)齒輪箱使用年限長(zhǎng)，齒輪磨損，間隙增大，導(dǎo)致分動(dòng)齒輪箱與液壓泵配合間隙存在偏差，輸入軸因配合間隙大進(jìn)而導(dǎo)致液壓泵運(yùn)行過程中存在偏磨而損壞。為解決該問題，優(yōu)選與新型式液壓泵及原電機(jī)相匹配的分動(dòng)齒輪箱，合理分配。

2.4 泵出口阻尼器設(shè)計(jì)消除“脈動(dòng)”

由于結(jié)構(gòu)等原因，液壓泵產(chǎn)生的流量是周期性脈動(dòng)的，由此可引起液壓系統(tǒng)壓力產(chǎn)生周期性的脈動(dòng)。這將在系統(tǒng)中產(chǎn)生周期性的壓力波，導(dǎo)致系統(tǒng)中各元件作周期性的振動(dòng)、爬行、噪聲甚至損壞。

為了消除液壓系統(tǒng)的流量脈動(dòng)，在泵出口設(shè)計(jì)增加一個(gè)阻尼器，用來吸收液壓泵的壓力脈動(dòng)或系統(tǒng)中的液壓沖擊壓力。

2.5 采用剛性減振器，減少電機(jī)懸空振動(dòng)

電機(jī)振動(dòng)會(huì)加速電動(dòng)機(jī)軸承磨損，使軸承的正常使用壽命大大縮短。并且振動(dòng)使電機(jī)端部綁線松動(dòng)，造成端部繞組產(chǎn)生相互磨擦，絕緣電阻降低，絕緣壽命縮短，嚴(yán)重時(shí)造成絕緣擊穿?；谛路謩?dòng)齒輪箱與新液壓泵改造的基礎(chǔ)上，原電機(jī)高度需整體升高100 mm，這樣電機(jī)底座處于懸空狀態(tài)。由于該電機(jī)的功率較大，很容易造成處于懸空狀態(tài)下的電機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生較大的振動(dòng)。為了改善電機(jī)的懸空振動(dòng)，設(shè)計(jì)時(shí)在電機(jī)與底座之間增加了剛性減震器，有效降低了電機(jī)懸空產(chǎn)生的振動(dòng)。

2.6 自主設(shè)計(jì)、加工電機(jī)與分動(dòng)齒輪箱過渡安裝隔板與聯(lián)軸器

由于新舊分動(dòng)齒輪箱端面與原有的電機(jī)端面不配套，無法直接安裝，因此需通過測(cè)繪重新設(shè)計(jì)、加工中間過渡安裝板與聯(lián)軸器，使齒輪箱與電機(jī)配合更好。

3 改造升級(jí)前后性能測(cè)試

按照改造方案對(duì)舊起重機(jī)液壓系統(tǒng)進(jìn)行了6 個(gè)方面的改造，改造后對(duì)起重機(jī)進(jìn)行了嚴(yán)格的空載和帶載測(cè)試，并將改造后與改造前的各種參數(shù)進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)參數(shù)基本達(dá)到了改造要求，并且起重機(jī)在液壓系統(tǒng)升級(jí)后各種速度明顯提高，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和操作性也有明顯提升。圖3 是測(cè)試的各種參數(shù)。

完成對(duì)液壓系統(tǒng)系列改造升級(jí)后，使得新變量柱塞泵液壓泵在啟動(dòng)前就能充滿油液，避免干摩擦運(yùn)行。經(jīng)過測(cè)試，改造前后各項(xiàng)參數(shù)基本一致或優(yōu)于改造前，經(jīng)過近一年的運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)起重機(jī)可靠性大幅提高，徹底解決了液壓系統(tǒng)頻繁損壞的問題。

圖3 測(cè)試的各種參數(shù)

4 升級(jí)改造后效益

根據(jù)以往維修記錄統(tǒng)計(jì)，該起重機(jī)液壓系統(tǒng)故障平均每年3 次，備件費(fèi)包括齒輪液壓泵、液壓閥件、液壓油等每年的維修費(fèi)用約25 萬元，同時(shí)人力成本約10 萬元，因此每臺(tái)起重機(jī)每年可節(jié)約故障維修費(fèi)用約35 萬元。本次單臺(tái)起重機(jī)改造費(fèi)用約30 萬元，而改造后該油田3 臺(tái)起重機(jī)每年可節(jié)省費(fèi)用約105 萬元，并且可以大幅降低維修人員的工作量，因此針對(duì)老舊液壓系統(tǒng)的升級(jí)改造經(jīng)濟(jì)效益良好。

這一改造不僅提高了起重機(jī)運(yùn)行效率，零備件使用壽命，也保證了起重機(jī)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，有效降低了設(shè)備的維修費(fèi)用提高了可靠性，為解決老舊設(shè)備延長(zhǎng)壽命提供了一種新的思路。目前海上平臺(tái)老舊起重機(jī)液壓系統(tǒng)升級(jí)改造具有良好的應(yīng)用前景，可以在海上平臺(tái)進(jìn)行推廣。