钻井平台井架移动系统液压缸不同步故障分析

海洋钻井要求利用一个井位钻多口定向井，需要井架底座能在一定范围内沿纵横两个方向移动。采用双层式底座通常是解决井架可移动性的措施。底座分为双层，上层沿下层上的导轨做横向移动，下层沿布置在平台甲板上的导轨做纵向移动，而这些运动都是通过井架移动系统实现的。

2008年5月20日晚，某钻井平台井架需移到下口井进行二开施工，在移动井架过程中，操作人员发现横向、纵向移动液压缸均明显不同步。发现故障后，技术人员分别对导轨、液压缸、液压源及管线进行了系统检查，未发现异常现象，故判断是操作台阀汇故障。随后，技术人员对分流阀进行了拆检，发现阀芯被卡住，清除异物且组装好分流阀后重新调试，井架移动功能正常，故障排除。

1 故障原因及失效机理分析

在井架移动系统中，分流阀是一个非常重要的阀件，其功能是使由同一个液压源向两个移动油缸供应相同的流量，以实现两个移动油缸的速度保持同步。分流阀的工作原理如图1所示。

图1 分流阀的工作原理图

工作时，设阀的进口油液压力为P0，流量为Q0，进入阀后分两路分别通过两个面积相等的固定节流孔1、2，分别进入减压阀芯环形槽a和b，然后由两减压阀口 (可变节流口)3、4经出油口I和Ⅱ通往两个液压油缸，两液压油缸的负载流量分别为Q1、Q2，负载压力分别为P3、P4。如果两液压油缸的负载相等，则分流阀的出口压力P3=P4，因为阀中两支流道的尺寸完全对称，所以输出流量亦对称，Q1=Q2=Q0/2，且P1=P2。当由于负载不对称而出现P3≠P4，且设P3＞P4时，Q1必定小于Q2，导致固定节流孔1、2的压差 ΔP1＜ΔP2，P1＞P2，此压差反馈至减压阀芯6的两端后使阀芯在不对称液压力的作用下左移，使可变节流口3增大，节流口4减小，从而使Q1增大，Q2减小，直到Q1≈Q2为止，阀芯才在一个新的平衡位置上稳定下来，从而保证两液压油缸运动速度同步。

当阀芯6被异物卡住时，节流口3、节流口4的大小就无法调节，输往两个液压油缸的流量就不相等，而两液压油缸尺寸又完全相同，所以两液压油缸运动速度将不同步。

2 故障原因调查

卡住分流阀阀芯的污染物为黑色细小沙粒。据调查，该平台在施工前刚在某船厂进行过坞修，坞修期间，平台进行了大规模的防腐喷砂工作，喷后的细小沙粒及灰尘遍布平台，船厂虽然进行了清理，但在隐蔽或清洁困难的部位砂粒还依然存在，此后船厂又进行了控制台液压管线的更换，由于船厂施工人员对液压系统清洁的重要性认识不够，导致安装液压管线过程中进入了污染物。

3 故障教训及防范措施

1)对液压系统要求高清洁的重要性认识不够。液压系统的好坏不仅取决于系统设计的合理性和系统元件性能的优劣，还会因系统的污染直接影响系统工作的可靠性和元件的使用寿命。污染物进入阀件，易引起阀芯阻塞和卡住，导致故障发生。因此，防腐喷砂后，钻井平台应敦促船厂组织专业保洁队伍对全平台全方位地认真清洁，特别是液压系统等对清洁度要求比较高的部位，应重点进行清洁，确保液压系统在维修过程中不被污染。

2)未落实修理质量的全过程控制。指定专人负责液压系统的检修，负责人要进行全过程的质量监督与控制，确保每个维修施工环节的施工质量。