海洋石油112FPSO单点吊桥液压马达故障分析及优化维修

王春光 崔家训 彭 彬 彭湘桂

（中海油能源发展采油服务公司曹妃甸FPSO作业公司 天津 300457）

海洋石油112FPSO单点吊桥液压马达故障分析及优化维修

王春光 崔家训 彭 彬 彭湘桂

（中海油能源发展采油服务公司曹妃甸FPSO作业公司 天津 300457）

本文主要介绍CFD11油田FPSO112单点吊桥运行时因液压马达齿轮轴承锁紧环松动导致液压马达驱动齿轮松动脱落马达损坏，致使单点吊桥不能正常工作。经过对故障认真分析、研究，制定出最合理的维修方法，有效的保证了吊桥马达的安全运行。在此从单点吊桥的结构、工作特点出发针对曾经出现的故障进行分析，以及相应的优化维修对策进行总结。

海洋石油112；FPSO；单点吊桥；马达

1 引言

在海洋石油开发领域,浮式生产储油装置(Floating Production Storage and Offloading简称FPSO)是一种常用的海上石油开采工程设施，主要由船体模块、单点系泊组成。故译为浮式生产储油卸油船，它具有船舶方面的一些特点，但又不同于船舶，由于兼有生产，储油和卸油功能，因而设计更复杂，技术含量更大，是目前海洋工程船舶中的高技术产品。

本文提到的曹妃甸11油田海洋石油112FPSO（以下简称112）是由大连船厂设计，于2003年由大连船厂负责建造的15万T级的浮式生产储油卸油船，2004年7月投入曹妃甸11油田使用。单点吊桥位于112的船头是由船体模块与单点系泊相互连接的唯一人行通道。一旦出现故障将不能正常起放，当单点出现异常情况时，人员将不能及时赶到现场，势必给油田生产和油田安全造成一定的影响。所以单点吊桥能否正常运行，对油田的安全生产起着非常重要的作用。而本文正是对单点吊桥在运行时因液压马达齿轮轴承锁紧环松动导致液压马达驱动齿轮松动脱落马达损坏，致使单点吊桥不能正常工作。经过对故障认真分析、研究，制定出最合理的维修方法，有效的保证了单点吊桥马达的安全运行。

2 FPSO112单点吊桥工作简介

单点吊桥位于是112船艏，是船体模块与单点系泊相互连通的重要设备。因为不论在什么海况下112船体总是围绕单点系泊做圆周运动，所以船体与单点系泊总能保持在一条直线上，在吊桥设计上将吊桥设计为收放吊桥时吊桥沿机座在船体右舷做180度来回旋转运动。吊桥的运动工况是靠安装在机座上端的2台液压马达和一台液压绞车的运动来完成的。通过控制上端液压绞车收放钢丝绳来实现吊桥沿机座轴向运动完成吊桥的吊起和降落。通过控制机座上的两台液压马达的旋转来实现吊桥沿机座进行径向旋转运动完成吊桥的送出与收回(如下图1、图2)。

图1 旋转液压马达

图2 升降液压绞车

当有人员要去单点平台工作时，就需要船系操作人员进行吊桥起放操作。首先，检查并启动液压系统。第二，控制液压阀启动升降液压绞车运行，将吊桥升起到一定高度后停下。第三，控制液压阀启动2台旋转马达运行，将吊桥旋转送到单点系泊的吊桥平台上方后停下。 第四，再次控制液压阀启动液压绞车运行，将吊桥慢慢降落到单点系泊的吊桥平台上。最后，需要打开液压马达的刹车，完成吊桥的释放工作（如图3）。人员便可以通过吊桥到达单点，为防止船体和单点因天气原因产生较大幅度的相对晃动而损害吊桥或发生安全事故，在工作完毕后需要将吊桥收回放置在船体上。其收回动作与释放动作正好相反（如图4）。

图3 吊桥释放状态

图4 吊桥收起状态

这里需要注意的是当吊桥放到单点系泊上以后必须要把旋转马达的刹车打开，使旋转马达在外力作用下能够自由转动。这是因为吊桥放到单点上的时候，如果海上风浪较大，112船体会随着风浪上下左右摆动，这样吊桥走道（吊臂）就会左右摆动，其受力将会带动驱动齿轮转动，如果刹车装置抱死则齿轮箱输出小齿轮会来回摆动，由于回转内齿圈的反作用力，其载荷便会传动到轴承上，在受到较大的载荷的情况下，轴承保持架可能损坏，轴承失效后，如果载荷过大则可能会造成齿轮的齿断裂及内齿圈齿轮断裂，同时导致与该齿轮轴连接的行星齿轮托架的花键槽损坏，吊桥将无法收回（如下图5、图 6）。

图5 损坏的轴承

图6 损坏的齿轮箱

3 事故及原因分析

3.1 事故发生过程

船系操作人员启动吊桥系统前根据操作规程对吊桥液压系统和整个设备进行了仔细的检查，没有发现异常问题。于是开始启动液压系统，在液压绞车升起吊桥的整个过程一切正常，在吊桥开始旋转的过程中声音、转速以及液压系统的压力都在正常范围内，没有发现异常现象。当吊桥运行到一半的时候，液压系统压力突然变小、吊桥速度减慢、动力降低。随后听到机座内“咔”的一声巨响。于是立即停机检查，打开吊桥机座门发现一台液压马达的动力驱动齿轮脱落（如下图7、图8）

图7 正常驱动齿轮

图8 驱动齿轮脱落

3.2 应急故障维修

因为两台液压马达的液压管路处于并联连接状态。由下面液压系统图可以看出，当启动液压马达控制阀后脱落动力驱动齿轮的马达将会空载转动，而另一马达因为受力过大没有液压油通过而不能转动。从而导致吊桥将无法转动。必须对其进行应急维修使其能够收回，然后再对其进行系统的检查维修。应急维修思路就是将损坏的液压马达拆除。一方面是防止吊桥转动进一步损坏马达，另一方面是为了隔离液压油路，使液压油能完全的通过好的液压马达，让吊桥在一个马达的驱动下能够缓慢的运转，由液压原理图可以看出（如图9）。经过维修人员按此方案进行应急维修，吊桥又恢复“生命”能够缓慢的旋转（如图10）。

图9 液压系统图

图10 一台马达工作

3.3 事故原因分析

经过对液压马达的结构分析和事故现象的判断，最终认为是因为马达使用时间较长和驱动齿轮工作受力较大等原因导致马达内轴承上端锁紧驱动齿轮的齿轮轴承锁紧环松动，不能与驱动齿轮的轴同步转动，在齿轮的转动下齿轮轴承锁紧环慢慢的松开，直到驱动齿轮没有支撑而脱落（如图11）。

通过对液压马达拆解发现，驱动齿轮轴上的锁紧压盖有受力损伤和跑圆转动的痕迹，这能进一步判断驱动齿轮的脱落是因为锁紧压盖反松而引起的。经过对液压马达结构和工作原理进一步分析发现驱动齿轮轴锁紧压盖在设计上也存在一定的缺陷，虽然它能够锁紧驱动齿轮轴使其在整个齿轮箱内运动，但是它不能保证在受到外力时不会反松。一旦受到相反外力或安装不紧将会出现锁紧盘反松齿轮脱落，马达不能工作（如图 12）。

图11 驱动齿轮结够图

图12 齿轮箱

4 优化维修

经过对整个故障过程的分析和对马达整体结构的研究，提出了几个的整改方案以弥补原厂设计缺陷，防止类似事故的再次发生。最终确定了一个最简单而行之有效的方法，就是在齿轮锁紧盘上增加沉头锁紧销。用游标卡尺测出新齿轮轴承锁紧环内环的厚度为14mm，根据承载外力判断，决定使用直径为8mm的锁紧销。锁紧环为不锈钢材质，想钻出一个符合标准的孔难度较大。最终由维修工作经验非常丰富的高级机修工汤成美使用手电钻和丝锥完成（如下图13、图14）。

图13 锁紧环和锁紧销

图14 锁紧环锁紧

5 正确的操作及维护保养

正确的操作和定期维护保养对设备运行具有重要意义，一是保证设备能够正常运行，达到使用目的；二是减少设备故障发生率，延长设备使用寿命；三是能有效的降低安全生产事故的发生。

5.1 单点吊桥的操作程序

（1）在操作单点吊桥之前,确认操作区域内没有障碍物。

（2）正式启动前,液压系统应先运行30分钟,确保液压系统排尽系统中的空气。

（3）检查液压油泄漏情况。

（4）将限位开关,旋转角放置到正确位置。

（5）在操作前确保线缆紧固在绞盘上。

（6）检查绞车上下的操作是否正常。注意:每个操作杆直接影响操作位置。

（7）检查限位开关的上下操作。

（8）在操作控制单元上按照相应的标志进行操作。

5.2 单点吊桥的维护保养程序

（1）所有润滑部件以正确方式进行润滑,如下表:

表1 吊桥润滑表

（2）如上表所示，检查所有轴承箱内滑油是否在可运行范围。

（3）检查液压动力系统供给的液压是否满足流量和压力的要求。

（4）更换新的液压管线在连接和安装前,应该进行冲洗。

结语

经过这次维修，在以后的单点吊桥马达检查中均未发现齿轮锁紧盘松动现象。一年来单点吊桥再未出现过任何类似问题。通过这次优化维修，体会到有时大的故障往往是由一个很简单的问题或者设计时的一个很小的缺陷引起，在维修时一定要理论和实践相结合，认真分析找出引发故障的根本原因，通过解决问题根源而使设备达到维修后能在最佳状态下运行。而不是简单的发现哪个零部件损坏就换哪个，如不找出问题的根源，在以后的运行中将会多次出现类似问题。同时要将设备的正确使用和定期的保养放在首位。

[1]《机修设计手册》化学工业出版社