磁力偶合器在海洋石油FPSO隔舱传动装置中的应用分析

秦兆刚，曹玉林，董建兵

（中海石油（中国）有限公司秦皇岛32-6作业公司，天津 300459）

某海洋石油浮式生产储油装置FPSO共有10台三轴穿舱泵，用于原油和生产水工艺处理流程。因防爆要求，泵和电机分别安装在泵舱和机舱，隔舱传动装置通过定位销和螺栓固定在舱壁上，泵和电机通过中间隔舱传动装置和两组膜片式联轴器进行连接，如图1所示。

图1 泵、电机、隔舱传动装置连接示意图

1 隔舱传动装置结构及故障分析

隔舱传动装置是一种应用于运送原油及石油用品、化学品船的轴系以及其他通过机舱水密舱壁处轴系的常用设备，该装置具有结构简单、噪音低、使用寿命长、维修方便等特点。该装置轴两端通过联轴器，与相应的驱动轴和从动轴联接。安装时，其同轴度公差不应超出所选联轴器的允许误差，装置运转不应有振动、发热等异常现象，如图2所示。

图2 隔舱传动装置结构原理图

但是，在该海洋石油浮式生产储油装置FPSO现场实际使用中，由于隔舱传动装置安装工况和使用环境的特殊性，该装置频频出现运行振动大、温度高的故障。隔舱传动装置故障频发一直是困扰油田现场的难题，给现场带来了大量的人力和物力消耗，同时严重影响了油田的正常生产。如图3是隔舱传动装置故障统计和原因分析表。

图3 故障频率及故障原因统计图

经过分析发现，由于隔舱传动装置固定于隔离舱壁钢板上，泵底座与隔舱传动装置、电机底座不在同一个橇块上，导致对中精度很难调整。同时，受船体摇晃导致舱壁变形、船体甲板变形及泵进出口管线应力变形等影响，在设备运行时两端联轴器对中值发生变化，超出标准要求。因此，隔舱传动装置故障频发。

综上，由于膜片联轴器对中要求高，而磁力偶合器对中要求非常低。因此，针对该问题，提出采用磁力偶合器替换现有膜片联轴器的方案。

2 磁力偶合器结构原理及特点

如图4所示，磁力偶合器结构简图，电机通过联轴节与磁力偶合器连接，驱动铜转子旋转，铜环切割永磁体磁力线产生感应涡流，形成涡流磁场与永磁体磁场相互作用生成转矩带动永磁体盘旋转，驱动从动设备运转，实现电机到从动机的功率传递。

图4 磁力偶合器组成结构图

磁力偶合器适用于电机与水泵、风机等负载之间的扭矩传动，它可在电机输入转速恒定条件下，使电机功率通过磁力偶合器平稳而无冲击地传递给从动机。

2.1 磁力偶合器特点

（1）消除主动机和从动机之间的振动传递，有效隔振，延长传动系统的使用寿命。

（2）功率损失小，运行安全可靠。

（3）具备过载保护功能。

（4）具有柔性启动功能，减小启动冲击。

（5）允许较大的对中误差，安装方便。

（6）适用潮湿、油污、高温、低温等恶劣工况。

（7）纯机械产品，结构简单，免维护，寿命长。

2.2 膜片联轴器和磁力偶合器的特点对比

图5 磁力偶合器和膜片联轴器优缺点对比

由上磁力偶合器的结构原理分析，以及磁力偶合器和膜片联轴器的对比可以看出：磁力偶合器通过气隙传递磁力，从而实现扭矩传递，为非接触式传递，因没有接触，所以不传导振动。磁力联轴器可以最大限度地允许对中误差，对中要求低，尤其适用于船上设备等对中条件不好，且设备底座变形大不满足普通联轴器使用条件的工况。

由此分析，将原有的膜片联轴器更换为磁力偶合器，可以解决现有不对中导致隔舱传动装置故障频发的问题。

3 对称型磁力偶合器安装

为适应现场安装条件，满足海洋石油使用标准，设计采用对称型磁力偶合器，通过对电机、隔舱传动装置、泵进行改造，在机舱侧和泵舱侧分别安装一套标准型磁力偶合器，标准型磁力偶合器结构如图6所示。

图6 磁力偶合器结构示意图

驱动端和从动端分别安装一个联轴节，然后再与磁力偶合器本体进行连接，此种结构磁力偶合器易拆卸，后期更换维修方便；安装温度探头，将磁力偶合器温度传输至中控系统实时监控；在磁力偶合器外部根据现有结构制作防护罩，防止人员误伤害；安装结构如图7所示。

图7 磁力偶合器安装示意图

4 改造后测试验证

磁力偶合器在海洋石油操作环境中应用和同一旋转设备系统中两个磁力偶合器串联使用均属首次，为确认该项应用效果。在磁力偶合器安装完成后，从以下几个方面对电机、隔舱传动装置、泵进行检查测量：电机振动、电流、温度；隔舱传动装置振动、温度；泵振动、温度、排量、出口压力；经过两级磁力偶合器后电机与泵的转速差；对周边环境的影响；设备可操作性、可监控性、安全性等。

经过检查测量，发现设备运行参数正常，同时改造后具有以下优点。

（1）延长设备使用寿命。原来隔舱传动装置故障频繁，一年平均检修3次以上，更换为磁力偶合器后，运转测试一年设备状态良好。

（2）维修方便。原来联轴器的跳动允许偏差为小于0.1～0.15mm，需要激光对中仪分别在机舱测和泵舱测进行两次对中调整。磁力偶合器的对中偏差则为2mm，只需简单的对中检查即可，维修工作量大大降低。

（3）不受船体和甲板变形影响。由于磁力偶合器的允许对中偏差大，轻微的结构变形造成的对中值变化不影响设备的运转，彻底地消除了原先设备故障的根源。

（4）减小振动传递。由于采用非接触式的传递扭矩，电机、隔舱传动装置装置、泵之间没有直接接触，振动传递被有效的消除。

由上验证可以得出，磁力偶合器的安装解决了由于结构变形造成设备不对中的问题。

5 应用前景

通过长期运转证明，磁力偶合器在该环境和结构下运行状态良好，满足海洋石油工况使用要求。海洋石油开采行业许多旋转设备都需要驱动端和从动端分开布置或者对中偏差较大。而磁力偶合器可以很好地解决对中偏差大、振动传导等问题，降低设备的故障率。因此，该型式的磁力偶合器联轴器可以应用到海洋石油FPSO其他类似的设备中。