自升式钻井平台液压升降系统常见故障的诊断与处理

摘 要：升降系统为自升式海上钻井平台最关键装置，其性能好坏直接影响平台的安全使用。本文以“**”海上钻井平台齿轮齿条式液压升降系统为例，就其升降作业的常见故障，总结分析，提出典型诊断与处理方法。

关键词：自升式钻井平台 液压升降系统 常见故障 诊断处理

世界上第一波海洋钻井平台建造高潮开始于20世纪70年代末，受后期装备升级改造、附属设施增加和海洋作业环境恶劣等多种因素影响，近年来，早期建造自升式钻井平台升降能力受限、系统零部件老化现象凸显，导致升降故障频发，严重影响平台安全和生产。分析总结自升式平台液压升降系统常见故障的诊断与处理方法，对预防平台升降事故、提高平台自持力具有重要意义。

一、自升式海上钻井平台升降系统构成

自升式钻井平台主要由船体、钻井系统、动力系统和升降系统组成。升降系统安装在平台桩腿与船体连接处，按动力源种类可分为液动和电动，按升降形式可分为顶升液压缸式和齿轮齿条式。现运营的早期建造自升式平台较多采用齿轮齿条液压升降系统，该系统整体分为液压源、管系、各控制阀、状态检测单元、控制系统、马达、减速机构和桩腿桩鞋8个部分，根据各平台不同实际情况，每个桩腿配以4套至12套不等马达装置，泵站或每个桩腿单独布置或整体布置于一起。平台升降指令由主控台发出，在控制管线油液流向的同时操控刹车电磁阀等阀件动作，实现解刹和马达转动，后经减速齿轮副（一般为两级）将运动传递到桩腿齿条，实现平台升降。

二、“**”钻井平台液压升降系统简述

“**”钻井平台为4腿自升式、钢质非自航，主体平面接近长方形，作业水深3-30米。平台每根桩腿上设置 2根齿条，每根齿条上配备 2个马达，共计16套，设1个集中液压站、1个中控台。

2.1系统主要参数

动力源：电液、共7套泵组

齿轮传动比：26.94：1 小齿轮为7齿

总额定升降能力：9600千磅

工作位置总承载能力：19200千磅

升降速度：可调，可变载荷最大时最大可达60英尺/小时

安全特性：能源故障时自动转入锁死状态

2.2系统电路组成

该平台升降系统电路组成按功能简单分类为：

24V直流电路：主要给继电器、电磁阀、电路板及各指示灯供电

5V直流电路：给计算机（中心处理机）、其它固态继电器、升降高度信号接收板等供电

110V交流电路：给升降高度传感器前面的变压变压器供电，通过紧急制动开关给马达刹车电磁阀供电，给部分继电器供电。

2.3系统液压原理

升降装置液压系统的主要功能是为升降平台提供动力，“**”平台升降系统液压原理简图如图1所示。该系统为闭式回路，可分为主油路系统、辅助油路系统，二个子系统各有作用又相互关联。

2.3.1主油路系统

主油路系统由油箱、双向变量泵（7台）、安全阀组、俊阀、单向节流阀、平衡阀、马达、滤油器等组成。升降时，7台泵组可单独用也可并联使用（为确保安全，一般要求3台以上泵同时工作），升降速度与方向通过伺服阀控制双向变量泵来实现，安全阀组限制系统升降最大压力（2200psi），平衡阀用于降平台时背压防止突降（600psi开启）。

2.3.2辅助油路系统

辅助油路系统包括灌注齿轮泵、刹车电磁阀、马达刹车和蓄能器等。其中，刹车电磁阀为弹簧复位电磁阀，除正常情况下24VDC外，还配有用于紧急制动的110VAC应急电源，当出现异常情况，不能正常刹车时可进行紧急制动；马达刹车采用供液打开弹簧自刹式液压缸、带刹。灌注压力达到275psi时，进冷却器循环。

图1 “**”平台升降系统液压原理简图

三、液压升降系统常见故障的判断及处理

齿轮齿条式液压升降系统的故障主要为液压故障，电气故障、平台活动载荷分布不均、桩腿与上下导轨偏摩等原因也会引发升降异常，但正常操作下，此类问题出现较少，这里不作阐述。

3.1液压常见故障的判断及处理

3.1.1一般诊断步骤

升降系统液压故障诊断时应遵循由外到内、由易到难的顺序：了解故障前后系统工作情况外部检查打压观察或用仪器检查（压力、流量、温度等）分析判断拆检修理升降试验。

3.1.2常见故障的判断与处理

故障一：电动或手动皆不能使液压泵朝A端或B端动作

原因：a.灌注压力太低；b.有脏物进入泵伺服阀或阀损坏；c.灌注泵磨损或其输出折断；d.主泵磨损。

处理：①清洗或更换低压滤子；②清洗或更换伺服阀；③检修或更换灌注泵与主泵。

故障二：系统能够建立起压力，但即不能升也不能降

原因：a.刹车电磁阀卡死导致刹车没打开。

处理：用24V直流电测试刹车电磁阀，观察阀柱能否移动，可能为线圈损坏或脏物堵塞，必要时拆检清洗或更换。

故障三：平台只能升不能降

原因：平衡阀没打开。

处理：①检查原理图中的单向节流阀及通往平衡阀管线上的滤器，可能为滤器堵塞或单向节流阀调节不当；②清洗平衡阀及其调节头，必须时更换。

故障四：液压泵工作，但建立不起系统压力

原因：a.系统安全阀调节不当或损坏；b.液压泵或液压马达损坏；c.系统管线泄漏；

处理：①检查清洗或更换安全阀，调节正确；②逐个检查找出损坏泵；③逐个检查找出损坏马达，很有可能是马达分流盘位置改变引起马达故障；④更换泄漏管线或接头。

故障五：不升降时开泵，泵不在“零位“

原因：泵零位调节不正确

处理：调节泵换向阀上的调节螺栓至泵回到中性位置

故障六：操作阀件开启或关闭时，系统出现震动

原因：储能器压力不够或损坏

处理：充压到规定压力（该系统为1800psi）或更换储能器

3.1.3诊断处理中应注意的问题

（1）切忌盲目拆卸，在故障没有确定前，尽量不采用随意拆卸方法来试验。

（2）注意相关回路，要联系起来分析、判断。

（3）调节阀件时一定要按规定操作，实在没有相应的仪器时，应记录好调节度，以便调回原位以做进一步判断。

四、结束语

据统计，自升式钻井平台的事故有一半以上是发生在拖航和升降平台期间，分析总结类似平台升降系统常见故障的判断与处理方法，可有效提升平台升降故障应急能力，降低升降安全风险。

参考文献：

[1]杨国平. 工程机械液压系统的故障诊断排除及实例. 湖南科学技术出版社，2002

[2] 孙东昌.潘斌. 海上自升式平台设计与研究 .上海交通大学出版社，2007