鉆井平臺井架移動系統(tǒng)液壓缸不同步故障分析

海洋鉆井要求利用一個(gè)井位鉆多口定向井，需要井架底座能在一定范圍內(nèi)沿縱橫兩個(gè)方向移動。采用雙層式底座通常是解決井架可移動性的措施。底座分為雙層，上層沿下層上的導(dǎo)軌做橫向移動，下層沿布置在平臺甲板上的導(dǎo)軌做縱向移動，而這些運(yùn)動都是通過井架移動系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。

2008年5月20日晚，某鉆井平臺井架需移到下口井進(jìn)行二開施工，在移動井架過程中，操作人員發(fā)現(xiàn)橫向、縱向移動液壓缸均明顯不同步。發(fā)現(xiàn)故障后，技術(shù)人員分別對導(dǎo)軌、液壓缸、液壓源及管線進(jìn)行了系統(tǒng)檢查，未發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象，故判斷是操作臺閥匯故障。隨后，技術(shù)人員對分流閥進(jìn)行了拆檢，發(fā)現(xiàn)閥芯被卡住，清除異物且組裝好分流閥后重新調(diào)試，井架移動功能正常，故障排除。

1 故障原因及失效機(jī)理分析

在井架移動系統(tǒng)中，分流閥是一個(gè)非常重要的閥件，其功能是使由同一個(gè)液壓源向兩個(gè)移動油缸供應(yīng)相同的流量，以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)移動油缸的速度保持同步。分流閥的工作原理如圖1所示。

圖1 分流閥的工作原理圖

工作時(shí)，設(shè)閥的進(jìn)口油液壓力為P0，流量為Q0，進(jìn)入閥后分兩路分別通過兩個(gè)面積相等的固定節(jié)流孔1、2，分別進(jìn)入減壓閥芯環(huán)形槽a和b，然后由兩減壓閥口 (可變節(jié)流口)3、4經(jīng)出油口I和Ⅱ通往兩個(gè)液壓油缸，兩液壓油缸的負(fù)載流量分別為Q1、Q2，負(fù)載壓力分別為P3、P4。如果兩液壓油缸的負(fù)載相等，則分流閥的出口壓力P3=P4，因?yàn)殚y中兩支流道的尺寸完全對稱，所以輸出流量亦對稱，Q1=Q2=Q0/2，且P1=P2。當(dāng)由于負(fù)載不對稱而出現(xiàn)P3≠P4，且設(shè)P3＞P4時(shí)，Q1必定小于Q2，導(dǎo)致固定節(jié)流孔1、2的壓差 ΔP1＜ΔP2，P1＞P2，此壓差反饋至減壓閥芯6的兩端后使閥芯在不對稱液壓力的作用下左移，使可變節(jié)流口3增大，節(jié)流口4減小，從而使Q1增大，Q2減小，直到Q1≈Q2為止，閥芯才在一個(gè)新的平衡位置上穩(wěn)定下來，從而保證兩液壓油缸運(yùn)動速度同步。

當(dāng)閥芯6被異物卡住時(shí)，節(jié)流口3、節(jié)流口4的大小就無法調(diào)節(jié)，輸往兩個(gè)液壓油缸的流量就不相等，而兩液壓油缸尺寸又完全相同，所以兩液壓油缸運(yùn)動速度將不同步。

2 故障原因調(diào)查

卡住分流閥閥芯的污染物為黑色細(xì)小沙粒。據(jù)調(diào)查，該平臺在施工前剛在某船廠進(jìn)行過塢修，塢修期間，平臺進(jìn)行了大規(guī)模的防腐噴砂工作，噴后的細(xì)小沙粒及灰塵遍布平臺，船廠雖然進(jìn)行了清理，但在隱蔽或清潔困難的部位砂粒還依然存在，此后船廠又進(jìn)行了控制臺液壓管線的更換，由于船廠施工人員對液壓系統(tǒng)清潔的重要性認(rèn)識不夠，導(dǎo)致安裝液壓管線過程中進(jìn)入了污染物。

3 故障教訓(xùn)及防范措施

1)對液壓系統(tǒng)要求高清潔的重要性認(rèn)識不夠。液壓系統(tǒng)的好壞不僅取決于系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性和系統(tǒng)元件性能的優(yōu)劣，還會因系統(tǒng)的污染直接影響系統(tǒng)工作的可靠性和元件的使用壽命。污染物進(jìn)入閥件，易引起閥芯阻塞和卡住，導(dǎo)致故障發(fā)生。因此，防腐噴砂后，鉆井平臺應(yīng)敦促船廠組織專業(yè)保潔隊(duì)伍對全平臺全方位地認(rèn)真清潔，特別是液壓系統(tǒng)等對清潔度要求比較高的部位，應(yīng)重點(diǎn)進(jìn)行清潔，確保液壓系統(tǒng)在維修過程中不被污染。

2)未落實(shí)修理質(zhì)量的全過程控制。指定專人負(fù)責(zé)液壓系統(tǒng)的檢修，負(fù)責(zé)人要進(jìn)行全過程的質(zhì)量監(jiān)督與控制，確保每個(gè)維修施工環(huán)節(jié)的施工質(zhì)量。