老旧起重机液压系统升级改造

赵杰瑛

（中海石油（中国）有限公司湛江分公司，广东湛江 524000）

0 引言

平台起重机通过电机、变速箱驱动两台液压泵，液压泵为液压系统提供动力源，通过液压系统驱动起重机实现各项动作。液压系统由于受限当年技术液压泵采用的是定量齿轮泵，同时液压系统整体设计不是很合理，在实际运行中齿轮泵存在干磨问题，一旦出现磨损造成液压油系统受到污染，则更进一步导致液压泵、液压阀件故障频发。综合历史故障统计情况，大部分故障是从液压泵磨损开始，进一步导致液压泵损坏、液压油污染、液压阀件不能正常动作。为了彻底解决问题，在对起重机液压系统进行充分分析的基础上，对液压系统进行改造升级。

1 旧起重机液压系统存在的问题分析

经振动检测公司对起重机液压齿轮泵一年离线数据振动数据分析（图1）：齿轮泵中间过桥花键轴极易磨损，更换频率较为频繁。因起重机的工作环境所致，齿轮存在瞬间启动，齿轮配合间隙较小，长此以往 齿轮容易断和材料疲劳，特别是在起重机冷态下运行，润滑单元尚未跟上的情况下，加速了齿轮的损坏。振动检测根据数据分析建议，对泵侧润滑方式进行改造，有条件时可以对起重机驱动控制进行改造，避免瞬间启动对齿轮的冲击，或者调整泵的类型，以彻底解决频繁维修的问题。对以往损坏液压泵进行解体分析，发现一般泵内齿轮、轴套、密封环、泵体损坏严重，泵损坏的情况与振动分析报告分析情况一致。

图1 原齿轮液压泵振动分析

通过系统分析，认为旧起重机故障频发的原因有3 个。

（1）电机油泵组安装在液压油箱上面，而油泵组使用的是齿轮泵，齿轮泵无壳体泄油，停机时齿轮泵内的液压油将从吸油口自然流回液压油箱，无法保留一定量的液压油在齿轮泵内部，而再次起机时齿轮泵将存在一小段时间的干磨问题，随着使用时间和启停次数的增加磨损加剧，直到齿轮泵损坏报废。

（2）分动齿轮箱使用年限长，齿轮磨损、间隙增大，导致分动齿轮箱与液压泵配合间隙存在偏差，导致液压泵运行过程中存在偏磨而损坏。

（3）齿轮泵本身的特性，泵轴受不平衡力、磨损严重、内泄漏大，效率低，一旦出现磨损泵就加快损坏。

2 升级改造方案

在对液压系统问题充分分析基础上，对其进行改造。根据存在的3 个问题，从如下6 个方面进行旧系统改造。

2.1 优选变量柱塞泵替代定量齿轮泵

分析齿轮泵频繁损坏的原因之一是由于齿轮泵本身的特性，泵轴受不平衡力，磨损严重，内泄漏大，效率低。图2 中，右侧是压油腔，左侧是吸油腔，两腔的压力是不平衡的；另外压油腔因齿顶泄漏，其压力为递减。两不均衡压力作用于齿轮和轴承径向不平衡压力，油压越高，该力越大，加速轴承磨损，降低轴承寿命，使轴弯曲，加大齿顶与轴孔磨损，根据公式F=ma 泵体所受的不平衡力越大，加速度越大，额定位移越大。因此新换型柱塞泵采用液压静力平衡的最佳油膜厚度设计，使缸体与配油盘、滑靴与变量头之间处于纯液体摩擦下运转，具有结构简单、体积小、噪声低、效率高、寿命长和有自吸能力等优点。

2.2 高位回油设计，避免泵内干摩擦

由于原泵组安装在液压油箱上面，而原电机油泵组使用的是齿轮泵，齿轮泵无壳体泄油，当再次起机时齿轮泵将存在一小段时间的干磨，随着使用时间和启停次数的增加磨损加剧，直到齿轮泵损坏报废。

图2 液压齿轮泵结构示意

新泵组在安装时预先将泵体及吸油管路中充满清洁的液压油，故设计在泵壳体最高位作为回油口，增加机组停机时回油的阻力，使得停机后仍然有大量的油液留在泵腔内，确保泵在整个工作过程中壳体内总是充满液压油，避免了泵内干摩擦的可能。

2.3 设计换型分动齿轮箱

原分动齿轮箱使用年限长，齿轮磨损，间隙增大，导致分动齿轮箱与液压泵配合间隙存在偏差，输入轴因配合间隙大进而导致液压泵运行过程中存在偏磨而损坏。为解决该问题，优选与新型式液压泵及原电机相匹配的分动齿轮箱，合理分配。

2.4 泵出口阻尼器设计消除“脉动”

由于结构等原因，液压泵产生的流量是周期性脉动的，由此可引起液压系统压力产生周期性的脉动。这将在系统中产生周期性的压力波，导致系统中各元件作周期性的振动、爬行、噪声甚至损坏。

为了消除液压系统的流量脉动，在泵出口设计增加一个阻尼器，用来吸收液压泵的压力脉动或系统中的液压冲击压力。

2.5 采用刚性减振器，减少电机悬空振动

电机振动会加速电动机轴承磨损，使轴承的正常使用寿命大大缩短。并且振动使电机端部绑线松动，造成端部绕组产生相互磨擦，绝缘电阻降低，绝缘寿命缩短，严重时造成绝缘击穿。基于新分动齿轮箱与新液压泵改造的基础上，原电机高度需整体升高100 mm，这样电机底座处于悬空状态。由于该电机的功率较大，很容易造成处于悬空状态下的电机工作时产生较大的振动。为了改善电机的悬空振动，设计时在电机与底座之间增加了刚性减震器，有效降低了电机悬空产生的振动。

2.6 自主设计、加工电机与分动齿轮箱过渡安装隔板与联轴器

由于新旧分动齿轮箱端面与原有的电机端面不配套，无法直接安装，因此需通过测绘重新设计、加工中间过渡安装板与联轴器，使齿轮箱与电机配合更好。

3 改造升级前后性能测试

按照改造方案对旧起重机液压系统进行了6 个方面的改造，改造后对起重机进行了严格的空载和带载测试，并将改造后与改造前的各种参数进行比较，发现参数基本达到了改造要求，并且起重机在液压系统升级后各种速度明显提高，系统的稳定性和操作性也有明显提升。图3 是测试的各种参数。

完成对液压系统系列改造升级后，使得新变量柱塞泵液压泵在启动前就能充满油液，避免干摩擦运行。经过测试，改造前后各项参数基本一致或优于改造前，经过近一年的运行，发现起重机可靠性大幅提高，彻底解决了液压系统频繁损坏的问题。

图3 测试的各种参数

4 升级改造后效益

根据以往维修记录统计，该起重机液压系统故障平均每年3 次，备件费包括齿轮液压泵、液压阀件、液压油等每年的维修费用约25 万元，同时人力成本约10 万元，因此每台起重机每年可节约故障维修费用约35 万元。本次单台起重机改造费用约30 万元，而改造后该油田3 台起重机每年可节省费用约105 万元，并且可以大幅降低维修人员的工作量，因此针对老旧液压系统的升级改造经济效益良好。

这一改造不仅提高了起重机运行效率，零备件使用寿命，也保证了起重机运行的安全性和稳定性，有效降低了设备的维修费用提高了可靠性，为解决老旧设备延长寿命提供了一种新的思路。目前海上平台老旧起重机液压系统升级改造具有良好的应用前景，可以在海上平台进行推广。