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水下機(jī)器人(ROV)液壓系統(tǒng)的泄漏原因及對(duì)策

2015-03-23 11:39邱可曹江韓超曾陽(yáng)生深圳海油工程水下技術(shù)有限公司廣東深圳518000
化工管理 2015年9期
關(guān)鍵詞:密封件密封圈液壓油

邱可 曹江 韓超 曾陽(yáng)生(深圳海油工程水下技術(shù)有限公司,廣東深圳 518000)

水下機(jī)器人(ROV)液壓系統(tǒng)的泄漏原因及對(duì)策

邱可 曹江 韓超 曾陽(yáng)生(深圳海油工程水下技術(shù)有限公司,廣東深圳 518000)

在海洋石油工程項(xiàng)目中,水下機(jī)器人(ROV)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,其作用越來(lái)越突顯,保障ROV持續(xù)運(yùn)行尤為關(guān)鍵,而ROV液壓系統(tǒng)的滲漏是造成故障待機(jī)的常見(jiàn)問(wèn)題,本文以ROV操作者的角度來(lái)介紹液壓系統(tǒng)泄露的產(chǎn)生原因和防治措施等。

ROV;液壓泄露

近年來(lái),水下機(jī)器人(ROV)在海洋工程中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,不僅需要水ROV能夠完成觀察檢測(cè)等任務(wù),而且需要ROV能完成一些更為復(fù)雜的操作任務(wù),如水下礦產(chǎn)勘探開(kāi)采、海洋地質(zhì)采樣、水下石油管線的鋪設(shè)與檢修、水下基盤(pán)和采油樹(shù)的安裝與維修等。ROV在水下工作時(shí)要用到機(jī)械手、液壓扳手、切纜器、水槍泵、吸泥泵等輔助工具,而它們都需要ROV的液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力,如果液壓系統(tǒng)出現(xiàn)了問(wèn)題,就會(huì)造成海上工程進(jìn)度受阻,施工船舶現(xiàn)場(chǎng)待機(jī),環(huán)境污染等一系列嚴(yán)重后果。因此有必要對(duì)ROV液壓系統(tǒng)的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析,找出影響ROV液壓系統(tǒng)泄漏的主要因素,有針對(duì)性地防止ROV液壓系統(tǒng)發(fā)生泄漏,實(shí)現(xiàn)ROV海上安全作業(yè)效能的最大化。

1 ROV液壓系統(tǒng)構(gòu)成

輔助裝置以及執(zhí)行、控制與動(dòng)力等元件共同構(gòu)成了ROV液壓系統(tǒng)。執(zhí)行元件將液壓油壓力能轉(zhuǎn)換為動(dòng)作機(jī)構(gòu)的機(jī)械能,如ROV推進(jìn)器的液壓馬達(dá)主要負(fù)責(zé)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)扭矩;調(diào)節(jié)與控制液壓油方向、流量與壓力屬于控制元件的主要功能,ROV液壓系統(tǒng)各種功能由單向閥、流量閥與泄壓閥等的各種組合來(lái)實(shí)現(xiàn);電動(dòng)機(jī)機(jī)械能向液壓油壓力能的轉(zhuǎn)換由動(dòng)力元件完成;輔助元件是將前面三部分(動(dòng)力元件、控制元件和執(zhí)行元件)連接在一起組成一個(gè)系統(tǒng),起貯油、過(guò)濾和密封等作用,如管路和接頭、油箱、過(guò)濾器和密封元件等。各種液壓元件分工協(xié)作,共同完成ROV液壓系統(tǒng)的應(yīng)用功能。

ROV液壓系統(tǒng)泄漏是目前液壓工作中系統(tǒng)普遍存在的故障現(xiàn)象,所以我們要對(duì)ROV液壓系統(tǒng)引起高度重視,以防止產(chǎn)生泄漏現(xiàn)象。

2 ROV液壓系統(tǒng)泄漏類(lèi)型

運(yùn)動(dòng)密封處與固定密封處泄漏是ROV液壓系統(tǒng)產(chǎn)生泄漏的二種主要類(lèi)型,前者大多涵蓋多路閥閥桿、油缸活塞桿等部位;后者則更多的會(huì)發(fā)生在各管接頭連接部位、缸底等處。

如果由油液泄漏方面劃分的話,則包括內(nèi)泄漏、外泄漏兩種。前者主要是指在液壓系統(tǒng)中液壓元件內(nèi)部產(chǎn)生的泄漏;后者則說(shuō)的是液壓油由系統(tǒng)內(nèi)向外部環(huán)境的泄漏。

3 泄漏發(fā)生的根源

3.1 密封件設(shè)計(jì)因素影響

設(shè)計(jì)、挑選液壓系統(tǒng)密封元件對(duì)于ROV液壓系統(tǒng)本身的可靠性有著決定性影響,因?yàn)檫x用了不標(biāo)準(zhǔn)的密封件或者密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)失當(dāng),忽略了液壓油和溫度環(huán)境改變、運(yùn)行速度高低、極限壓力大小、載荷狀況以及密封材料相容型式等,以至ROV液壓系統(tǒng)會(huì)發(fā)生間接或直接性的程度不同的泄漏現(xiàn)象。

3.2 元件制造與裝配不當(dāng)

3.2.1 制造因素

形位與尺寸公差、表面光潔度及其處理等因素對(duì)于全部ROV液壓元件、密封部件而言均必需嚴(yán)格執(zhí)行,假如上述要求無(wú)法完成,會(huì)讓零件的先天滲漏點(diǎn)成為客觀的存在,完成裝配或使用時(shí)滲漏現(xiàn)象就會(huì)發(fā)生。

3.2.2 裝配因素

許多ROV的配件屬于精密元件,在裝配前應(yīng)對(duì)密封零件進(jìn)行仔細(xì)檢查,看是否有破損的把粘在上面的灰塵或者水分清理掉,裝配時(shí)應(yīng)將零件蘸少許液壓油,輕輕壓入。裝配液壓元件時(shí),必需謹(jǐn)慎操作,假如用力過(guò)度,會(huì)導(dǎo)致零件變形(尤其是密封法蘭、缸體受到手錘等的敲擊)達(dá)不到密封的效果,容易造成液壓系統(tǒng)泄漏。選擇適當(dāng)?shù)那逑磩┣鍧嵜芊饧?,尤其?duì)O形圈、防塵圈以及密封圈等橡膠件清洗,它們的彈性會(huì)因?yàn)檫\(yùn)用汽油一類(lèi)清洗濟(jì)而更易老化,導(dǎo)致密封性能降低。

管接頭和管式元件相連處是ROV液壓管接頭漏油產(chǎn)生的主要部位,比如,連接錐管螺紋過(guò)程中,螺堵、螺紋二者間沒(méi)有充分吻合,漏油很容易發(fā)生。運(yùn)用公制螺紋連接管接頭時(shí),密封平面與螺孔中心線之間不垂直,也就是說(shuō),加工尺寸與螺孔幾何精度和要求不相符,導(dǎo)致組合墊圈密封程度不足,泄漏會(huì)由此產(chǎn)生。

3.3 油液污染

3.3.1 氣體污染

當(dāng)重新裝配液壓部件時(shí),液壓系統(tǒng)的啟動(dòng)必須要先充滿油,再放氣。常溫常壓條件下,6%-8%容積比的空氣存在于液壓油內(nèi),如果減小壓力,油內(nèi)會(huì)有空氣游離出來(lái),導(dǎo)致氣泡產(chǎn)生,破裂的氣泡會(huì)讓液壓元件發(fā)生氣蝕現(xiàn)象,噪聲會(huì)由此產(chǎn)生。如果油內(nèi)有眾多的空氣進(jìn)入,氣蝕增加,增大了液壓油壓縮性,會(huì)導(dǎo)致工作不平穩(wěn)現(xiàn)象發(fā)生。假如工作時(shí)的ROV液壓系統(tǒng)于極短時(shí)間內(nèi),高、低壓之間的壓力變換迅速,高壓側(cè)的氣泡溫度升高后快速回至低壓側(cè),爆裂由此發(fā)生,元件內(nèi)壁的損傷、凹點(diǎn)由此產(chǎn)生,引起泄漏。

3.3.2 顆粒污染

清潔的液壓油是ROV液壓系統(tǒng)的生命。ROV液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中,能量傳遞工作介質(zhì)是油液,液壓油選擇準(zhǔn)確之際,必需保證清潔,不能有污物混雜其中。如果ROV液壓系統(tǒng)油中混入的污物進(jìn)入閥芯與閥體的配合間隙,就可能造成堵塞,使局部壓力增大,超過(guò)耐壓極限,從而引起泄漏。原因在于,組成ROV液壓動(dòng)力系統(tǒng)的各種閥、泵類(lèi)元件相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),其全部的配合表面良好,而且其配合表面間隙極小。

3.3.3 水污染

由于ROV工作在海水中,海水可能會(huì)腐蝕液壓系統(tǒng)的密封元件,使元件的結(jié)構(gòu)、材料、性質(zhì)發(fā)生變化,若海水進(jìn)入ROV的液壓系統(tǒng),海水會(huì)與液壓油反應(yīng),形成酸性物質(zhì)和油泥,使油液粘度下降、變質(zhì),加速液壓元件間的磨損,會(huì)使系統(tǒng)發(fā)生內(nèi)泄漏機(jī)率增大。

3.4 零件損傷

ROV設(shè)備有時(shí)候因?yàn)樽鳂I(yè)時(shí)海況較差能見(jiàn)度低,在操控的時(shí)候不慎撞在海底結(jié)構(gòu)物上,也可能使某個(gè)液壓元件損壞而發(fā)生泄漏。

4 防止泄漏的主要對(duì)策

4.1 防止空氣進(jìn)入系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)中所用的液壓油可壓縮性很小,在一般的情況下它的影響可以忽略不計(jì)。但是低壓空氣的可壓縮性很大,約為液壓油的1000倍,所以即使系統(tǒng)中含有少量的空氣,它的影響也是很大的。為了防止空氣破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性,在系統(tǒng)中設(shè)置有排氣閥,加完液壓油或安裝完液壓管等配件后,在設(shè)備起動(dòng)之前,先打開(kāi)排氣閥,以排除存留在液壓油中的空氣。

4.2 防止密封件受損

在ROV液壓系統(tǒng)密封件的安裝過(guò)程中,密封件安裝的質(zhì)量高,不僅可以有效地降低液壓系統(tǒng)的泄漏,還可以提高密封件的使用壽命,從而降低液壓系統(tǒng)發(fā)生故障的幾率。在裝配液壓元件時(shí),提前將各零部件清洗干凈。在更換密封件時(shí),不允許用銳利的工具,注意不得碰傷密封件或工作表面。在密封圈的裝配中盡量采用專(zhuān)用工具,要注意密封圈的方向性。O型圈雖沒(méi)有方向性,但在與檔圈并用時(shí),要注意檔圈的位置,裝錯(cuò)就不能起密封作用。同時(shí),在密封圈及其配合的表面上涂一些潤(rùn)滑脂,以保護(hù)密封圈不受損壞。在經(jīng)過(guò)螺紋時(shí),可在螺紋部纏上膠布或紙帶,并涂一些潤(rùn)滑脂,以保護(hù)密封圈。在拆卸、分解液壓元件時(shí)要注意零部件拆卸時(shí)的方向和順序,拆下的液壓元件要妥善保存,放在干凈的位置不得丟失,不要將其精加工表面碰傷。

4.3 防止過(guò)濾器堵塞

定期更換過(guò)濾器。ROV液壓油過(guò)濾器是液壓系統(tǒng)中除去液壓油中少量固體顆粒的小型設(shè)備,可保護(hù)設(shè)備的正常工作。當(dāng)流體進(jìn)入置有一定規(guī)格濾網(wǎng)的濾筒后,其雜質(zhì)被阻擋,而清潔的濾液則由過(guò)濾器出口排出,并要根據(jù)使用情況定期更換過(guò)濾器。

4.4 防止污物進(jìn)入油液

定期更換液壓油。液壓油按技術(shù)資料規(guī)定加注后,其品質(zhì)并非一成不變,因?yàn)橐簤河徒?jīng)常處于高溫、高壓下工作,時(shí)間長(zhǎng)了很容易變質(zhì)和析出雜質(zhì),從而影響系統(tǒng)中液壓油的品質(zhì),所以要定期檢查和更換液壓油。

4.5 防止液壓系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間高溫

在水上啟動(dòng)ROV液壓系統(tǒng)檢查ROV的推進(jìn)器和機(jī)械手運(yùn)行狀態(tài)時(shí),由于沒(méi)有海水冷卻,需要注意觀察液壓油箱上的溫度表,不要使液壓油溫度長(zhǎng)時(shí)處在高溫狀態(tài),以免破壞液壓系統(tǒng)密封套件的耐熱性,造成系統(tǒng)泄漏。

4.6 防止應(yīng)力破壞密封性

在執(zhí)行作業(yè)任務(wù)時(shí),要避免ROV撞到結(jié)構(gòu)物,否則可能會(huì)造成ROV液壓系統(tǒng)的應(yīng)力損傷,破壞系統(tǒng)保護(hù)外殼,從而導(dǎo)致液壓泄露。也不要冒險(xiǎn)去執(zhí)行超出ROV自身液壓極限的作業(yè),比如ROV的機(jī)械手只能提舉100Kg,若去提舉200Kg的物件,很可能導(dǎo)致液壓油缸變形,密封失效,從而導(dǎo)致泄露。所以,操作人員的風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)一定要加強(qiáng),避免人為的破壞,保障液壓系統(tǒng)密封的良好性。

[1]左健民.液壓與氣壓傳動(dòng)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1999.

[2]嵇光國(guó).液壓系統(tǒng)故障診斷與排除[M].北京:海洋出版社,1990.

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