韋崇鋒 羅毅 趙禮 樊國軍 嚴才松

國家管網集團西南管道公司

摘要：介紹Shafer擺缸的結構及工作原理，結合Shafer擺缸日常保養工作及維修經驗，對擺缸竄油的常見故障原因進行深入分析，提出有效的控制措施。通過系統分析，我們發現擺缸竄油主要原因有密封件失效、人員誤操作、電磁閥內漏、設計缺陷等多種因素造成。

關鍵詞：Shafer；擺缸；竄油；原因分析；控制措施

Shafer氣液聯動執行機構常用于輸氣場站進出站區和干線截斷閥室。由于其工作平穩、性能良好、故障率低，在長輸管道中的使用占比達到90%以上。擺缸是Shafer氣液聯動執行機構的核心部件，運行中易發生竄油現象，竄油不僅影響設備的正常運行，還可能引發嚴重的安全事故。重慶管道石柱作業區通過對Shafer擺缸工作原理及竄油常見故障的深入分析，提出了有效的竄油控制措施。

1  擺缸結構及工作原理

Shafer氣液聯動執行機構的擺缸主要由轉子、葉片、葉片密封件、轉子襯套、定子、定子密封件、止動棒、殼體、底蓋等組成（圖 1）。

圖 1 擺缸結構示意

擺缸也稱驅動器，其工作原理是將動力氣體壓力在氣液罐中轉換為液壓，或使用手動泵將液壓傳遞到擺缸中，推動轉子進行旋轉運動，轉子帶動閥桿轉動。

擺缸處于全開位，液壓油無壓力，執行器無旋轉動作；執行器順時針方向旋轉，高壓液體進入關入口，壓力補償通道使得兩關閉腔體同步受壓，此時，執行器產生完全平衡的扭矩，推動葉片轉動。一旦執行器到達全關位，液壓油壓力通過執行器自身控制得到釋放（圖 2）。

圖 2 擺缸工作原理示意

2  擺缸竄油常見故障分析與控制措施

定子和轉子密封件失效。如果密封件老化、磨損或安裝不當，就會導致液壓油從密封處泄漏，進而引發竄油問題。應加強密封件維護，定期檢查擺缸密封件的磨損情況，及時更換老化、磨損嚴重的密封件。同時確保密封件的安裝質量，避免因安裝不當導致的泄漏問題。

油壓過高。會增加擺缸密封件的負擔，使其更容易發生泄漏，過高的油壓還可能導致擺缸內部的液壓油流動紊亂，進一步加劇竄油現象。應優化液壓系統油壓，合理調整液壓系統的油壓，避免油壓過高對擺缸造成過大的負擔，同時加強液壓系統的維護和管理，確保液壓油的質量和清潔度。

擺缸設計缺陷。可能導致液壓油泄漏和竄油問題的發生。應改進擺缸設計，對擺缸設計上的缺陷進行針對性的改進和優化，如優化密封結構、改進油道布局等，以提高擺缸的密封性能和抗竄油能力。

擺缸內部存在劃傷。擺缸密封件硬化，轉子在長期重力的作用下保護銅片與缸體底部接觸，擺缸在旋轉過程中，金屬銅片與擺缸底部長期摩擦產生劃痕。固體雜質進入擺缸后產生劃痕。應定期檢查轉子保護銅片與缸體底部接觸情況，檢查擺缸底部和內壁是否有劃痕和金屬毛刺，并使用細砂紙對劃痕處和突出的毛刺進行研磨。

操作不當和安裝不規范。設備操作人員在操作過程中，如果未能按照規范進行操作，如頻繁啟動、急停等，都可能對擺缸造成沖擊，導致密封件損壞和液壓油泄漏。安裝不規范也可能導致擺缸在轉動過程中發生竄油。應規范操作行為，加強設備操作人員的培訓和管理，確保現場按照規范進行操作；同時建立完善的操作規程和應急預案，以應對可能出現的竄油問題。

手泵密封失效。在手泵按壓操作過程中，液壓油會直接通過平衡閥竄至另外一油路，造成液壓油竄油和開關操作緩慢。應定期檢查手泵密封性能并進行測試，定期對內部密封件進行更換，確保手泵各組件完好。

提升閥錐形密封失效。如果錐形密封損壞或者錐形密封處存在雜質，會導致一部分高壓天然氣從提升閥排氣口排出，另外一部分高壓天然氣進入開關氣液罐內，造成氣液罐內長期帶壓，液壓油在長期壓力的作用下慢慢滲透到另一個氣液罐內，造成實質性的竄油。提升閥錐形密封是隔離高壓氣與氣液罐的關鍵，應每年春秋檢對提升閥一、二級濾芯進行檢查和清理，對不合格的濾芯進行更換，以保證氣體中無大的固體雜質。對于Shafer提升閥密封件超過15年的需進行強制更換；超過10年的，在每年春秋檢檢查過程中視情更換。

電磁閥、關位先導閥和限位開關失效。以9870-S為例（圖 3），關位先導閥、關電磁閥、開電磁閥存在內漏，當內漏量大于提升閥內部阻力孔的泄放量，提升閥的活塞會向左移動，閥桿頂開錐形密封使高壓氣體進入氣液罐內，液壓油在長期壓力的作用下會竄至另外一個氣液罐內。以10726-S為例（圖 4），限位開關的頂桿行程過短也可能導致擺缸串油。當ESD觸發后，高壓氣通過行程開關實現自動關閥。當閥門關到位后，機械頂桿實現關氣路截斷。如果頂桿沒頂到位，高壓氣會持續作用于提升閥關路活塞，導致關閥動作持續，最終導致擺缸竄油。應定期檢查遠程開、關電磁閥和關位先導閥的內漏情況。在檢測時拆下遠程開、關電磁閥和關位先導閥出口引壓管連接卡套，緩慢對氣缸進行充壓，同時用可燃氣體檢測儀對出口進行持續檢測，直至氣缸壓力達到日常運行值。在整個充壓過程中，應確保無氣體漏出，以驗證遠程開、關電磁閥和關位先導閥無內漏。若有內漏現象，應進行更換。若10726-S限位開關頂桿過短（圖 5），應根據現場實際情況及時調節頂桿的長度。在調節時注意控制頂桿的長度，因為頂桿過長易損壞限位開關；頂桿過短將導致限位開關的P口和C口不能有效截斷，執行機構將持續執行關閥操作，從而引發串油和噴油故障。

圖 3 Shafer9870-S原理

圖 5 限位開關頂桿

3  結語

通過對Shafer擺缸竄油原因的分析和控制措施的探討得知，有效解決擺缸竄油問題，需要從多個方面入手，包括加強密封件維護、優化液壓系統油壓、改進擺缸設計、規范操作行為以及加強定檢維保質量等。隨著技術的進步和經驗的積累，可進一步探索更加有效的控制措施。

作者簡介：韋崇鋒，1983年生，本科，工程師，西南管道重慶天然氣管道股份公司輸氣工在聘高級技師。聯系方式：18512310099，349730468@qq.com。