LM2500燃氣輪機動力渦輪超速停機故障分析

張 潔

(青島前進船廠，山東 青島 266001)

LM2500燃氣輪機動力渦輪超速停機故障分析

張 潔

(青島前進船廠，山東 青島 266001)

某船在遠航期間，燃氣輪機多次報警停機，通過查詢動力監控系統報警信息、分析燃氣輪機停機控制原理，逐步定位并排除了故障。文章結合這一故障探討了故障排除方法，并針對船舶動力監控系統軟性故障提出在線監測和診斷方案。

燃氣輪機；監測；在線診斷

1 燃氣輪機監控系統簡介

燃氣輪機監控系統主要包括控制手柄、遙控電子柜、燃氣輪機電子柜和燃氣輪機機體上的各種終端控制元件，其系統框圖如 1所示。

圖1 燃氣輪機監控系統框圖

燃氣輪機監控系統工作原理為：手柄下達車鐘命令給遙控電子柜，遙控電子柜將對應的命令值轉化為4～20 mA的電流信號，燃氣輪機控制電子柜接收此信號并處理，最后通過功率控制板輸出燃油作動器的控制信號。燃氣輪機控制電子柜控制燃油作動器，同時監測燃氣輪機運行中的各種參數并對故障情況執行報警和停機程序。

通過對該型船服役至今燃氣輪機的故障統計，監控系統故障多發于燃氣輪機控制電子柜和各種終端元件。燃氣輪機控制電子柜按功能分為3部分：發動機電子控制器EEC控制功率同時監控重要運行參數；燃氣輪機監視和控制系統完成對燃氣輪機及外圍設備的控制功能；震動監視系統測量燃氣輪機的震動，作為燃氣輪機是否需要進行維修保養的一項重要依據。

2 燃氣輪機故障分析與處理

燃氣輪機在遠航任務中出現監控系統報警停機，報警信息如下。

1)P.T.O/S CHAN.A OVERSPEED (動力渦輪超速通道A超速)。

2)P.T.O/S SWITCH SHUT DOWN(動力渦輪超速開關關斷)。

結合監控系統報警信息分析，對故障可能出現的幾種原因進行分析和處理。

1)燃氣輪機電子柜PS28電源模塊為燃油速關閥供電，電子柜同時監測28 V電源運行。正常工作時燃油速關閥電源為28 V，當電源模塊輸出電壓低于20 V時，速關閥線圈維持電壓過低使燃油速關閥關斷導致停機。

對燃氣輪機電子柜內8塊28 V電源模塊在線監測數據見表1所示，電源模塊運行參數表明電源正常。

表1 燃氣輪機電子柜PS28電源模塊檢測表

2)燃氣輪機運行過程中動力渦輪A、B通道信號同時丟失可導致自動停機。如果啟動后已在機旁控制面板上按下“動力渦輪轉速信號丟失越控”按鈕，燃氣輪機自動轉為開環控制，此時如果“動力渦輪A、B通道同時信號”丟失，燃氣輪機不會自動停機。當越控功能無效時，偶發性的A、B通道信號丟失可導致燃氣輪機停機，因此需要對越控功能進行有效性試驗。

啟動燃氣輪機正常運行一段時間后，按下越控按鈕，監控系統報“越控”信息，人為分別將A、B通道轉速傳感器信號電纜航空插頭拔下，監控系統有A、B通道動力渦輪轉速信號丟失報警信息，此時燃氣輪機工作正常，試驗證明越控功能有效。

3)轉速控制板上的電流模塊檢測通過超速開關和燃油速關閥的電流，電流超過2.5 A稱為超電流，電流小于0.5 A則稱為低電流，處理機收到電流超限信號后使系統復位，復位信號導致燃油速關閥關閉。

速關閥接地可導致電流超限。檢查相關電纜確定鎧裝完好、絕緣正常、導通性正常。測量數據如表2所示。

表2 動力渦輪轉速傳感器和燃油速關閥狀態檢測表

4)動力渦輪A通道轉速控制板FSC1-01故障可導致燃油速關閥關閉，處理器板MPU12-01因為過熱導致死機可導致速關閥誤動作，燃氣輪機停機。

由于之前出現過燃氣輪機處理器由于散熱問題復位故障，結合熱帶海域三高環境對電子柜加裝散熱裝置，檢查無問題后觀察使用，此時已完成了外部線纜，轉速處理板的排查及燃油速關閥的功能試驗。

5)動力渦輪轉速傳感器本身故障導致監控系統誤操作導致停機。

為進一步將故障進行定位，將A、B動力渦輪轉速傳感器通道互換后啟動繼續觀察使用。可通過這樣將故障點自終端進行進一步精確劃分。

連續運行130 h后燃氣輪機監控系統報警信息變化為：P.T.O/S CHAN.B OVERSPEED；P.T.O/S SWITCH SHUT DOWN。

綜合之前的故障排查和監控系統報警信息變化，判斷通道A動力渦輪轉速傳感器故障導致監控系統報警停機。將A通道傳感器插頭拔下，人為屏蔽A通道動力渦輪轉速傳感器，后續使用中再未停機。結合修理使用專用工具檢查發現轉速傳感器受損并更換備件，故障排除。

3 對監控系統軟故障維修的思考

船舶自動化程度的快速發展導致保障中會遇到各種無規律發生的“軟”故障或成為偶發性故障。限于當前監測和診斷手段無法實現監控系統信號的長時間連續記錄，偶發性的特點又決定了故障發生時的參數變化無法復現，為精確定位故障點造成難以克服的困難，同時修后故障是否排除的驗證困難，驗證時間不確定，需要反復啟動裝備。同時由于監控系統本身的復雜性，對維修人員的門檻要求也很高。

針對當前監控系統設備現狀結合燃氣輪機監控系統故障處理過程中遇到的問題可研制裝備數據診斷系統。該系統可連續監測并存儲監控系統與故障相關部分的運行數據，故障發生后起到故障復現的功能，通過對故障前后的數據分析可進一步縮小故障排查范圍，對故障點進行精確定位，系統功能框圖如圖2所示。

該系統可采用當前主流的虛擬儀器技術開發，軟硬件技術成熟，系統適用性強，能夠解決不同監控系統軟硬件數據監測的兼容性問題，可滿足當前監控系統的各種數據監測和存儲需求，同時具有一定的擴展性，可結合實際進行進一步功能擴展。

圖2 系統功能框圖

該系統的研制可為故障的精確定位提供最直接和有力的支持，大幅度提高修理效率。同時對監測數據進行定期整理，整理出監控系統正常使用的數據備份，便于后續對裝備的使用狀態進行動態掌握，為后續維修提供數據庫支持。

For many times of stopping alarm in a long distance sailing,the fault was removed through inquiring about alarm information on power monitoring system,analyzing the control principle on gas turbine's stop and gradual location.Combining the fault removal,this paper gives the diagnosis plan for the flexible fault on marine power monitoring system.

gas turbine;monitor;on line diagnosis

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2015.01.005

張潔(1979-)，男，陜西渭南人，工程師，大學本科，主要從事電氣控制及弱電監控工作。

2014-09-29