L7042GSI發(fā)動機運行過程馬達異響故障分析及處理

（吐哈油田公司機械廠，新疆 哈密 839009）

L7042GSI發(fā)動機運行過程馬達異響故障分析及處理

馬云，劉瑜，高潔，張鑫

（吐哈油田公司機械廠，新疆 哈密 839009）

本文介紹了瓦克夏L7042GSI系列天然氣發(fā)動機運行過程中啟動馬達異響的基本情況，分析了故障原因，并優(yōu)化了PLC啟動控制程序和更換了故障部件，改進結(jié)果表明，優(yōu)化后的程序安全可靠，能夠保護好啟動馬達。

發(fā)動機；可編程邏輯控制器；啟動馬達；啟動控制程序；程序優(yōu)化

丘東采氣工區(qū)5#增壓壓縮機組動力端采用美國瓦克夏公司生產(chǎn)的L7042GSI發(fā)動機，該型機組為12缸，帶渦輪增壓器和中冷器的天然氣發(fā)動機，機組額定功率1232HP，轉(zhuǎn)速范圍700～1200r/min，點火由CEC點火模塊控制，轉(zhuǎn)速由伍德沃德調(diào)速器控制，空燃比由fisher閥控制。2015年至今5#機組在正常運行階段多次出現(xiàn)啟動馬達啟動異響現(xiàn)象。為防止啟動馬達損壞報廢，在機組啟機后維護人員關(guān)閉了啟動風管線閥門，由于啟動馬達和發(fā)動機潤滑馬達共用一條天然氣管線，若機組意外停機，會使發(fā)動機曲柄連桿機構(gòu)和渦輪增壓器無法進行后潤滑，有可能導致連桿拉瓦，曲軸拉傷和渦輪增壓器損壞。為保證機組安全可靠運行，有必要解決啟動馬達異響故障。

1 故障分析

1.1 故障現(xiàn)象

發(fā)動機加載運行階段馬達出現(xiàn)異響現(xiàn)象后，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)啟動馬達處于工作狀態(tài)，速度較高的發(fā)動機飛輪齒輪帶動速度較低的啟動馬達齒輪旋轉(zhuǎn)，異響聲來自馬達葉片和馬達天然氣放空口，進一步觀察發(fā)現(xiàn)機組就地控制系統(tǒng)人機界面顯示機組處于點火階段且轉(zhuǎn)速顯示異常，顯示值為45r/min。

1.2 故障說明

啟動馬達和CEC點火控制程序是機組啟機程序的一部分，PLC周期性地掃描啟動馬達和CEC點火控制程序（程序結(jié)構(gòu)如圖1所示）。

當按下人機界面啟動按鈕后，啟動信號上鎖，機組進入啟機階段，啟機階段首先進行設(shè)定的180s預(yù)潤滑，180s后啟動馬達電磁閥通電，預(yù)潤滑泵電磁閥失電，當轉(zhuǎn)速小于500r/min時，PLC程序進入機組點火模式，此時啟動馬達齒輪帶動發(fā)動機飛輪旋轉(zhuǎn)，以使發(fā)動機達到最低點火轉(zhuǎn)速，若啟動馬達啟動15秒后轉(zhuǎn)速未達到180r/min，則機組進入啟機失敗模式。當發(fā)動機轉(zhuǎn)速大于設(shè)定的550r/min時，點火階段結(jié)束，發(fā)動機進入運行模式，啟動馬達電磁閥關(guān)閉，啟動馬達齒輪脫開飛輪齒圈。

圖1 啟動馬達和CEC點火控制程序結(jié)構(gòu)圖

由圖1所示的程序結(jié)構(gòu)知在機組加載運行階段，若轉(zhuǎn)速采集系統(tǒng)出現(xiàn)故障導致機組采集的轉(zhuǎn)速小于550r/min時，則周期掃描的PLC程序未進入運行模式，而是一直處于點火模式，故PLC程序會繼續(xù)驅(qū)動啟動馬達電磁閥。

機組正常加載運行時，轉(zhuǎn)速應(yīng)大于800r/min，轉(zhuǎn)速采集系統(tǒng)出現(xiàn)故障導致人機界面顯示45r/min。而機組在運行狀態(tài)啟動馬達啟動和人機界面顯示機組處于點火狀態(tài)是因為機組加載運行階段，轉(zhuǎn)速采集系統(tǒng)出現(xiàn)故障導致機組采集的轉(zhuǎn)速為45r/min時，啟動馬達和CEC點火控制程序未進入運行模式，而是一直處于點火模式，故PLC程序會在加載運行階段驅(qū)動啟動馬達。

2 故障處理

停機狀態(tài)下檢查轉(zhuǎn)速探頭、轉(zhuǎn)速線束和頻率變送器后發(fā)現(xiàn)頻率變送器輸出電流不是4Ma，而是0Ma，初步確定故障源為頻率變送器。而當PLC轉(zhuǎn)速采集系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，加載運行狀態(tài)程序應(yīng)自動斷開啟動馬達輸出信號，所以有必要對啟動程序做優(yōu)化處理，同時修復(fù)頻率變送器保證PLC控制系統(tǒng)采集的轉(zhuǎn)速安全可靠。

2.1 程序優(yōu)化

程序優(yōu)化的目的是保證機組啟機后啟動馬達齒輪彈出，即使轉(zhuǎn)速采集系統(tǒng)出現(xiàn)故障，啟動馬達齒輪仍彈出。

建立中間布爾變量Startup_One_Time和Reset_ After_Stop，第一個信號的特點是只要馬達一旦啟動成功脫開后，就自鎖置為1信號，后一個信號的特點是正常情況下該信號為0，只有在轉(zhuǎn)速低于40RPM的情況下，按顯示屏上的復(fù)位按鈕解鎖，該信號才瞬間為1，用來解鎖Startup_One_Time信號，Startup_One_Time和Reset_After_Stop啟動馬達控制程序的邏輯如圖2所示。

圖2 優(yōu)化后的啟動馬達控制程序結(jié)構(gòu)圖

正常情況下，當機組預(yù)潤滑結(jié)束且轉(zhuǎn)速小于180r/min時，Startup_One_Time信號處于解鎖狀態(tài)，當機組預(yù)潤滑結(jié)束且轉(zhuǎn)速大于180r/min后，Startup_One_Time信號上鎖，上鎖的Startup_One_ Time信號解鎖啟動馬達信號，啟動馬達齒輪彈出。當機組正常運轉(zhuǎn)過程中PLC出現(xiàn)故障導致采集的轉(zhuǎn)速小于180r/min，由于Startup_One_Time信號已上鎖，即使處于點火狀態(tài)，也無啟動馬達信號。

2.2 硬件更換

將國產(chǎn)頻率變送器更換為菲尼克斯MCR-RUI-DC型頻率變送器，該型變送器優(yōu)點如下。

（1）滿量程頻率可調(diào)（最大120kHz），而5#機最大轉(zhuǎn)速為1200r/min需要的最大頻率是1200/60×208(齒數(shù))=4160Hz。

（2）支持不同類型輸入輸出。

（3）擁有信號保護功能。

將輸入端子接入機械式接觸模式，零點輸入頻率設(shè)置為0Hz，頻率最大量程設(shè)置為5000Hz，模擬量輸出選4～20Ma，數(shù)字量輸出選擇關(guān)閉，為提高轉(zhuǎn)速采集系統(tǒng)安全性設(shè)置了以下參數(shù)：斷路檢測時間設(shè)置為2秒，下限電流輸出溢出設(shè)置為4.03Ma，上限電流輸出溢出設(shè)置為4.03Ma，將無信號輸入設(shè)置為4Ma。

2.3 程序測試

將優(yōu)化后的程序下載到Compactlogix PLC中，啟機運行后，將轉(zhuǎn)速頻率變速器的輸入信號斷開模擬轉(zhuǎn)速采集系統(tǒng)故障，經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)此時人機界面顯示轉(zhuǎn)速0r/min，啟動馬達無啟動信號。測試結(jié)果表明PLC程序能夠在機組運行過程中很好的保護啟動馬達。

3 結(jié)語

本文介紹了機組啟動馬達異響故障的基本情況，重點分析了故障原因，并通過程序優(yōu)化和硬件更換的方式成功的解決了馬達異響故障，有力的保障了發(fā)動機組的安全可靠運行，下一步將繼續(xù)優(yōu)化PLC程序，使PLC能夠?qū)D(zhuǎn)速異常及波動做出響應(yīng)，并將故障信息顯示在人機界面上。

[1]楊小平,張濤,王建鑫,范衛(wèi)民.F3524GSI 發(fā)動機應(yīng)用溫米油田干氣的適應(yīng)性分析及調(diào)試對策[J].中國新技術(shù)產(chǎn)品,2009.111-112.

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