L7042GSI發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，并優化了PLC啟動控制程序和更換了故障部件，改進結果表明，優化后的程序安全可靠，能夠保護好啟動馬達。

發動機；可編程邏輯控制器；啟動馬達；啟動控制程序；程序優化

丘東采氣工區5#增壓壓縮機組動力端采用美國瓦克夏公司生產的L7042GSI發動機，該型機組為12缸，帶渦輪增壓器和中冷器的天然氣發動機，機組額定功率1232HP，轉速范圍700～1200r/min，點火由CEC點火模塊控制，轉速由伍德沃德調速器控制，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啟動馬達啟動異響現象。為防止啟動馬達損壞報廢，在機組啟機后維護人員關閉了啟動風管線閥門，由于啟動馬達和發動機潤滑馬達共用一條天然氣管線，若機組意外停機，會使發動機曲柄連桿機構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 故障現象

發動機加載運行階段馬達出現異響現象后，經檢查發現啟動馬達處于工作狀態，速度較高的發動機飛輪齒輪帶動速度較低的啟動馬達齒輪旋轉，異響聲來自馬達葉片和馬達天然氣放空口，進一步觀察發現機組就地控制系統人機界面顯示機組處于點火階段且轉速顯示異常，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（程序結構如圖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定的180s預潤滑，180s后啟動馬達電磁閥通電，預潤滑泵電磁閥失電，當轉速小于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動機飛輪旋轉，以使發動機達到最低點火轉速，若啟動馬達啟動15秒后轉速未達到180r/min，則機組進入啟機失敗模式。當發動機轉速大于設定的550r/min時，點火階段結束，發動機進入運行模式，啟動馬達電磁閥關閉，啟動馬達齒輪脫開飛輪齒圈。

圖1 啟動馬達和CEC點火控制程序結構圖

由圖1所示的程序結構知在機組加載運行階段，若轉速采集系統出現故障導致機組采集的轉速小于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程序會繼續驅動啟動馬達電磁閥。

機組正常加載運行時，轉速應大于800r/min，轉速采集系統出現故障導致人機界面顯示45r/min。而機組在運行狀態啟動馬達啟動和人機界面顯示機組處于點火狀態是因為機組加載運行階段，轉速采集系統出現故障導致機組采集的轉速為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動啟動馬達。

2 故障處理

停機狀態下檢查轉速探頭、轉速線束和頻率變送器后發現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轉速采集系統出現故障后，加載運行狀態程序應自動斷開啟動馬達輸出信號，所以有必要對啟動程序做優化處理，同時修復頻率變送器保證PLC控制系統采集的轉速安全可靠。

2.1 程序優化

程序優化的目的是保證機組啟機后啟動馬達齒輪彈出，即使轉速采集系統出現故障，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，只有在轉速低于40RPM的情況下，按顯示屏上的復位按鈕解鎖，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 優化后的啟動馬達控制程序結構圖

正常情況下，當機組預潤滑結束且轉速小于180r/min時，Startup_One_Time信號處于解鎖狀態，當機組預潤滑結束且轉速大于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。當機組正常運轉過程中PLC出現故障導致采集的轉速小于180r/min，由于Startup_One_Time信號已上鎖，即使處于點火狀態，也無啟動馬達信號。

2.2 硬件更換

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

（1）滿量程頻率可調（最大120kHz），而5#機最大轉速為1200r/min需要的最大頻率是1200/60×208(齒數)=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，零點輸入頻率設置為0Hz，頻率最大量程設置為5000Hz，模擬量輸出選4～20Ma，數字量輸出選擇關閉，為提高轉速采集系統安全性設置了以下參數：斷路檢測時間設置為2秒，下限電流輸出溢出設置為4.03Ma，上限電流輸出溢出設置為4.03Ma，將無信號輸入設置為4Ma。

2.3 程序測試

將優化后的程序下載到Compactlogix PLC中，啟機運行后，將轉速頻率變速器的輸入信號斷開模擬轉速采集系統故障，經觀察發現此時人機界面顯示轉速0r/min，啟動馬達無啟動信號。測試結果表明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，有力的保障了發動機組的安全可靠運行，下一步將繼續優化PLC程序，使PLC能夠對轉速異常及波動做出響應，并將故障信息顯示在人機界面上。

[1]楊小平,張濤,王建鑫,范衛民.F3524GSI 發動機應用溫米油田干氣的適應性分析及調試對策[J].中國新技術產品,2009.111-112.

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