LM2500型燃氣輪機軸承故障檢修實踐

王鋒，王樹利，萬川

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300450）

1 機組情況介紹

LM系列航改型燃氣輪成套發電機組通常包含燃氣輪機本體、燃料系統、空氣進氣系統、潤滑油系統、壓氣機水洗系統、火災探測和消防系統以及燃機控制系統等設備。其中，燃氣輪機本體通常包含壓氣機、燃燒器、燃燒噴嘴及點火器、高壓透平、低壓透平、輔助齒輪箱、軸承以及各種儀表等。機組采用耐高溫合金材料制作的滾動軸承，用于支撐轉子和平衡軸向推力。LM系列機組的燃氣發生器（GG），其使用一組機帶合成油泵為各軸承室提供潤滑油，各軸承室的回油分別經過一個濾器和金屬碎屑檢測器組合體后回到油泵。該處金屬碎屑檢測器為一個帶有磁性頭部的電阻檢測器，當較大或較多金屬碎屑被吸附、聚集到檢測器頭部時，金屬碎屑搭接、聯通了檢測器的兩個電極板，使得檢測器回路電阻明顯降低并顯示在HMI界面上。通過金屬碎屑檢測器可以方便地在線監測機組各主軸承的健康狀態，特別是當軸承發生異常磨損、剝落等故障時可以提供及時地反饋和預警。lm2500系列燃氣輪機采用滾動軸承支撐整個軸系，回油腔和軸承位置如圖1所示，燃氣發生器具有編號為3、4、5號三處主軸承室，其對應潤滑油路回油腔編號分別為SUMP A、SUMP B和SUMP C。4B、4R軸承位置位于壓氣機后、靠近燃燒室。4B軸承為球軸承，由外圈、內圈、滾珠和保持架等組成，內外圈、滾珠均為M5材質，保持架為AMS6414材質，潤滑油對滾珠與內外圈滾道之間的摩擦面進行潤滑并加以冷卻。

圖1 LM2500型燃氣輪機回油腔和軸承位置

2 故障發現與驗證

發生故障的LM2500機組，在剛剛完成25000h大修（GG熱部件更換）后運行不足600h，金屬碎屑檢測器QE-353出現報警，手動停機后拆檢發現，檢測SUMP B（4號軸承）潤滑油回油的檢測器QE-353上集聚了大量金屬碎屑，如圖2所示。對其余金屬檢測器QE-350/351（檢測輔助齒輪箱AGB回油）、QE-352（檢測SUMP A回油）和QE-354（檢測SUMP C回油）檢查均無明顯金屬碎屑。

圖2 QE-353集聚大量金屬碎屑

收集檢測器上的金屬碎屑并進行ICP-AES及SEMEDS檢驗，樣品主要成分為含鉻（約4%）、鉬（約3%～4%）、釩（約1%左右）的鐵（約90%）基合金，成分與M50軸承鋼相近，判斷碎屑是來自軸承內、外圈（M50鋼）。經以上排查過程，基本上可以判斷4號軸承存在異常磨損，輔助齒輪箱（AGB）軸承和齒輪、3號軸承、5號軸承正常。

3 檢查與維修

故障軸承的檢查與更換需要徹底拆解機組本體，必須整機返廠后更換軸承并試車，現場不可能具備完成此檢修作業的條件。為提高軸承的耐磨性能，該型燃機生產廠商于2019年年初發布了服務說明，提出對燃機部分軸承進行滲氮硬化處理，以提高軸承滾珠與內外圈接觸面的表面硬度，降低硬質顆粒進入潤滑油腔后對軸承造成損傷破壞的可能性。確定問題以后，立即啟動檢修程序。

3.1 機組拆除

檢修作業前，首先要對故障機組進行拆除，主要完成以下步驟：

（1）咨詢設備廠家，根據設備現狀，編制外委施工委托書，明確作業內容和工作界面。（2）審核作業承包商的施工方案，使之符合現場管理要求。（3）確定機組拆除作業的日期安排、人員配置、現場后勤條件、交通工具、檢修用工機具和物料配備等方面內容。（4）拆除作業開始前，逐臺對在用機組進行全面維護，確保機組能夠長期、健康運行，以滿足故障機組長期離線條件。（5）機組拆除作業正式開始的準備工作。主要內容包括：審核施工人員資質；檢查作業工機具；與施工領隊確認現場作業條件；召集作業涉及人員召開作業風險分析會（JSA），明確作業步驟和風險控制措施。（6）燃氣發生器整體拆除。將故障機組燃氣發生器（GG）整體拆除，為返回檢修工廠做好準備。主要步驟包括：辦理電氣、機械/工藝隔離，抑制并隔離火氣系統；對GG腔體進行孔探檢查；拆除與GG本體連接的全部傳感器及相應儀表管線；拆除與GG本體連接的全部潤滑油、燃油、燃氣管線，封堵管線接口；拆除進氣罩濾網、進氣罩門板及導流罩、液壓啟動馬達等部件；打開機艙門和機艙頂蓋，拆除側邊護欄；安裝GG吊梁，懸掛機組；拆除前吊架固定螺栓，拆除后部GG與動力透平（PT）的剩余連接螺栓；移出GG，放入運輸小車；將GG轉運箱吊運到合適位置，移開上蓋；將運輸小車推至吊裝甲板，將GG吊裝至轉運箱支架上并進行固定；拆除GG吊梁，轉運箱上蓋歸位并固定；對動力透平（PT）進行孔探、遮蔽開口；清理整撬內部雜物；關閉機艙門和機艙頂蓋；安排交通工具運抵檢修工廠。

3.2 工廠內拆檢

機組排故、維修工作包括進廠檢查、總裝分解、部裝分解、部裝裝配、總裝裝配、廠內試車和編寫維修報告。

（1）進廠檢查內容主要包括：對機組進行多方位拍照記錄，在系統中記錄附件序號以及缺失件情況；對機組外部件進行目視檢查，對發現的問題進行拍照，并在系統中進行記錄；對機組各軸承腔室進行空氣流量測試，在系統中記錄測試結果；對機組進行進廠孔探檢查，特別檢查4B軸承室旋轉油氣密封的狀態；對VSV系統進行目視檢查，記錄發現的問題。（2）總裝分解內容包括：拆下燃料支管和燃料噴嘴，記錄燃料噴嘴的位置和部件序號；拆下機組部分外部管路和電氣附件，并進行電氣測試；拆下入口齒輪箱，并進行檢查；將機組翻轉至豎直狀態；拆下并檢查渦輪中框架、高壓渦輪轉子和二級導向器組件；拆下高壓渦輪一級導向器組件、燃燒室和壓氣機后框架（拆下渦輪中框架后，檢查高壓渦輪轉子后軸軸承）；測量滾道處的跳動量；清洗并檢查 4B軸承，如圖3所示，發現外滾道存在大面積表面剝落損傷，進行更換；除特殊說明外，對拆下零部件進行除油清洗和檢查；按照檢查結果和IRM手冊要求，對零部件進行處理。（3）部裝分解包括：拆下4R軸承并進行清洗，如圖4所示，檢查發現4R軸承滾子表面存在點蝕損傷，進行更換；對壓氣機后框架內部進行檢查。（4）部裝裝配，即重新組裝壓氣機后框架。（5）總裝裝配。內容包括：安裝壓氣機后框架和4B軸承組件；安裝燃燒室、高壓渦輪一級導向器組件、高壓渦輪轉子和二級導向器組件、渦輪中框架；安裝機組剩余外部組件。（6）總裝完成后，按照試車手冊，對機組進行功能性試車，完成試車后進行出廠孔探和裝箱。（7）維修結束后，編寫進廠檢查報告、維修報告、廠內試車報告和出廠孔探報告。

圖3 4B軸承外滾道損傷

圖4 4R軸承滾子損傷

3.3 現場回裝與試車

機組在工廠內完成檢修后，運抵油田現場進行回裝。主要步驟包括作業風險分析、機組回裝、附件安裝和連接、電氣和機械隔離解除、啟動前全面檢查、盤車檢查、點火試車、現場恢復。依照機組操作維護手冊，編制了《機組試車管理程序》《機組試車檢查項目表》《機組運行參數記錄表》等質量控制文件，為質量管理提供程序和技術依據，保證了機組回裝測試充分、全面和可靠。

4 結語

對于海上油田這類典型的區域型天然氣分布式能源系統，主發電機組良好狀態的保持，對油田群的穩定生產起到決定性作用。主機的當值人員應做好機組的日常維護，做到頻次和質量的雙保證，其次要熟悉設備結構、控制原理和監控系統界面，理解各參數的重要意義，及時核查報警信息并快速做出基本判斷，避免設備長時間帶病工作。確認問題后應及時制定檢修方案，盡快解決故障點，盡量減少機組不可用狀態的持續時間。應加強外委施工作業管理，機組檢修過程要全程跟蹤，拆、裝時要做好標記和記錄，管線、儀表做好封堵和保護，驗收管理工作應步驟清晰、合理，內容細致有據可查。涉及機組本體拆解的重大檢修，作業完成后3個月內的機組運行狀態要加密觀察，確保檢修質量可靠，機組可長期平穩運行。