LM2500燃氣輪機監控系統典型故障的分析及排除

許旭洲,楊叔華,許 光，徐百匯，梁前超

(1.4802工廠,海南 三亞 572018；2.海軍工程大學，湖北 武漢 430033;3.某裝備部，浙江 寧波 312022)

LM2500燃氣輪機監控系統典型故障的分析及排除

許旭洲1,楊叔華2,許 光3，徐百匯3，梁前超2

(1.4802工廠,海南 三亞 572018；2.海軍工程大學，湖北 武漢 430033;3.某裝備部，浙江 寧波 312022)

以聯合動力裝置為研究對象，采用比對分析法對該動力裝置監控系統進行模塊化分析并對其故障進行排除。文章總結了燃氣輪機監控系統中常見的幾種典型故障的成因并且給出了故障的排除方法。

聯合動力裝置；模塊化；故障

1 燃氣輪機監控系統

某船采用先進的聯合動力裝置(CODOG)作為推進系統。CODOG從上至下分別由模擬量控制系統(MCS)、遙控系統(RCS)、控制系統(ECS)組成，其中最核心的是ECS，其結構見圖1所示。

本文以ECS-GT25為例分析監控系統中常見的故障成因并分析故障排除方法，以實現設備的科學管理，從而提高設備的可靠性和維修性[1]。

圖1 ECS結構示意圖

ECS-GT25由3部分組成：發動機電子控制系統(EEC)、監測與控制系統(MCSG)以及振動監測系統(VMS)[2]，它們組成一個整體，檢測和控制燃氣輪機的工作運行。ECS-GT25裝在一個箱體內，它分成了上部的電子箱和下部的電源箱，電子箱和電源箱之間的連線通過濾孔連接。每個系統完成燃氣輪機閉環控制、監視和開環控制的相應功能。ECS-GT25有自動方式、手動方式、輔助方式、機旁方式4種運行方式。操作員在控制站選擇其中一種方式就能借助遙控系統和監控系統上的控制元件運行ECS-GT25。

EEC的5大功能：功率控制、監視、開環控制、試驗、超越。

試驗功能的扭矩計算器試驗可以在自動和輔助方式下進行。在完成測試功能之后，“COMPUTER TEST PASSED”信息出現。如果發現扭矩計算器里“COMPUTER TEST FAILURE”錯誤信息出現，此時燃氣輪機不能啟動。燃油切斷閥試驗可以在自動、手動和輔助方式下進行。所選燃油切斷閥關閉，并且燃氣輪機停機說明試驗正常；如果燃油切斷閥不能關閉，也就是燃氣輪機不能停機，說明燃油切斷閥控制系統可能損壞，故障的原因必須查出。燃油系統試驗功能是在啟動燃氣輪機之前進行燃油系統功能試驗[3-4]。燃油系統功能試驗在輔助方式下進行，在燃油系統試驗工作中，燃油泵、主燃油控制器、燃油切斷閥元件和燃油供油溫度、燃油供油壓力、燃油流量和主燃油壓力等各項參數都被測試。點火試驗這個功能是檢查點火裝置是否能點火。這個試驗必須在輔助方式下進行，點火裝置試驗只要測試“點火接通”信號能否由ECS-GT25接收到。在點火試驗中，燃油切斷閥不能工作。

超越功能是人為地防止燃氣輪機停機，包括戰斗超越、停機超越等。主要故障表現為：①點火失敗/火焰熄滅(在供油和點火40 s后動力渦輪進口燃氣溫度達不到200 ℃)；②滑油供油壓力低(在啟動后45 s內達不到0.042 MPa)；③動力渦輪進口燃氣溫度高(溫度達890 ℃)。如果上述故障之一在停機狀態出現，不執行停車，但進行聲光報警。超越范圍還包括PLA命令信號丟失(PLA命令信號故障)、PLA系統失靈(PLA系統故障)、轉矩或速度限制條件(超扭，超速)。如果上述情況之一出現，在超越范圍內，不執行自動拉回慢車，并且對燃氣輪機超速、超扭不加以限制。

2 監控系統中常見故障成因分析和故障排除方法

監控系統中發生的故障多種多樣，常見故障也有幾百種，表1所示為其中的幾種有代表性的故障。發生故障后為了準確定位、快速查找，應該根據故障現象由表及里、由外到內、由簡單到復雜逐一解決問題，否則會引起其他故障的發生[4-5]。以下舉例說明幾個監控系統的故障現象、故障成因分析及故障排除方法等，以供使用、管理人員參考。

表1 控制系統MCS的MWK型監測報警組件故障代碼

2.1 監控系統故障1

CODOG啟動備便,但右燃氣輪機不能啟動。準備用右燃氣輪機工作，遙控方式為“GT MODE”，這時等離子顯示屏報警為“右ECS-GT25沒有備便”“系統功能限制”，集控室燃氣輪機的2塊UG-I30面板無法正常顯示，只有“LAMP”燈能亮。

故障成因分析：以前曾經出現過同樣的情況，當時將遙控系統的燈驅動器板LV1-01更換后，2塊UG-I30面板恢復正常顯示，但這次根本與此無關。分析原因是右遙控系統的MPU10-01板和右ECS-GT25的SSK12-01板狀態指示燈不正常。將ECS-GT25復位，2塊UG-I30顯示正常，但無論將ECS-GT25電子柜和遙控系統、中央站怎樣復位，都不能將“ECS-GT25不能備便”故障消失，但系統連鎖能正常完成，啟動備便。經過檢查，發現右ECS-GT25的一根電纜接地，所以SSK12-01板顯示不正常，導致信號無法正常傳到集控室，致使UG-I30不能正常顯示。啟動備便后，忽略“ECS-GT25不能備便”故障，強行啟動右燃氣輪機，到達慢車轉速后，立即按下“動力渦輪轉速信號丟失超越”按鈕，燃氣輪機能正常使用，沒有任何影響。啟動完成后，“ECS-GT25不能備便”報警消失，但燃氣輪機一停機，這個故障又出現，于是可以初步確認，在停泊狀態下將遙控方式選為“GT MODE”，而大軸沒有脫開，遙控系統就認為非法，發出“ECS-GT25不能備便”報警。

故障排除方法：在停泊狀態下如果將遙控方式選為“GT MODE”而大軸沒有脫開，遙控系統發出“ECS-GT25不能備便”報警。這時應該立刻脫開大軸，檢查ECS-GT25的電纜接地情況，“ECS-GT25不能備便”故障消失后，正常啟動燃氣輪機。

2.2 監控系統故障2

燃氣輪機UG-I30組件故障。啟動燃氣輪機時發現UG-I30組件的A22許多功能不能實現，如燃油增壓泵不能自動啟動、箱裝體擋板無法自動打開、冷卻風扇不能自動啟動及其他的一些燈指示不對，A25的燃氣輪機啟動必需的內部聯鎖沒完成，燃氣輪機不能自動啟動，控制方式轉為手動方式、機旁方式也不能啟動。查找有關資料[3]，只要ECS-GT25正常工作，在遙控或監控系統故障時可以用機旁方式啟動燃氣輪機，證明ECS-GT25是正常的，UG-I30組件對燃氣輪機啟動起著決定性的作用。

故障成因分析：MCS-4系統中的燃氣輪機監控有2個智能監測報警UG-I30組件，它們的結構完全一樣，都包括3塊印刷電路板，分別為微處理器板MPU9-01、燈驅動板MWK1-01和外設接口板MWP1-01。在實際使用中發現其中的A22對燃氣輪機啟動的影響非常大，當A22故障，燃氣輪機無論采用自動、手動還是機旁方式都不能啟動。采用成因排除法，依據以下幾點。①在系統處于通電的狀態下，單獨斷開UG-I30組件中的A22，然后通電，ECS-GT25死機，而單獨斷開A25，ECS-GT25正常。②斷開A22，不通電，用機旁方式完成燃氣輪機內部聯鎖，再把控制權轉到集控室，系統復位，這時A25指示“啟動備便”，表明燃氣輪機可以啟動。啟動燃油增壓泵，這時進行燃氣輪機的啟動，無論采用自動、手動還是機旁方式，只要“啟動機接通”“剎軸器脫開”“系統復位”燈亮，說明啟動程序不執行，啟動失敗。③在②的狀態進行燃氣輪機的盤車、噴油、點火等試驗，均正常，證明系統可以正常工作。

故障排除方法：智能監測報警UG-I30組件A22更換、檢查A25組件指示“啟動備便”。

2.3 監控系統故障3

CODOG啟動備便,但右燃氣輪機MWK組件報警。準備用右燃氣輪機工作，遙控方式“GT MODE”，這時MWK組件顯示屏報警為“160”“162”(見表1)，集控室燃氣輪機的2塊MWK面板顯示故障燈亮。

故障成因分析：在燃氣輪機的監測回路中，MCS監視下列值：動力渦輪和燃氣發生器的轉速、運行壓力和溫度、啟動機和燃氣發生器的點火。EEC通過傳感器信號獲取這些值，并且將它們調制后作進一步的處理。輸入/輸出處理器獲取來自限制開關和監視器的二進制信號、溫度壓力和位移傳感器的模擬信號、轉速傳感器的頻率。EEC含有一個轉矩計算器，它按照實際認可的值計算轉矩(轉速、動力渦輪進口燃氣壓力)。這個轉矩被監視，并且作為一個控制參數流入控制過程。MWK監測組件的功用有如下幾點。①自動測量和控制、顯示運行參數P、T、位移、液位、靜態性能等；②顯示運行參數的差值、極限值；③聲光報警及應答。燃氣輪機MWK組件報警，表示燃氣輪機的預警參數超出了門限值。MWK組件顯示屏報警為“160”“162”(見表1)，可查得故障代碼報警為“160”“162”表示燃氣輪機動力渦輪的排出口熱電偶的接點溫度錯誤和補償錯誤。

故障排除方法：在停機狀態下檢查燃氣輪機動力渦輪的排出口熱電偶的接地電纜，如果接地情況良好，應該更換熱電偶，故障消失后，正常啟動燃氣輪機。

3 結束語

CODOG的控制系統結構非常復雜，故障的原因也是多種多樣[6]，這就要求維修和管理人員非常熟悉設備和管制系統，具備較豐富的電子控制系統知識，采取必要的科學手段。本文分析了幾個典型故障，從故障現象、成因和故障排除方法3個方面進行了較為詳細的闡述，以達到舉一反三的目的，實行裝備的科學管理以提高其使用的可靠性和維修性。

[1] 顧卓明.輪機維護與修理[M].北京：人民交通出版社，2008.

[2] 張潔.LM2500燃氣輪機動力渦輪超速停機故障分析[J].中國修船,2015.28(1):14-15.

[3] 閆東,梁前超,邵夢麟，等.某型燃氣輪機啟動失敗的模糊故障樹分析[J].中國修船.2015.28(1):40-42.

[4] 陳冠國.機械設備維修[M].北京：機械工業出版社，2005.

[5]劉永葆,賀星.現代燃氣輪機新技術導論[M].北京：國防工業出版社,2014.

[6]焦樹建.燃氣輪機與燃氣—蒸汽聯合循環裝置[M].北京：中國電力出版社，2007.

Taking the combined diesel and gas turbine power plant as object,it is analyzed with the modulariztion and comparison,especially for the failure process.Reasons for the failures and the methods to eliminate them are obtained.

combined diesel or gas turbine power plant;modularization;failure

許旭洲(1964-)，男，廣東潮陽人，工程師，大學本科，主要從事船舶修理保障工作。

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2016.05.011

2016-06-02