雙羅主機齒輪箱高振動故障分析

林建偉 許木森 張 猛

（中海油能源發展采油服務公司渤中FPSO作業公司 天津 300457）

雙羅主機齒輪箱高振動故障分析

林建偉 許木森 張 猛

（中海油能源發展采油服務公司渤中FPSO作業公司 天津 300457）

燃氣輪機需要重點維護保養一旦發生故障應著重分析，找出根本原因，及時排除故障恢復生產，積極避免類似故障再次發生，保證油田生產安全平穩。本文通過明珠號雙羅主機齒輪箱高振動故障分析、排查到解決整個過程，對燃氣輪機齒輪箱故障的解決提供一種新的思路，結合筆者實際工作中對燃氣輪機的維護保養及管理經驗對燃氣輪機管理提出一些建議，以加強設備運轉的穩定性，減少故障率。

雙羅透平；齒輪箱；高振動；故障分析

1 前言

2010年4月明珠號在BZ25-1油田臨時復產，肩負著5個平臺的供電，明珠號的四臺主機都處于高負荷的運轉狀態，主機運轉的狀況對于整個油田的生產影響不言而喻，所以作為重要設備，明珠號在透平故障的分析和處理上極為重視，以總結經驗，從而加強管理維護降低透平的故障率。本文就明珠號雙羅透平A機齒輪箱高振動故障的解決過程，提出主機故障解決一些思路并總結出日常管理和維護的意見和建議。

2 雙羅透平A機齒輪箱信息

2.1 齒輪箱/聯軸器參數

廠家： Lufkin Industries Inc

型號： N2407C ARMA-13SF

輸入速度： 14200 RMP

輸出速度： 1500 RMP

減速比： 9.467

輸入軸聯軸器： Allison 501－KB5聯軸器

輸出軸聯軸器： 直線W/鍵銷

滑油標準： MTL-L-2369985

2.2 齒輪箱詳細介紹

為了使發電機獲得1500r/min的轉速，在透平與發電機之間配置了一只平行軸式單級減速的減速齒輪箱。該齒輪箱由美國lufkin industries公司按照美國齒輪箱制造協會（AGMA）的標準生產，型號為N型，采用雙螺旋線齒輪。據悉該公司利用高速數字式計算機進行設計，評估其最大的實際轉矩能力，分析齒形幾何形狀，齒的嚙合部位的強度和最大使用壽命。這種型號的齒輪多用于輸入小齒輪的轉速高于3600r/min，且齒的嚙合處線速高于1524m/min的使用場合。

這種減速齒輪箱其殼體用兩部分的塊體組合而成，結合面經過精密機械加工。殼體材料采用高強度的球墨鑄鐵鑄造，機械加工之前力求將殘余應力消除掉，以確保尺寸的精確和穩定。殼體內表面噴丸處理，徹底清潔之后涂以油漆。整個齒輪箱按重載型設計，以求獲得大的剛性。軸孔采用鏜制加工，齒輪用熱套方式與軸連接，齒形滾制或磨削加工。最后，配對齒之間采用互研磨，以求達到最佳的齒形、齒距偏差，轉動零部件進行動平衡檢驗。齒輪由高強度合金鋼制成。輸入和輸出軸上均設置有兩個滑動式軸承，軸承采用離心澆注，內襯材料為巴氏合金。剖分式的結構，推力軸承帶有卷邊。軸承上安裝有溫度監測器。齒輪箱采用壓力潤滑和冷卻，箱體上布置有專用的滑油管和噴嘴。

3 齒輪箱高振動故障現象

雙羅A機從2012年1月12日開始出現減速齒輪箱高速軸處振動值上升，振動值在后期幾天機組運行內一直在3.0g’s至7.0 g's之間波動，并出現過一次達到關斷值7（報警值4g's，關斷值7g's）機組關斷情況。

故障檢查幾次振動測試情況記錄：

1）2012年 1月 12日05：15時，發現 XE3865振動最高值到3.2g’s，波動范圍較大，在2.1至2.8g's之間波動；

2）2012年1月18日，記錄：XE3865振動值2.8g's左右變動，巡檢注意齒輪箱振動XE3865值的變化；

3）2012年1月20日，17：30發現雙羅A齒輪箱振動XE3865振動達到4.1g's報警，啟動備用機并電，啟動透平端滑油泵。振動值仍為3.5至3.7g's之間波動；

4）2012年1月21日，13：50發現雙羅A齒輪箱振動XE3865振動值達到了4.5g's；

5）2012年1月24日05：30發現雙羅A齒輪箱振動XE3865達到6.0g's，接近關斷值7g's。現場測量齒輪箱軸承高速端振動值0.6至0.8mm/s左右。之后手動氣啟雙羅B并電，解列雙羅A；

6)2012年1月26日。10：00柴油啟雙羅A，切氣，中午12：00左右時XE3865振動值最高達6.8g's，之后從6.7到5.8穩定下降；振動筆現場測量齒輪箱軸承處振動為0.9mm/s左右，齒輪箱外殼振動值為3.6至4.7mm/s之間波動，相比于雙羅B機齒輪箱外殼的振動值1.6至1.7mm/s的值要大一些；13：45時XE3865振動值7g's高報停機

4 故障分析

4.1 儀表方面

首先對齒輪箱高速側加速度探頭（XE3865）檢測回路檢查：

1）檢查現場前置器，測量供電電壓-24VDC正常，在機組停運時檢測基準信號電壓-8.05V正常。

2）檢查MCC BENTIY 3300振動檢測顯示報警系統，報警及關斷設定點正常。檢查并測量R&R A PLC系統中XE3865讀數與BENTIY 3300振動檢測卡件的顯示值一致，未見無異常。

3）更換現場加速度檢測傳感器，測量檢查延長纜絕緣，未見異常，系統連接恢復后，現場敲擊、振動測試，系統檢測靈敏，未見異常。起機測試和未換加速度檢測傳感器時現象一致。

4）由于在機組停運后，BENTIY 3300振動檢測系統指示顯示值為0，無報警發出時，在PLC系統出現振動綜合關斷和報警信號，更換BENTIY 3300系統輸入/繼電器輸出端子接線卡，故障消除。

5）更換XE3865在BENTIY 3300振動檢測顯示報警系統中對應3300/25顯示卡，由于備件與原卡型號略有差別，電路板上的短接跳線端子存在一定的差異，按照老卡調整后，插入系統測試，加速度檢測值顯示比原卡更高，恢復原卡設置跳線后，將原卡插回BENTIY 3300系統，R&R A起機測試XE3865顯示值依舊。

結論：經儀表專業多方檢查，更換測試，R&R A變速齒輪箱高速側加速度指示高的問題基本可排除是由于儀表檢測系統故障或誤差造成的

4.2 專業振動數據采集

2012年2月5日，邀請專業人員對明珠號透平發電機F-GT-781A齒輪箱采集了振動數據，初步分析如下：

1）測試點位：

2）測量參數：

ENV—加速度包絡值 ACC—加速度值 VEL—速度值

3）測量數值：

4）頻譜分析：

圖1 高速軸輸入端

從高速輸入端頻譜中可以看出，加速度包絡值為20.92gE，加速度為5.502g，頻譜圖中的主要峰值為齒輪的嚙合頻率與邊頻，時域頻譜中有明顯沖擊，說明齒輪嚙合不良，同時潤滑不良。

圖2 高速軸輸出端

圖3 低速軸輸入端

圖4 低速軸輸出端

從頻譜頻分析中發現，高速軸輸入端譜圖中的主要峰值為齒輪的嚙合頻率與邊頻，時域頻譜中有明顯沖擊，說明齒輪嚙合不良，同時潤滑不良;高速軸輸出端與輸入端一樣，頻譜圖中的主要峰值為齒輪的嚙合頻率與邊頻，齒輪嚙合不良；低速軸輸入端雖然頻譜中也存在齒輪嚙合頻率峰值，但值不高，基本不影響使用;低速軸輸出端與輸入端一樣，值不高。初步分析結果：齒輪箱齒輪存在異常磨損出現齒輪嚙合不良現象，并有潤滑不良跡象，是引起振動較高的主要原因。同時對齒輪箱潤滑油進行取樣，帶回陸地進行詳細的顆粒分析。

4.3 機械現場檢查

2012年2月9日機械部門拆開齒輪箱上部觀察孔蓋，檢查齒輪箱內部齒輪狀況：

（1）手動啟動滑油泵，檢查滑油潤滑情況，經檢查確認滑油管線及滑油噴嘴無堵塞，噴油壓力及扇面狀態正常。

圖6 齒輪箱噴油

圖7 齒輪表面

（2）用管鉗手動盤車并目視檢查齒輪，經目視檢查發現高速齒輪及低速齒輪無嚴重磨損和腐蝕情況，但是低速齒輪（大齒輪）有較淺的劃痕，并進行拍照存檔。

（3）2012年2月11日對通過對滑油油樣的化驗發現含水較高，達到10000PPM，經過討論研究，決定泄放滑油箱全部滑油，然后更換新的滑油。在泄放口基本無液時，打開滑油箱人孔蓋，發現底部有沉淀物，從下圖中可以看出沉淀物很多，機組的滑油已經處于一個較差工作狀態中。

圖8 油箱底部沉淀物

圖9 油箱底部金屬粉末

在清理的過程中細致的發現剩余的滑油中含有部分金屬顆粒，最后根據動態數據檢測的結論懷疑齒輪箱內部軸承已經磨損。

通過檢查初步分析故障原因：

1）啟動馬達軸承損壞。

2）齒輪箱低速端軸瓦間隙過大。

3）齒輪箱高速端軸瓦間隙過大。

4）滑油變質，無法達到潤滑效果。

5）齒輪損壞。

5 主機管理建議

透平機組作為油田的重點設備，直接影響著整個油田的正常生產。怎樣提高透平機組的穩定性，避免此類故障再次發生？明珠號在透平管理中采用預知性監控和維修，極大的降低了透平的故障率。

明珠號從如下幾個方面對主機開展預知性監控和維修：

（1）日常巡檢

日常巡檢是透平管理的最基礎、也是最重要的一環，能為預知性維修提供重要參考資料，同時為預知性維修提供可靠依據。

對巡檢數據做好記錄、存檔，針對重要參數進行每日趨勢分析、判斷，堅持細心地做好機組性能的把握工作。

（2）備件庫存計劃性掌控

主機備件庫存關系到主機安全與穩定運行，掌控備件安全庫存，根據機組狀況做好備件需求分析，有備無患。

如在R&R透平備件盤庫中，發現齒輪箱備件不足，在與廠家溝通中了解到只能從國外專門訂購，時間周期相當長，使得雙羅B只得故障停機3個多月，等待維修。

（3）油品定期取樣化驗

明珠號透平嚴格按照制定的取樣時間每月取樣化驗，通過化驗得出滑油的運動粘度、傾點、比重、開口閃點、銅片腐蝕、總酸值等參數的變化，分析判斷滑油的狀態，從而制定下一步預知性維修計劃，如是否更換滑油，是否更換濾器等。

（4）建立透平維護保養數據檔案

更換透平主機各類濾器和按時洗車是主機日常維護保養的主要內容，準確的把握主機濾器的更換時間及按時洗車可以有效的提高機組的性能工況。因此明珠號特意建立起透平的維護保養數據檔案，確保了日常維護保養的準確及時。