LM2500燃气轮机监控系统典型故障的分析及排除

许旭洲,杨叔华,许 光，徐百汇，梁前超

(1.4802工厂,海南 三亚 572018；2.海军工程大学，湖北 武汉 430033;3.某装备部，浙江 宁波 312022)

LM2500燃气轮机监控系统典型故障的分析及排除

许旭洲1,杨叔华2,许 光3，徐百汇3，梁前超2

(1.4802工厂,海南 三亚 572018；2.海军工程大学，湖北 武汉 430033;3.某装备部，浙江 宁波 312022)

以联合动力装置为研究对象，采用比对分析法对该动力装置监控系统进行模块化分析并对其故障进行排除。文章总结了燃气轮机监控系统中常见的几种典型故障的成因并且给出了故障的排除方法。

联合动力装置；模块化；故障

1 燃气轮机监控系统

某船采用先进的联合动力装置(CODOG)作为推进系统。CODOG从上至下分别由模拟量控制系统(MCS)、遥控系统(RCS)、控制系统(ECS)组成，其中最核心的是ECS，其结构见图1所示。

本文以ECS-GT25为例分析监控系统中常见的故障成因并分析故障排除方法，以实现设备的科学管理，从而提高设备的可靠性和维修性[1]。

图1 ECS结构示意图

ECS-GT25由3部分组成：发动机电子控制系统(EEC)、监测与控制系统(MCSG)以及振动监测系统(VMS)[2]，它们组成一个整体，检测和控制燃气轮机的工作运行。ECS-GT25装在一个箱体内，它分成了上部的电子箱和下部的电源箱，电子箱和电源箱之间的连线通过滤孔连接。每个系统完成燃气轮机闭环控制、监视和开环控制的相应功能。ECS-GT25有自动方式、手动方式、辅助方式、机旁方式4种运行方式。操作员在控制站选择其中一种方式就能借助遥控系统和监控系统上的控制元件运行ECS-GT25。

EEC的5大功能：功率控制、监视、开环控制、试验、超越。

试验功能的扭矩计算器试验可以在自动和辅助方式下进行。在完成测试功能之后，“COMPUTER TEST PASSED”信息出现。如果发现扭矩计算器里“COMPUTER TEST FAILURE”错误信息出现，此时燃气轮机不能启动。燃油切断阀试验可以在自动、手动和辅助方式下进行。所选燃油切断阀关闭，并且燃气轮机停机说明试验正常；如果燃油切断阀不能关闭，也就是燃气轮机不能停机，说明燃油切断阀控制系统可能损坏，故障的原因必须查出。燃油系统试验功能是在启动燃气轮机之前进行燃油系统功能试验[3-4]。燃油系统功能试验在辅助方式下进行，在燃油系统试验工作中，燃油泵、主燃油控制器、燃油切断阀元件和燃油供油温度、燃油供油压力、燃油流量和主燃油压力等各项参数都被测试。点火试验这个功能是检查点火装置是否能点火。这个试验必须在辅助方式下进行，点火装置试验只要测试“点火接通”信号能否由ECS-GT25接收到。在点火试验中，燃油切断阀不能工作。

超越功能是人为地防止燃气轮机停机，包括战斗超越、停机超越等。主要故障表现为：①点火失败/火焰熄灭(在供油和点火40 s后动力涡轮进口燃气温度达不到200 ℃)；②滑油供油压力低(在启动后45 s内达不到0.042 MPa)；③动力涡轮进口燃气温度高(温度达890 ℃)。如果上述故障之一在停机状态出现，不执行停车，但进行声光报警。超越范围还包括PLA命令信号丢失(PLA命令信号故障)、PLA系统失灵(PLA系统故障)、转矩或速度限制条件(超扭，超速)。如果上述情况之一出现，在超越范围内，不执行自动拉回慢车，并且对燃气轮机超速、超扭不加以限制。

2 监控系统中常见故障成因分析和故障排除方法

监控系统中发生的故障多种多样，常见故障也有几百种，表1所示为其中的几种有代表性的故障。发生故障后为了准确定位、快速查找，应该根据故障现象由表及里、由外到内、由简单到复杂逐一解决问题，否则会引起其他故障的发生[4-5]。以下举例说明几个监控系统的故障现象、故障成因分析及故障排除方法等，以供使用、管理人员参考。

表1 控制系统MCS的MWK型监测报警组件故障代码

2.1 监控系统故障1

CODOG启动备便,但右燃气轮机不能启动。准备用右燃气轮机工作，遥控方式为“GT MODE”，这时等离子显示屏报警为“右ECS-GT25没有备便”“系统功能限制”，集控室燃气轮机的2块UG-I30面板无法正常显示，只有“LAMP”灯能亮。

故障成因分析：以前曾经出现过同样的情况，当时将遥控系统的灯驱动器板LV1-01更换后，2块UG-I30面板恢复正常显示，但这次根本与此无关。分析原因是右遥控系统的MPU10-01板和右ECS-GT25的SSK12-01板状态指示灯不正常。将ECS-GT25复位，2块UG-I30显示正常，但无论将ECS-GT25电子柜和遥控系统、中央站怎样复位，都不能将“ECS-GT25不能备便”故障消失，但系统连锁能正常完成，启动备便。经过检查，发现右ECS-GT25的一根电缆接地，所以SSK12-01板显示不正常，导致信号无法正常传到集控室，致使UG-I30不能正常显示。启动备便后，忽略“ECS-GT25不能备便”故障，强行启动右燃气轮机，到达慢车转速后，立即按下“动力涡轮转速信号丢失超越”按钮，燃气轮机能正常使用，没有任何影响。启动完成后，“ECS-GT25不能备便”报警消失，但燃气轮机一停机，这个故障又出现，于是可以初步确认，在停泊状态下将遥控方式选为“GT MODE”，而大轴没有脱开，遥控系统就认为非法，发出“ECS-GT25不能备便”报警。

故障排除方法：在停泊状态下如果将遥控方式选为“GT MODE”而大轴没有脱开，遥控系统发出“ECS-GT25不能备便”报警。这时应该立刻脱开大轴，检查ECS-GT25的电缆接地情况，“ECS-GT25不能备便”故障消失后，正常启动燃气轮机。

2.2 监控系统故障2

燃气轮机UG-I30组件故障。启动燃气轮机时发现UG-I30组件的A22许多功能不能实现，如燃油增压泵不能自动启动、箱装体挡板无法自动打开、冷却风扇不能自动启动及其他的一些灯指示不对，A25的燃气轮机启动必需的内部联锁没完成，燃气轮机不能自动启动，控制方式转为手动方式、机旁方式也不能启动。查找有关资料[3]，只要ECS-GT25正常工作，在遥控或监控系统故障时可以用机旁方式启动燃气轮机，证明ECS-GT25是正常的，UG-I30组件对燃气轮机启动起着决定性的作用。

故障成因分析：MCS-4系统中的燃气轮机监控有2个智能监测报警UG-I30组件，它们的结构完全一样，都包括3块印刷电路板，分别为微处理器板MPU9-01、灯驱动板MWK1-01和外设接口板MWP1-01。在实际使用中发现其中的A22对燃气轮机启动的影响非常大，当A22故障，燃气轮机无论采用自动、手动还是机旁方式都不能启动。采用成因排除法，依据以下几点。①在系统处于通电的状态下，单独断开UG-I30组件中的A22，然后通电，ECS-GT25死机，而单独断开A25，ECS-GT25正常。②断开A22，不通电，用机旁方式完成燃气轮机内部联锁，再把控制权转到集控室，系统复位，这时A25指示“启动备便”，表明燃气轮机可以启动。启动燃油增压泵，这时进行燃气轮机的启动，无论采用自动、手动还是机旁方式，只要“启动机接通”“刹轴器脱开”“系统复位”灯亮，说明启动程序不执行，启动失败。③在②的状态进行燃气轮机的盘车、喷油、点火等试验，均正常，证明系统可以正常工作。

故障排除方法：智能监测报警UG-I30组件A22更换、检查A25组件指示“启动备便”。

2.3 监控系统故障3

CODOG启动备便,但右燃气轮机MWK组件报警。准备用右燃气轮机工作，遥控方式“GT MODE”，这时MWK组件显示屏报警为“160”“162”(见表1)，集控室燃气轮机的2块MWK面板显示故障灯亮。

故障成因分析：在燃气轮机的监测回路中，MCS监视下列值：动力涡轮和燃气发生器的转速、运行压力和温度、启动机和燃气发生器的点火。EEC通过传感器信号获取这些值，并且将它们调制后作进一步的处理。输入/输出处理器获取来自限制开关和监视器的二进制信号、温度压力和位移传感器的模拟信号、转速传感器的频率。EEC含有一个转矩计算器，它按照实际认可的值计算转矩(转速、动力涡轮进口燃气压力)。这个转矩被监视，并且作为一个控制参数流入控制过程。MWK监测组件的功用有如下几点。①自动测量和控制、显示运行参数P、T、位移、液位、静态性能等；②显示运行参数的差值、极限值；③声光报警及应答。燃气轮机MWK组件报警，表示燃气轮机的预警参数超出了门限值。MWK组件显示屏报警为“160”“162”(见表1)，可查得故障代码报警为“160”“162”表示燃气轮机动力涡轮的排出口热电偶的接点温度错误和补偿错误。

故障排除方法：在停机状态下检查燃气轮机动力涡轮的排出口热电偶的接地电缆，如果接地情况良好，应该更换热电偶，故障消失后，正常启动燃气轮机。

3 结束语

CODOG的控制系统结构非常复杂，故障的原因也是多种多样[6]，这就要求维修和管理人员非常熟悉设备和管制系统，具备较丰富的电子控制系统知识，采取必要的科学手段。本文分析了几个典型故障，从故障现象、成因和故障排除方法3个方面进行了较为详细的阐述，以达到举一反三的目的，实行装备的科学管理以提高其使用的可靠性和维修性。

[1] 顾卓明.轮机维护与修理[M].北京：人民交通出版社，2008.

[2] 张洁.LM2500燃气轮机动力涡轮超速停机故障分析[J].中国修船,2015.28(1):14-15.

[3] 闫东,梁前超,邵梦麟，等.某型燃气轮机启动失败的模糊故障树分析[J].中国修船.2015.28(1):40-42.

[4] 陈冠国.机械设备维修[M].北京：机械工业出版社，2005.

[5]刘永葆,贺星.现代燃气轮机新技术导论[M].北京：国防工业出版社,2014.

[6]焦树建.燃气轮机与燃气—蒸汽联合循环装置[M].北京：中国电力出版社，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

许旭洲(1964-)，男，广东潮阳人，工程师，大学本科，主要从事船舶修理保障工作。

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2016.05.011

2016-06-02