双罗主机齿轮箱高振动故障分析

林建伟 许木森 张 猛

（中海油能源发展采油服务公司渤中FPSO作业公司 天津 300457）

双罗主机齿轮箱高振动故障分析

林建伟 许木森 张 猛

（中海油能源发展采油服务公司渤中FPSO作业公司 天津 300457）

燃气轮机需要重点维护保养一旦发生故障应着重分析，找出根本原因，及时排除故障恢复生产，积极避免类似故障再次发生，保证油田生产安全平稳。本文通过明珠号双罗主机齿轮箱高振动故障分析、排查到解决整个过程，对燃气轮机齿轮箱故障的解决提供一种新的思路，结合笔者实际工作中对燃气轮机的维护保养及管理经验对燃气轮机管理提出一些建议，以加强设备运转的稳定性，减少故障率。

双罗透平；齿轮箱；高振动；故障分析

1 前言

2010年4月明珠号在BZ25-1油田临时复产，肩负着5个平台的供电，明珠号的四台主机都处于高负荷的运转状态，主机运转的状况对于整个油田的生产影响不言而喻，所以作为重要设备，明珠号在透平故障的分析和处理上极为重视，以总结经验，从而加强管理维护降低透平的故障率。本文就明珠号双罗透平A机齿轮箱高振动故障的解决过程，提出主机故障解决一些思路并总结出日常管理和维护的意见和建议。

2 双罗透平A机齿轮箱信息

2.1 齿轮箱/联轴器参数

厂家： Lufkin Industries Inc

型号： N2407C ARMA-13SF

输入速度： 14200 RMP

输出速度： 1500 RMP

减速比： 9.467

输入轴联轴器： Allison 501－KB5联轴器

输出轴联轴器： 直线W/键销

滑油标准： MTL-L-2369985

2.2 齿轮箱详细介绍

为了使发电机获得1500r/min的转速，在透平与发电机之间配置了一只平行轴式单级减速的减速齿轮箱。该齿轮箱由美国lufkin industries公司按照美国齿轮箱制造协会（AGMA）的标准生产，型号为N型，采用双螺旋线齿轮。据悉该公司利用高速数字式计算机进行设计，评估其最大的实际转矩能力，分析齿形几何形状，齿的啮合部位的强度和最大使用寿命。这种型号的齿轮多用于输入小齿轮的转速高于3600r/min，且齿的啮合处线速高于1524m/min的使用场合。

这种减速齿轮箱其壳体用两部分的块体组合而成，结合面经过精密机械加工。壳体材料采用高强度的球墨铸铁铸造，机械加工之前力求将残余应力消除掉，以确保尺寸的精确和稳定。壳体内表面喷丸处理，彻底清洁之后涂以油漆。整个齿轮箱按重载型设计，以求获得大的刚性。轴孔采用镗制加工，齿轮用热套方式与轴连接，齿形滚制或磨削加工。最后，配对齿之间采用互研磨，以求达到最佳的齿形、齿距偏差，转动零部件进行动平衡检验。齿轮由高强度合金钢制成。输入和输出轴上均设置有两个滑动式轴承，轴承采用离心浇注，内衬材料为巴氏合金。剖分式的结构，推力轴承带有卷边。轴承上安装有温度监测器。齿轮箱采用压力润滑和冷却，箱体上布置有专用的滑油管和喷嘴。

3 齿轮箱高振动故障现象

双罗A机从2012年1月12日开始出现减速齿轮箱高速轴处振动值上升，振动值在后期几天机组运行内一直在3.0g’s至7.0 g's之间波动，并出现过一次达到关断值7（报警值4g's，关断值7g's）机组关断情况。

故障检查几次振动测试情况记录：

1）2012年 1月 12日05：15时，发现 XE3865振动最高值到3.2g’s，波动范围较大，在2.1至2.8g's之间波动；

2）2012年1月18日，记录：XE3865振动值2.8g's左右变动，巡检注意齿轮箱振动XE3865值的变化；

3）2012年1月20日，17：30发现双罗A齿轮箱振动XE3865振动达到4.1g's报警，启动备用机并电，启动透平端滑油泵。振动值仍为3.5至3.7g's之间波动；

4）2012年1月21日，13：50发现双罗A齿轮箱振动XE3865振动值达到了4.5g's；

5）2012年1月24日05：30发现双罗A齿轮箱振动XE3865达到6.0g's，接近关断值7g's。现场测量齿轮箱轴承高速端振动值0.6至0.8mm/s左右。之后手动气启双罗B并电，解列双罗A；

6)2012年1月26日。10：00柴油启双罗A，切气，中午12：00左右时XE3865振动值最高达6.8g's，之后从6.7到5.8稳定下降；振动笔现场测量齿轮箱轴承处振动为0.9mm/s左右，齿轮箱外壳振动值为3.6至4.7mm/s之间波动，相比于双罗B机齿轮箱外壳的振动值1.6至1.7mm/s的值要大一些；13：45时XE3865振动值7g's高报停机

4 故障分析

4.1 仪表方面

首先对齿轮箱高速侧加速度探头（XE3865）检测回路检查：

1）检查现场前置器，测量供电电压-24VDC正常，在机组停运时检测基准信号电压-8.05V正常。

2）检查MCC BENTIY 3300振动检测显示报警系统，报警及关断设定点正常。检查并测量R&R A PLC系统中XE3865读数与BENTIY 3300振动检测卡件的显示值一致，未见无异常。

3）更换现场加速度检测传感器，测量检查延长缆绝缘，未见异常，系统连接恢复后，现场敲击、振动测试，系统检测灵敏，未见异常。起机测试和未换加速度检测传感器时现象一致。

4）由于在机组停运后，BENTIY 3300振动检测系统指示显示值为0，无报警发出时，在PLC系统出现振动综合关断和报警信号，更换BENTIY 3300系统输入/继电器输出端子接线卡，故障消除。

5）更换XE3865在BENTIY 3300振动检测显示报警系统中对应3300/25显示卡，由于备件与原卡型号略有差别，电路板上的短接跳线端子存在一定的差异，按照老卡调整后，插入系统测试，加速度检测值显示比原卡更高，恢复原卡设置跳线后，将原卡插回BENTIY 3300系统，R&R A起机测试XE3865显示值依旧。

结论：经仪表专业多方检查，更换测试，R&R A变速齿轮箱高速侧加速度指示高的问题基本可排除是由于仪表检测系统故障或误差造成的

4.2 专业振动数据采集

2012年2月5日，邀请专业人员对明珠号透平发电机F-GT-781A齿轮箱采集了振动数据，初步分析如下：

1）测试点位：

2）测量参数：

ENV—加速度包络值 ACC—加速度值 VEL—速度值

3）测量数值：

4）频谱分析：

图1 高速轴输入端

从高速输入端频谱中可以看出，加速度包络值为20.92gE，加速度为5.502g，频谱图中的主要峰值为齿轮的啮合频率与边频，时域频谱中有明显冲击，说明齿轮啮合不良，同时润滑不良。

图2 高速轴输出端

图3 低速轴输入端

图4 低速轴输出端

从频谱频分析中发现，高速轴输入端谱图中的主要峰值为齿轮的啮合频率与边频，时域频谱中有明显冲击，说明齿轮啮合不良，同时润滑不良;高速轴输出端与输入端一样，频谱图中的主要峰值为齿轮的啮合频率与边频，齿轮啮合不良；低速轴输入端虽然频谱中也存在齿轮啮合频率峰值，但值不高，基本不影响使用;低速轴输出端与输入端一样，值不高。初步分析结果：齿轮箱齿轮存在异常磨损出现齿轮啮合不良现象，并有润滑不良迹象，是引起振动较高的主要原因。同时对齿轮箱润滑油进行取样，带回陆地进行详细的颗粒分析。

4.3 机械现场检查

2012年2月9日机械部门拆开齿轮箱上部观察孔盖，检查齿轮箱内部齿轮状况：

（1）手动启动滑油泵，检查滑油润滑情况，经检查确认滑油管线及滑油喷嘴无堵塞，喷油压力及扇面状态正常。

图6 齿轮箱喷油

图7 齿轮表面

（2）用管钳手动盘车并目视检查齿轮，经目视检查发现高速齿轮及低速齿轮无严重磨损和腐蚀情况，但是低速齿轮（大齿轮）有较浅的划痕，并进行拍照存档。

（3）2012年2月11日对通过对滑油油样的化验发现含水较高，达到10000PPM，经过讨论研究，决定泄放滑油箱全部滑油，然后更换新的滑油。在泄放口基本无液时，打开滑油箱人孔盖，发现底部有沉淀物，从下图中可以看出沉淀物很多，机组的滑油已经处于一个较差工作状态中。

图8 油箱底部沉淀物

图9 油箱底部金属粉末

在清理的过程中细致的发现剩余的滑油中含有部分金属颗粒，最后根据动态数据检测的结论怀疑齿轮箱内部轴承已经磨损。

通过检查初步分析故障原因：

1）启动马达轴承损坏。

2）齿轮箱低速端轴瓦间隙过大。

3）齿轮箱高速端轴瓦间隙过大。

4）滑油变质，无法达到润滑效果。

5）齿轮损坏。

5 主机管理建议

透平机组作为油田的重点设备，直接影响着整个油田的正常生产。怎样提高透平机组的稳定性，避免此类故障再次发生？明珠号在透平管理中采用预知性监控和维修，极大的降低了透平的故障率。

明珠号从如下几个方面对主机开展预知性监控和维修：

（1）日常巡检

日常巡检是透平管理的最基础、也是最重要的一环，能为预知性维修提供重要参考资料，同时为预知性维修提供可靠依据。

对巡检数据做好记录、存档，针对重要参数进行每日趋势分析、判断，坚持细心地做好机组性能的把握工作。

（2）备件库存计划性掌控

主机备件库存关系到主机安全与稳定运行，掌控备件安全库存，根据机组状况做好备件需求分析，有备无患。

如在R&R透平备件盘库中，发现齿轮箱备件不足，在与厂家沟通中了解到只能从国外专门订购，时间周期相当长，使得双罗B只得故障停机3个多月，等待维修。

（3）油品定期取样化验

明珠号透平严格按照制定的取样时间每月取样化验，通过化验得出滑油的运动粘度、倾点、比重、开口闪点、铜片腐蚀、总酸值等参数的变化，分析判断滑油的状态，从而制定下一步预知性维修计划，如是否更换滑油，是否更换滤器等。

（4）建立透平维护保养数据档案

更换透平主机各类滤器和按时洗车是主机日常维护保养的主要内容，准确的把握主机滤器的更换时间及按时洗车可以有效的提高机组的性能工况。因此明珠号特意建立起透平的维护保养数据档案，确保了日常维护保养的准确及时。