燃气轮机高压轴拖动失败的原因探讨

李 飞

（中海石油化学股份有限公司，海南东方 572600）

燃气轮机高压轴拖动失败的原因探讨

李 飞

（中海石油化学股份有限公司，海南东方 572600）

介绍了燃气透平拖动失败的原因分析、原因查找、解决问题的过程。

燃气透平；液力耦合器；高压轴

海南富岛石油有限公司一期合成氨装置采用燃气轮机驱动空气压缩机，它的排气作为辅助锅炉燃烧空气。这是国内首次利用燃气透平的乏气作为废热锅炉燃烧空气，提高燃气透平的综合热效率，改变了过去燃气透平与一段炉直接搭配的旧模式，提高了燃气透平运行的灵活性。

1 燃气轮机简介

燃气轮机装置是整体式结构，即压缩机燃烧室、燃气轮机以及辅助设备都安装在一个整体底座上。底座是结构钢制成，兼做油箱使用，启动电机、辅助齿轮箱、压气机、高压透平、低压透平、排气蜗壳从左到右依次连接，燃烧室布置在压气机与高压透平中间部件的侧方。

燃气轮机自身不能启动，需要由起动机来启动。起动机应有足够的功率，良好的扭矩特性，其功率约为主机额定功率的2%－5%，类型一般为电机或蒸汽轮机。一期合成氨装置的PGT10燃气透平是用感应电动机作为起动机，型号为ABB生产的dQU355gc2型，其功率为200 k W，约为PGT10额定功率的2%。启动电机通过液力耦合器、驱动辅助齿轮箱中的驱动齿轮，带动高压轴转子达到高压轴额定转速的21－22%。高压轴转子与辅助齿轮箱为挠性联轴节连接。

2011年10月，一期装置因洪水引起的天然气中断而进行为期10天的停车检修。燃气透平在开车前的离线清洗作业中，出现了多次启动电机无法拖动高压轴转子的现象。

2 事故原因分析

2.1 机械方面原因

机械方面原因主要是启动及传动系统出现故障，如液力耦合器油路故障、耦合器油泵轮齿啮合出现、齿轮油泵输出压力和流量不够、液力耦合器底部滑阀滑杆及其内部部件出现故障、辅助齿轮箱故障无法带动主轴、挠性联轴节故障。

2.2 仪表方面原因

仪表方面出现的问题主要是电磁阀20TU或是位置开关33CT－1发生故障，从而影响启动油路。

2.3 工艺方面原因

工艺方面的原因主要是高压轴在停车期间由于没有盘车装置，加之辅助润滑油泵因检修需要停机过，轴与轴瓦之间油膜减少，贴合太紧。另外，停车期间空气湿度大，轴瓦可能生锈；压气机动静部件之间也可能生锈，造成拖动高压轴所需要的初始扭力变大。下图是02MT01启动系统的结构图：

图1 1.输入轴；2.输出轴；3.耦合器齿轮泵；4.泵压力控制阀；5.滑阀；6.位置开关；7.电磁阀

3 原因查找及故障排除

液力耦合器是连接启动电机和齿轮箱的装置。启动机和辅助齿轮箱中间并无机械连接，启动机通过液力耦合器中的润滑油把能量传递给辅助齿轮箱，然后带动高压轴转子。电机启动后，当HP转速小于其额定转速的20%时，电磁阀20TU带电，滑阀移动打开进油口，润滑油进入液力耦合器，然后驱动辅助齿轮箱，当HP转速高于22%时，电磁阀20TU失电，滑阀关闭进油口，液力耦合器润进油中断，启动电机与辅助齿轮箱脱开。33CT－1是显示滑阀位置的开关。

针对透平启动不成功的种种可能原因，机械、工艺、仪表人员对其进行逐个排查。

1）机械人员对启动系统油路进行了检查，首先检查了齿轮泵对其进行排气并在泵出口安装压力表以确定泵出口压力正常。其次，检查了启动系统吸油口和止逆阀，确认吸油口畅通和止逆阀工作正常。最后机械人员打开了滑阀，检查了滑阀内部是否有堵塞物，确定滑阀移动顺畅。排除启动系统故障原因之后三次启动电机均无法拖动高压轴转子。

2）仪表人员检查了20TU和33CT－1的情况，确保2个仪表装置能正常工作。在燃气透平启动命令下达后，操作画面上20TU、33CT－1状态灯都发生改变，现场检查发现润滑油油已进入液力耦合器，33CT－1位置开关有明显的动作声音，确定了滑阀的位置正确，从而排除了仪表方面的因素。检查完成后启动电机2次均无法拖动高压轴转子。

3）辅助齿轮箱在2009年大修进行过检修，液力耦合器虽然不易发生故障，但它已长期没有进行检修。经过前面的排查，机械人员怀疑辅助齿轮箱或是液力耦合器内部出现了问题。考虑到液力耦合器结构复杂、拆装不易，且并无相关备件，机械人员决定先对辅助齿轮箱进行检修。机械人员拆开齿轮箱后罩，用临时制作的辅助齿轮箱盘车器对齿轮箱进行盘车，发现无法盘动转子，后拆开挠性联轴节脱开高压轴对齿轮箱盘车成功。且拆除联轴节后，启动电机，齿轮箱齿轮飞动，说明辅助齿轮箱内部润滑啮合情况良好，液力耦合器也工作正常。

由此可见问题可能出现在液力耦合器和高压轴转子部分。液力耦合器输出功率不够、高压轴转子抱死和高压轴需求扭矩增大都会使高压轴无法拖动。

4）从工艺角度分析：高压轴转子并无盘车装置，长时间的停车和因检修需短时间停润滑油可能使轴承和轴瓦贴合过紧，从而使高压轴拖动需求扭矩增大。另外，在停车期间，由于台风天气，环境湿度大，高压轴转子和定子部分可能发生生锈，从而使拖动高压轴所需的扭矩增大。这两种现象的发生都会使高压轴无法被拖动。

5）在机修人员检查辅助齿轮箱时，工艺人员从压气机入口玻璃视镜处进入检查压气机生锈情况，并加入70－80℃的清洗剂和除锈剂，以清除部分锈垢。同时，用蒸汽加热高压轴壳体轴承位置，防止轴与轴瓦出现由于冷态而抱死的情况，也使压气机转子与定子发生热胀冷缩，以松动可能因生锈而贴合的部位。机修人员也紧急加工了高压轴盘车器，并在工艺人员工艺处理后对高压轴进行手动盘车，结果盘车灵活。这说明高压轴抱死情况并不存在。

检修至此，高压轴无法拖动原因只有两个：①液力耦合器输出能力有所下降，无法拖动高压轴。如果液力耦合器输出功率没有办法调整，只能拆卸检查液力耦合器，查找液力耦合器内部是否出现问题。②高压轴部件发生锈蚀，转动转子所需要的扭力太大，虽然手动盘车可以盘动转子，但液力耦合器无法拖动。这种情况则需要对燃气透平开盖检查，这种检查需要很长的时间，费时费力。这两种情况都只需增大液力耦合器的输出功率就能解决问题。

6）如何增大液力耦合器的输出功率就成了关键。增加液力耦合器可通过以下两种途径实现。提高启动电机转速和增加液力耦合器内的润滑油流量及压力。由于启动电机为定频高压电机，转速已经不可改变，所以增加液力耦合器内的润滑油流量及压力就成了唯一的暂时可行的办法。把齿轮泵压力调到最大后，启动电机，拖动仍然不成功，因此解决办法的重点就落在滑阀及其油路上。下图2是滑阀的结构图：

图2 滑阀的结构图

经查询资料并结合实物发现：通过调整调整螺母，可调节滑阀阀杆的行程，进而调节滑阀内部上油、回油口的间隙，从而达到增加液力耦合器中润滑油流量和压力的目的。将螺母向后调整0.5 mm后，启动电机拖动成功，燃气透平顺利进行离线清洗。

4 结 论

此次燃气透平拖动失败的原因主要是以下二点：

1）燃气透平压气机内部发生锈蚀，转子重量增加，高压轴拖动所需扭矩增加；

2）液力耦合器长期未经检修，其输出功率有所下降。

针对上面二点原因，检修人员通过调整液力耦合器进油流量和压力，增大液力耦合器输出功率，从而解决了问题。

［1］黄志达，唐山椒.RFT－2000型透平式热分离机原理及应用［J］.大连工学院学报，1985，24（4）：123－124.

［2］刘万琨，魏毓璞，赵萍，等.燃气轮机与燃气－蒸汽联合循环［M］.北京：化学工业出版社，2006.

Reasons for failure of high pressure shaft of gas turbine

Li Fei

（China BlueChemical Ltd.，Dongfang Hainan 572600 China）

This article introduces the process of cause analysis，cause investigation and problem solving of the gas turbine drive failure.

gas turbine；fluid coupling；the HP shaft

TQ205

B

1003-6490（2015）04-0012-02

2015－08－02

李飞（1984－），男，海南东方人，工程师，现在中海石油化学股份有限公司海南基地化肥一部从事大机组工艺技术管理工作。邮箱：lifei9＠cnooc.com.cn