鄭遠(yuǎn)春，朱炳文，王小彥

(92571部隊(duì)，海南三亞 572021)

燃?xì)廨啓C(jī)功率密度高、機(jī)動(dòng)性能好、低頻噪聲小，非常適合艦艇分艙小、作戰(zhàn)反應(yīng)快、隱身要求高的特點(diǎn)，我國(guó)從上世紀(jì)70年代開(kāi)始在水面艦艇上應(yīng)用燃?xì)廨啓C(jī)，大大提高了艦艇的快速作戰(zhàn)反應(yīng)能力。但是，作為一個(gè)系統(tǒng)，燃?xì)廨啓C(jī)的維修保障難度大，為了適應(yīng)新的保障要求，以狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷為基礎(chǔ)的視情維修模式正在逐步得到應(yīng)用和推廣，視情維修的優(yōu)勢(shì)是維修規(guī)模小、效率高、經(jīng)濟(jì)性好。因此，除了日常維護(hù)保養(yǎng)之外，采用現(xiàn)代科技手段對(duì)艦用燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷是十分必要的。

1 艦用燃?xì)廨啓C(jī)常用監(jiān)測(cè)手段

燃?xì)廨啓C(jī)以空氣為介質(zhì)，靠高溫燃?xì)馔苿?dòng)渦輪機(jī)械連續(xù)做功。它主要由壓氣機(jī)、燃燒室和渦輪3大部件組成，配以進(jìn)氣、排氣、控制、傳動(dòng)和其他輔助系統(tǒng)。壓氣機(jī)連續(xù)不斷從外界大氣中吸入空氣并增壓，被壓縮后的空氣溫度升高后進(jìn)入燃燒室，與噴入的燃料進(jìn)行混合燃燒，高溫高壓的燃?xì)鈴娜紵覈姵?，迅速膨脹推?dòng)渦輪葉片做功，渦輪獲得的動(dòng)能一方面推動(dòng)壓氣機(jī)工作，另一方面從主軸輸出轉(zhuǎn)矩［1］，推動(dòng)艦艇航行。

為保證燃?xì)廨啓C(jī)工作可靠性，除了用機(jī)帶儀表來(lái)觀察燃?xì)廨啓C(jī)工作狀況外，人們采用多種狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷方法來(lái)對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)的健康狀態(tài)進(jìn)行管理，如應(yīng)用油液分析方法對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)潤(rùn)滑油進(jìn)行檢測(cè)，可以發(fā)現(xiàn)摩擦、腐蝕、疲勞類故障;應(yīng)用紅外溫度監(jiān)測(cè)方法可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)具體部位的溫度異常變化情況;應(yīng)用無(wú)損探傷及內(nèi)窺鏡檢查可以用于檢測(cè)出肉眼無(wú)法看見(jiàn)的裂紋、拉傷類故障;對(duì)于在線監(jiān)測(cè)而言，振動(dòng)監(jiān)測(cè)一直是動(dòng)力機(jī)械應(yīng)用有效的方法，它是將安裝在機(jī)體上的振動(dòng)傳感器接收的信號(hào)通過(guò)有線或者無(wú)線的方式傳輸?shù)娇刂剖覂?nèi)的振動(dòng)測(cè)試儀上，以數(shù)值顯示反映出來(lái)，通過(guò)設(shè)置振動(dòng)的限值，以聲光報(bào)警的方式提示管理人員。

2 振動(dòng)監(jiān)測(cè)對(duì)于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的優(yōu)勢(shì)

旋轉(zhuǎn)機(jī)械是依靠轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行工作，在結(jié)構(gòu)上必須具備轉(zhuǎn)子、軸承等部件，在旋轉(zhuǎn)機(jī)械上廣泛應(yīng)用振動(dòng)分析方法進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷不僅簡(jiǎn)便可行，而且經(jīng)過(guò)不斷的實(shí)踐，技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟［2］。燃?xì)廨啓C(jī)是典型的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，它的振動(dòng)頻譜與其轉(zhuǎn)速頻率密切相關(guān)，旋轉(zhuǎn)機(jī)械每一類故障都對(duì)應(yīng)著不同的頻率特征，應(yīng)用機(jī)械振動(dòng)理論中的頻譜分析技術(shù)能夠有效地識(shí)別燃?xì)廨啓C(jī)的不平衡、不對(duì)中、部件摩擦、基礎(chǔ)松動(dòng)、油膜渦動(dòng)、結(jié)構(gòu)共振、葉片損傷等故障。

3 故障診斷案例

某艦裝備了2臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)，各機(jī)在低壓壓氣機(jī)、高壓壓氣機(jī)和動(dòng)力渦輪機(jī)軸承座的垂直方向安裝有振動(dòng)速度傳感器，用于在線監(jiān)測(cè)燃?xì)廨啓C(jī)的通頻振動(dòng)。在一次航行過(guò)程中，管理人員通過(guò)控制室的監(jiān)測(cè)儀表發(fā)現(xiàn)，在穩(wěn)定運(yùn)行的高工況下，左舷燃?xì)廨啓C(jī)的低壓壓氣機(jī)端振動(dòng)幅度增大，比同時(shí)同工況工作的右燃?xì)廨啓C(jī)同部位振動(dòng)高出50%以上，懷疑左燃?xì)廨啓C(jī)出現(xiàn)故障。為防止發(fā)生事故，經(jīng)同意采取停機(jī)措施。翌日，上級(jí)指派專業(yè)技術(shù)人員隨艦出海，對(duì)該艦燃?xì)廨啓C(jī)的異常振動(dòng)狀況進(jìn)行故障診斷。

由于燃?xì)廨啓C(jī)的高壓壓氣機(jī)和動(dòng)力渦輪端溫度過(guò)高，出于對(duì)人員和測(cè)試設(shè)備的安全考慮，只對(duì)2臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)的低壓壓氣機(jī)端采集振動(dòng)信號(hào)，低壓壓氣機(jī)有9級(jí)壓氣葉輪，各級(jí)葉輪的葉片數(shù)見(jiàn)表1。

表1 低壓壓氣機(jī)各級(jí)葉輪葉片數(shù)

3.1 測(cè)試方案

1)在燃?xì)廨啓C(jī)低壓壓氣機(jī)端軸承座的振動(dòng)傳感器固定點(diǎn)進(jìn)行振動(dòng)速度通頻值測(cè)試，用于檢查在線測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

2)考慮到測(cè)試工況的穩(wěn)定性和燃?xì)廨啓C(jī)的使用管理要求，在燃?xì)廨啓C(jī)的雙車進(jìn)七的高工況下進(jìn)行振動(dòng)數(shù)據(jù)采集。

3.2 測(cè)試儀器

采用經(jīng)檢定合格的VIBXPERT II振動(dòng)頻譜分析儀，以保證測(cè)試數(shù)據(jù)的有效性。

3.3 測(cè)試結(jié)果分析

1)兩車進(jìn)七工況，燃?xì)廨啓C(jī)低壓壓氣機(jī)通頻振動(dòng)測(cè)試結(jié)果記錄于表2。

對(duì)表2中數(shù)據(jù)比較分析后發(fā)現(xiàn)，左燃?xì)廨啓C(jī)的控制室儀表數(shù)據(jù)與振動(dòng)頻譜分析儀的測(cè)試數(shù)據(jù)相差較大，而右燃?xì)廨啓C(jī)的2種測(cè)試數(shù)據(jù)接近。因此，可以認(rèn)為左燃?xì)廨啓C(jī)低壓壓氣機(jī)的在線振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)存在一定誤差。

2)兩車進(jìn)七工況，燃?xì)廨啓C(jī)低壓壓氣機(jī)振動(dòng)加速度頻譜圖見(jiàn)圖1。

圖1 左右燃?xì)廨啓C(jī)加速度頻譜對(duì)比圖

對(duì)2臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)的低壓壓氣機(jī)端采集加速度頻譜，結(jié)果如圖1所示，橫坐標(biāo)為轉(zhuǎn)速頻率的倍數(shù)，縱坐標(biāo)為振動(dòng)加速度峰值，單位為m/s2，前排為右燃?xì)廨啓C(jī)低壓壓氣機(jī)振動(dòng)加速度頻譜，后排為左燃?xì)廨啓C(jī)低壓壓氣機(jī)振動(dòng)加速度頻譜。圖中顯示的低壓壓氣機(jī)頻譜頻線干凈清晰，尤其突出的是各級(jí)葉輪葉片的通過(guò)頻率，對(duì)比左右燃?xì)廨啓C(jī)低壓壓氣機(jī)頻譜圖，發(fā)現(xiàn)左燃機(jī)低壓壓氣機(jī)第0級(jí)葉輪葉片的通過(guò)頻率下的加速度振幅高達(dá)52.08 m/s2，幾乎是右燃?xì)廨啓C(jī)同級(jí)葉片通過(guò)頻率下加速度振幅(10.946m/s2)的5倍，左燃機(jī)低壓壓氣機(jī)其他各級(jí)葉輪葉片通過(guò)頻率也比右燃機(jī)高出許多，可以認(rèn)為左燃?xì)廨啓C(jī)的低壓壓氣機(jī)第0級(jí)葉輪葉片存在損傷。

表2 燃?xì)廨啓C(jī)低壓壓氣機(jī)通頻振動(dòng)測(cè)試結(jié)果表

3)拆檢結(jié)果。要找到具體的故障原因和部位，對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)低壓壓氣機(jī)解體檢查是最為直接的方式，但由于機(jī)艙環(huán)境的限制，完成這項(xiàng)工作難度很大。后采用工業(yè)視頻內(nèi)窺鏡進(jìn)行排查，最終發(fā)現(xiàn)左燃?xì)廨啓C(jī)低壓壓氣機(jī)第0級(jí)葉輪某個(gè)葉片的燕尾部有細(xì)小裂紋。此隱患如不及時(shí)排除，后果則不堪設(shè)想。

3.4 管理建議

1)艦用燃?xì)廨啓C(jī)的在線振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)需要定期進(jìn)行檢定校驗(yàn)，以保證測(cè)試數(shù)據(jù)的有效性。

2)加強(qiáng)對(duì)艦艇燃?xì)廨啓C(jī)管理人員的監(jiān)測(cè)診斷技能培訓(xùn)，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)器異常情況，正確的處置。

3)定期對(duì)在線測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行收集整理、歸納分析，預(yù)測(cè)燃?xì)廨啓C(jī)振動(dòng)發(fā)展趨勢(shì)。

4)配備燃?xì)廨啓C(jī)相關(guān)監(jiān)測(cè)設(shè)備，如潤(rùn)滑油質(zhì)分析儀、紅外熱像儀、超聲波探傷儀等，以實(shí)現(xiàn)對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)全面的健康管理。

5)嚴(yán)格按照燃?xì)廨啓C(jī)的使用管理規(guī)定進(jìn)行操作，避免在共振轉(zhuǎn)速區(qū)停留。

4 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)代艦用燃?xì)廨啓C(jī)需要用先進(jìn)的技術(shù)手段來(lái)管理，振動(dòng)監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)在艦艇燃?xì)廨啓C(jī)上的應(yīng)用，將有助于減少燃?xì)廨啓C(jī)事故發(fā)生，節(jié)約維修經(jīng)費(fèi)，延長(zhǎng)機(jī)器壽命，保證艦艇戰(zhàn)斗力的發(fā)揮。

［1］劉光宇.船舶燃?xì)廨啓C(jī)裝置原理與設(shè)計(jì) ［M］.哈爾濱:哈爾濱船舶工程學(xué)院出版社，1992.

［2］沈慶根，鄭水英.設(shè)備故障診斷 ［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2006.