林建偉 許木森 張 猛

（中海油能源發(fā)展采油服務(wù)公司渤中FPSO作業(yè)公司 天津 300457）

雙羅主機(jī)齒輪箱高振動(dòng)故障分析

林建偉 許木森 張 猛

（中海油能源發(fā)展采油服務(wù)公司渤中FPSO作業(yè)公司 天津 300457）

燃?xì)廨啓C(jī)需要重點(diǎn)維護(hù)保養(yǎng)一旦發(fā)生故障應(yīng)著重分析，找出根本原因，及時(shí)排除故障恢復(fù)生產(chǎn)，積極避免類似故障再次發(fā)生，保證油田生產(chǎn)安全平穩(wěn)。本文通過明珠號(hào)雙羅主機(jī)齒輪箱高振動(dòng)故障分析、排查到解決整個(gè)過程，對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)齒輪箱故障的解決提供一種新的思路，結(jié)合筆者實(shí)際工作中對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)的維護(hù)保養(yǎng)及管理經(jīng)驗(yàn)對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)管理提出一些建議，以加強(qiáng)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，減少故障率。

雙羅透平；齒輪箱；高振動(dòng)；故障分析

1 前言

2010年4月明珠號(hào)在BZ25-1油田臨時(shí)復(fù)產(chǎn)，肩負(fù)著5個(gè)平臺(tái)的供電，明珠號(hào)的四臺(tái)主機(jī)都處于高負(fù)荷的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的狀況對(duì)于整個(gè)油田的生產(chǎn)影響不言而喻，所以作為重要設(shè)備，明珠號(hào)在透平故障的分析和處理上極為重視，以總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，從而加強(qiáng)管理維護(hù)降低透平的故障率。本文就明珠號(hào)雙羅透平A機(jī)齒輪箱高振動(dòng)故障的解決過程，提出主機(jī)故障解決一些思路并總結(jié)出日常管理和維護(hù)的意見和建議。

2 雙羅透平A機(jī)齒輪箱信息

2.1 齒輪箱/聯(lián)軸器參數(shù)

廠家： Lufkin Industries Inc

型號(hào)： N2407C ARMA-13SF

輸入速度： 14200 RMP

輸出速度： 1500 RMP

減速比： 9.467

輸入軸聯(lián)軸器： Allison 501－KB5聯(lián)軸器

輸出軸聯(lián)軸器： 直線W/鍵銷

滑油標(biāo)準(zhǔn)： MTL-L-2369985

2.2 齒輪箱詳細(xì)介紹

為了使發(fā)電機(jī)獲得1500r/min的轉(zhuǎn)速，在透平與發(fā)電機(jī)之間配置了一只平行軸式單級(jí)減速的減速齒輪箱。該齒輪箱由美國(guó)lufkin industries公司按照美國(guó)齒輪箱制造協(xié)會(huì)（AGMA）的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，型號(hào)為N型，采用雙螺旋線齒輪。據(jù)悉該公司利用高速數(shù)字式計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，評(píng)估其最大的實(shí)際轉(zhuǎn)矩能力，分析齒形幾何形狀，齒的嚙合部位的強(qiáng)度和最大使用壽命。這種型號(hào)的齒輪多用于輸入小齒輪的轉(zhuǎn)速高于3600r/min，且齒的嚙合處線速高于1524m/min的使用場(chǎng)合。

這種減速齒輪箱其殼體用兩部分的塊體組合而成，結(jié)合面經(jīng)過精密機(jī)械加工。殼體材料采用高強(qiáng)度的球墨鑄鐵鑄造，機(jī)械加工之前力求將殘余應(yīng)力消除掉，以確保尺寸的精確和穩(wěn)定。殼體內(nèi)表面噴丸處理，徹底清潔之后涂以油漆。整個(gè)齒輪箱按重載型設(shè)計(jì)，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(duì)齒之間采用互研磨，以求達(dá)到最佳的齒形、齒距偏差，轉(zhuǎn)動(dòng)零部件進(jìn)行動(dòng)平衡檢驗(yàn)。齒輪由高強(qiáng)度合金鋼制成。輸入和輸出軸上均設(shè)置有兩個(gè)滑動(dòng)式軸承，軸承采用離心澆注，內(nèi)襯材料為巴氏合金。剖分式的結(jié)構(gòu)，推力軸承帶有卷邊。軸承上安裝有溫度監(jiān)測(cè)器。齒輪箱采用壓力潤(rùn)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(dòng)故障現(xiàn)象

雙羅A機(jī)從2012年1月12日開始出現(xiàn)減速齒輪箱高速軸處振動(dòng)值上升，振動(dòng)值在后期幾天機(jī)組運(yùn)行內(nèi)一直在3.0g’s至7.0 g's之間波動(dòng)，并出現(xiàn)過一次達(dá)到關(guān)斷值7（報(bào)警值4g's，關(guān)斷值7g's）機(jī)組關(guān)斷情況。

故障檢查幾次振動(dòng)測(cè)試情況記錄：

1）2012年 1月 12日05：15時(shí)，發(fā)現(xiàn) XE3865振動(dòng)最高值到3.2g’s，波動(dòng)范圍較大，在2.1至2.8g's之間波動(dòng)；

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

3）2012年1月20日，17：30發(fā)現(xiàn)雙羅A齒輪箱振動(dòng)XE3865振動(dòng)達(dá)到4.1g's報(bào)警，啟動(dòng)備用機(jī)并電，啟動(dòng)透平端滑油泵。振動(dòng)值仍為3.5至3.7g's之間波動(dòng)；

4）2012年1月21日，13：50發(fā)現(xiàn)雙羅A齒輪箱振動(dòng)XE3865振動(dòng)值達(dá)到了4.5g's；

5）2012年1月24日05：30發(fā)現(xiàn)雙羅A齒輪箱振動(dòng)XE3865達(dá)到6.0g's，接近關(guān)斷值7g's。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量齒輪箱軸承高速端振動(dòng)值0.6至0.8mm/s左右。之后手動(dòng)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(shí)XE3865振動(dòng)值最高達(dá)6.8g's，之后從6.7到5.8穩(wěn)定下降；振動(dòng)筆現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量齒輪箱軸承處振動(dòng)為0.9mm/s左右，齒輪箱外殼振動(dòng)值為3.6至4.7mm/s之間波動(dòng)，相比于雙羅B機(jī)齒輪箱外殼的振動(dòng)值1.6至1.7mm/s的值要大一些；13：45時(shí)XE3865振動(dòng)值7g's高報(bào)停機(jī)

4 故障分析

4.1 儀表方面

首先對(duì)齒輪箱高速側(cè)加速度探頭（XE3865）檢測(cè)回路檢查：

1）檢查現(xiàn)場(chǎng)前置器，測(cè)量供電電壓-24VDC正常，在機(jī)組停運(yùn)時(shí)檢測(cè)基準(zhǔn)信號(hào)電壓-8.05V正常。

2）檢查MCC BENTIY 3300振動(dòng)檢測(cè)顯示報(bào)警系統(tǒng)，報(bào)警及關(guān)斷設(shè)定點(diǎn)正常。檢查并測(cè)量R&R A PLC系統(tǒng)中XE3865讀數(shù)與BENTIY 3300振動(dòng)檢測(cè)卡件的顯示值一致，未見無(wú)異常。

3）更換現(xiàn)場(chǎng)加速度檢測(cè)傳感器，測(cè)量檢查延長(zhǎng)纜絕緣，未見異常，系統(tǒng)連接恢復(fù)后，現(xiàn)場(chǎng)敲擊、振動(dòng)測(cè)試，系統(tǒng)檢測(cè)靈敏，未見異常。起機(jī)測(cè)試和未換加速度檢測(cè)傳感器時(shí)現(xiàn)象一致。

4）由于在機(jī)組停運(yùn)后，BENTIY 3300振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)指示顯示值為0，無(wú)報(bào)警發(fā)出時(shí)，在PLC系統(tǒng)出現(xiàn)振動(dòng)綜合關(guān)斷和報(bào)警信號(hào)，更換BENTIY 3300系統(tǒng)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(dòng)檢測(cè)顯示報(bào)警系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)3300/25顯示卡，由于備件與原卡型號(hào)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(diào)整后，插入系統(tǒng)測(cè)試，加速度檢測(cè)值顯示比原卡更高，恢復(fù)原卡設(shè)置跳線后，將原卡插回BENTIY 3300系統(tǒng)，R&R A起機(jī)測(cè)試XE3865顯示值依舊。

結(jié)論：經(jīng)儀表專業(yè)多方檢查，更換測(cè)試，R&R A變速齒輪箱高速側(cè)加速度指示高的問題基本可排除是由于儀表檢測(cè)系統(tǒng)故障或誤差造成的

4.2 專業(yè)振動(dòng)數(shù)據(jù)采集

2012年2月5日，邀請(qǐng)專業(yè)人員對(duì)明珠號(hào)透平發(fā)電機(jī)F-GT-781A齒輪箱采集了振動(dòng)數(shù)據(jù)，初步分析如下：

1）測(cè)試點(diǎn)位：

2）測(cè)量參數(shù)：

ENV—加速度包絡(luò)值 ACC—加速度值 VEL—速度值

3）測(cè)量數(shù)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(luò)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(shí)域頻譜中有明顯沖擊，說明齒輪嚙合不良，同時(shí)潤(rùn)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(fā)現(xiàn)，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(shí)域頻譜中有明顯沖擊，說明齒輪嚙合不良，同時(shí)潤(rùn)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(jié)果：齒輪箱齒輪存在異常磨損出現(xiàn)齒輪嚙合不良現(xiàn)象，并有潤(rùn)滑不良跡象，是引起振動(dòng)較高的主要原因。同時(shí)對(duì)齒輪箱潤(rùn)滑油進(jìn)行取樣，帶回陸地進(jìn)行詳細(xì)的顆粒分析。

4.3 機(jī)械現(xiàn)場(chǎng)檢查

2012年2月9日機(jī)械部門拆開齒輪箱上部觀察孔蓋，檢查齒輪箱內(nèi)部齒輪狀況：

（1）手動(dòng)啟動(dòng)滑油泵，檢查滑油潤(rùn)滑情況，經(jīng)檢查確認(rèn)滑油管線及滑油噴嘴無(wú)堵塞，噴油壓力及扇面狀態(tài)正常。

圖6 齒輪箱噴油

圖7 齒輪表面

（2）用管鉗手動(dòng)盤車并目視檢查齒輪，經(jīng)目視檢查發(fā)現(xiàn)高速齒輪及低速齒輪無(wú)嚴(yán)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(jìn)行拍照存檔。

（3）2012年2月11日對(duì)通過對(duì)滑油油樣的化驗(yàn)發(fā)現(xiàn)含水較高，達(dá)到10000PPM，經(jīng)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(wú)液時(shí)，打開滑油箱人孔蓋，發(fā)現(xiàn)底部有沉淀物，從下圖中可以看出沉淀物很多，機(jī)組的滑油已經(jīng)處于一個(gè)較差工作狀態(tài)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(xì)致的發(fā)現(xiàn)剩余的滑油中含有部分金屬顆粒，最后根據(jù)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)檢測(cè)的結(jié)論懷疑齒輪箱內(nèi)部軸承已經(jīng)磨損。

通過檢查初步分析故障原因：

1）啟動(dòng)馬達(dá)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(zhì)，無(wú)法達(dá)到潤(rùn)滑效果。

5）齒輪損壞。

5 主機(jī)管理建議

透平機(jī)組作為油田的重點(diǎn)設(shè)備，直接影響著整個(gè)油田的正常生產(chǎn)。怎樣提高透平機(jī)組的穩(wěn)定性，避免此類故障再次發(fā)生？明珠號(hào)在透平管理中采用預(yù)知性監(jiān)控和維修，極大的降低了透平的故障率。

明珠號(hào)從如下幾個(gè)方面對(duì)主機(jī)開展預(yù)知性監(jiān)控和維修：

（1）日常巡檢

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

對(duì)巡檢數(shù)據(jù)做好記錄、存檔，針對(duì)重要參數(shù)進(jìn)行每日趨勢(shì)分析、判斷，堅(jiān)持細(xì)心地做好機(jī)組性能的把握工作。

（2）備件庫(kù)存計(jì)劃性掌控

主機(jī)備件庫(kù)存關(guān)系到主機(jī)安全與穩(wěn)定運(yùn)行，掌控備件安全庫(kù)存，根據(jù)機(jī)組狀況做好備件需求分析，有備無(wú)患。

如在R&R透平備件盤庫(kù)中，發(fā)現(xiàn)齒輪箱備件不足，在與廠家溝通中了解到只能從國(guó)外專門訂購(gòu)，時(shí)間周期相當(dāng)長(zhǎng)，使得雙羅B只得故障停機(jī)3個(gè)多月，等待維修。

（3）油品定期取樣化驗(yàn)

明珠號(hào)透平嚴(yán)格按照制定的取樣時(shí)間每月取樣化驗(yàn)，通過化驗(yàn)得出滑油的運(yùn)動(dòng)粘度、傾點(diǎn)、比重、開口閃點(diǎn)、銅片腐蝕、總酸值等參數(shù)的變化，分析判斷滑油的狀態(tài)，從而制定下一步預(yù)知性維修計(jì)劃，如是否更換滑油，是否更換濾器等。

（4）建立透平維護(hù)保養(yǎng)數(shù)據(jù)檔案

更換透平主機(jī)各類濾器和按時(shí)洗車是主機(jī)日常維護(hù)保養(yǎng)的主要內(nèi)容，準(zhǔn)確的把握主機(jī)濾器的更換時(shí)間及按時(shí)洗車可以有效的提高機(jī)組的性能工況。因此明珠號(hào)特意建立起透平的維護(hù)保養(yǎng)數(shù)據(jù)檔案，確保了日常維護(hù)保養(yǎng)的準(zhǔn)確及時(shí)。