（吐哈油田公司機(jī)械廠，新疆 哈密 839009）

L7042GSI發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程馬達(dá)異響故障分析及處理

馬云，劉瑜，高潔，張?chǎng)?/p>

（吐哈油田公司機(jī)械廠，新疆 哈密 839009）

本文介紹了瓦克夏L7042GSI系列天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中啟動(dòng)馬達(dá)異響的基本情況，分析了故障原因，并優(yōu)化了PLC啟動(dòng)控制程序和更換了故障部件，改進(jìn)結(jié)果表明，優(yōu)化后的程序安全可靠，能夠保護(hù)好啟動(dòng)馬達(dá)。

發(fā)動(dòng)機(jī)；可編程邏輯控制器；啟動(dòng)馬達(dá)；啟動(dòng)控制程序；程序優(yōu)化

丘東采氣工區(qū)5#增壓壓縮機(jī)組動(dòng)力端采用美國(guó)瓦克夏公司生產(chǎn)的L7042GSI發(fā)動(dòng)機(jī)，該型機(jī)組為12缸，帶渦輪增壓器和中冷器的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)，機(jī)組額定功率1232HP，轉(zhuǎn)速范圍700～1200r/min，點(diǎn)火由CEC點(diǎn)火模塊控制，轉(zhuǎn)速由伍德沃德調(diào)速器控制，空燃比由fisher閥控制。2015年至今5#機(jī)組在正常運(yùn)行階段多次出現(xiàn)啟動(dòng)馬達(dá)啟動(dòng)異響現(xiàn)象。為防止啟動(dòng)馬達(dá)損壞報(bào)廢，在機(jī)組啟機(jī)后維護(hù)人員關(guān)閉了啟動(dòng)風(fēng)管線閥門，由于啟動(dòng)馬達(dá)和發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑馬達(dá)共用一條天然氣管線，若機(jī)組意外停機(jī)，會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)和渦輪增壓器無(wú)法進(jìn)行后潤(rùn)滑，有可能導(dǎo)致連桿拉瓦，曲軸拉傷和渦輪增壓器損壞。為保證機(jī)組安全可靠運(yùn)行，有必要解決啟動(dòng)馬達(dá)異響故障。

1 故障分析

1.1 故障現(xiàn)象

發(fā)動(dòng)機(jī)加載運(yùn)行階段馬達(dá)出現(xiàn)異響現(xiàn)象后，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)啟動(dòng)馬達(dá)處于工作狀態(tài)，速度較高的發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪齒輪帶動(dòng)速度較低的啟動(dòng)馬達(dá)齒輪旋轉(zhuǎn)，異響聲來(lái)自馬達(dá)葉片和馬達(dá)天然氣放空口，進(jìn)一步觀察發(fā)現(xiàn)機(jī)組就地控制系統(tǒng)人機(jī)界面顯示機(jī)組處于點(diǎn)火階段且轉(zhuǎn)速顯示異常，顯示值為45r/min。

1.2 故障說(shuō)明

啟動(dòng)馬達(dá)和CEC點(diǎn)火控制程序是機(jī)組啟機(jī)程序的一部分，PLC周期性地掃描啟動(dòng)馬達(dá)和CEC點(diǎn)火控制程序（程序結(jié)構(gòu)如圖1所示）。

當(dāng)按下人機(jī)界面啟動(dòng)按鈕后，啟動(dòng)信號(hào)上鎖，機(jī)組進(jìn)入啟機(jī)階段，啟機(jī)階段首先進(jìn)行設(shè)定的180s預(yù)潤(rùn)滑，180s后啟動(dòng)馬達(dá)電磁閥通電，預(yù)潤(rùn)滑泵電磁閥失電，當(dāng)轉(zhuǎn)速小于500r/min時(shí)，PLC程序進(jìn)入機(jī)組點(diǎn)火模式，此時(shí)啟動(dòng)馬達(dá)齒輪帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪旋轉(zhuǎn)，以使發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到最低點(diǎn)火轉(zhuǎn)速，若啟動(dòng)馬達(dá)啟動(dòng)15秒后轉(zhuǎn)速未達(dá)到180r/min，則機(jī)組進(jìn)入啟機(jī)失敗模式。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速大于設(shè)定的550r/min時(shí)，點(diǎn)火階段結(jié)束，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入運(yùn)行模式，啟動(dòng)馬達(dá)電磁閥關(guān)閉，啟動(dòng)馬達(dá)齒輪脫開飛輪齒圈。

圖1 啟動(dòng)馬達(dá)和CEC點(diǎn)火控制程序結(jié)構(gòu)圖

由圖1所示的程序結(jié)構(gòu)知在機(jī)組加載運(yùn)行階段，若轉(zhuǎn)速采集系統(tǒng)出現(xiàn)故障導(dǎo)致機(jī)組采集的轉(zhuǎn)速小于550r/min時(shí)，則周期掃描的PLC程序未進(jìn)入運(yùn)行模式，而是一直處于點(diǎn)火模式，故PLC程序會(huì)繼續(xù)驅(qū)動(dòng)啟動(dòng)馬達(dá)電磁閥。

機(jī)組正常加載運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速應(yīng)大于800r/min，轉(zhuǎn)速采集系統(tǒng)出現(xiàn)故障導(dǎo)致人機(jī)界面顯示45r/min。而機(jī)組在運(yùn)行狀態(tài)啟動(dòng)馬達(dá)啟動(dòng)和人機(jī)界面顯示機(jī)組處于點(diǎn)火狀態(tài)是因?yàn)闄C(jī)組加載運(yùn)行階段，轉(zhuǎn)速采集系統(tǒng)出現(xiàn)故障導(dǎo)致機(jī)組采集的轉(zhuǎn)速為45r/min時(shí)，啟動(dòng)馬達(dá)和CEC點(diǎn)火控制程序未進(jìn)入運(yùn)行模式，而是一直處于點(diǎn)火模式，故PLC程序會(huì)在加載運(yùn)行階段驅(qū)動(dòng)啟動(dòng)馬達(dá)。

2 故障處理

停機(jī)狀態(tài)下檢查轉(zhuǎn)速探頭、轉(zhuǎn)速線束和頻率變送器后發(fā)現(xiàn)頻率變送器輸出電流不是4Ma，而是0Ma，初步確定故障源為頻率變送器。而當(dāng)PLC轉(zhuǎn)速采集系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，加載運(yùn)行狀態(tài)程序應(yīng)自動(dòng)斷開啟動(dòng)馬達(dá)輸出信號(hào)，所以有必要對(duì)啟動(dòng)程序做優(yōu)化處理，同時(shí)修復(fù)頻率變送器保證PLC控制系統(tǒng)采集的轉(zhuǎn)速安全可靠。

2.1 程序優(yōu)化

程序優(yōu)化的目的是保證機(jī)組啟機(jī)后啟動(dòng)馬達(dá)齒輪彈出，即使轉(zhuǎn)速采集系統(tǒng)出現(xiàn)故障，啟動(dòng)馬達(dá)齒輪仍彈出。

建立中間布爾變量Startup_One_Time和Reset_ After_Stop，第一個(gè)信號(hào)的特點(diǎn)是只要馬達(dá)一旦啟動(dòng)成功脫開后，就自鎖置為1信號(hào)，后一個(gè)信號(hào)的特點(diǎn)是正常情況下該信號(hào)為0，只有在轉(zhuǎn)速低于40RPM的情況下，按顯示屏上的復(fù)位按鈕解鎖，該信號(hào)才瞬間為1，用來(lái)解鎖Startup_One_Time信號(hào)，Startup_One_Time和Reset_After_Stop啟動(dòng)馬達(dá)控制程序的邏輯如圖2所示。

圖2 優(yōu)化后的啟動(dòng)馬達(dá)控制程序結(jié)構(gòu)圖

正常情況下，當(dāng)機(jī)組預(yù)潤(rùn)滑結(jié)束且轉(zhuǎn)速小于180r/min時(shí)，Startup_One_Time信號(hào)處于解鎖狀態(tài)，當(dāng)機(jī)組預(yù)潤(rùn)滑結(jié)束且轉(zhuǎn)速大于180r/min后，Startup_One_Time信號(hào)上鎖，上鎖的Startup_One_ Time信號(hào)解鎖啟動(dòng)馬達(dá)信號(hào)，啟動(dòng)馬達(dá)齒輪彈出。當(dāng)機(jī)組正常運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中PLC出現(xiàn)故障導(dǎo)致采集的轉(zhuǎn)速小于180r/min，由于Startup_One_Time信號(hào)已上鎖，即使處于點(diǎn)火狀態(tài)，也無(wú)啟動(dòng)馬達(dá)信號(hào)。

2.2 硬件更換

將國(guó)產(chǎn)頻率變送器更換為菲尼克斯MCR-RUI-DC型頻率變送器，該型變送器優(yōu)點(diǎn)如下。

（1）滿量程頻率可調(diào)（最大120kHz），而5#機(jī)最大轉(zhuǎn)速為1200r/min需要的最大頻率是1200/60×208(齒數(shù))=4160Hz。

（2）支持不同類型輸入輸出。

（3）擁有信號(hào)保護(hù)功能。

將輸入端子接入機(jī)械式接觸模式，零點(diǎn)輸入頻率設(shè)置為0Hz，頻率最大量程設(shè)置為5000Hz，模擬量輸出選4～20Ma，數(shù)字量輸出選擇關(guān)閉，為提高轉(zhuǎn)速采集系統(tǒng)安全性設(shè)置了以下參數(shù)：斷路檢測(cè)時(shí)間設(shè)置為2秒，下限電流輸出溢出設(shè)置為4.03Ma，上限電流輸出溢出設(shè)置為4.03Ma，將無(wú)信號(hào)輸入設(shè)置為4Ma。

2.3 程序測(cè)試

將優(yōu)化后的程序下載到Compactlogix PLC中，啟機(jī)運(yùn)行后，將轉(zhuǎn)速頻率變速器的輸入信號(hào)斷開模擬轉(zhuǎn)速采集系統(tǒng)故障，經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)此時(shí)人機(jī)界面顯示轉(zhuǎn)速0r/min，啟動(dòng)馬達(dá)無(wú)啟動(dòng)信號(hào)。測(cè)試結(jié)果表明PLC程序能夠在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中很好的保護(hù)啟動(dòng)馬達(dá)。

3 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了機(jī)組啟動(dòng)馬達(dá)異響故障的基本情況，重點(diǎn)分析了故障原因，并通過(guò)程序優(yōu)化和硬件更換的方式成功的解決了馬達(dá)異響故障，有力的保障了發(fā)動(dòng)機(jī)組的安全可靠運(yùn)行，下一步將繼續(xù)優(yōu)化PLC程序，使PLC能夠?qū)D(zhuǎn)速異常及波動(dòng)做出響應(yīng)，并將故障信息顯示在人機(jī)界面上。

[1]楊小平,張濤,王建鑫,范衛(wèi)民.F3524GSI 發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用溫米油田干氣的適應(yīng)性分析及調(diào)試對(duì)策[J].中國(guó)新技術(shù)產(chǎn)品,2009.111-112.

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