王 鋒，張 謙，牛傳會(huì)

（中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津 300450）

1 設(shè)備簡(jiǎn)介

所述燃?xì)馔钙桨l(fā)電機(jī)組，其原動(dòng)機(jī)部分由燃?xì)獍l(fā)生器（GG）和動(dòng)力渦輪（PT）兩部分連接而成。機(jī)組的燃?xì)獍l(fā)生器為航改LM2500 型燃?xì)馔钙綑C(jī)組。機(jī)組的燃?xì)獍l(fā)生器部分共有編號(hào)為3#、4#、5#的3 處主軸承室，其對(duì)應(yīng)潤(rùn)滑油路編號(hào)分別為SUMP A、SUMP B 和SUMP C（圖1）。3#軸承室和4#軸承室分別位于壓氣機(jī)前機(jī)匣（CFF）和壓氣機(jī)尾機(jī)匣（CRF），為壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子提供支承，并平衡軸向推力。5#軸承室位于透平中機(jī)匣（TMF），為高壓透平轉(zhuǎn)子提供支承。3#軸承室安裝有1 個(gè)滾柱軸承（3R），4#軸承室安裝有1 個(gè)滾柱軸承（4R）和1 個(gè)球軸承（4B），5#軸承室安裝有1 個(gè)滾柱軸承（5R）。

圖1 燃?xì)馔钙綑C(jī)組軸承位置

燃?xì)獍l(fā)生器各軸承室的潤(rùn)滑油回油，分別經(jīng)過(guò)過(guò)濾器和金屬碎屑檢測(cè)器組合體后回到油泵（圖2）。金屬碎屑檢測(cè)器為一個(gè)帶有磁性的電阻檢測(cè)器，當(dāng)較大或較多金屬碎屑被吸附、聚集到檢測(cè)器頭部時(shí)，金屬碎屑搭接并聯(lián)通了檢測(cè)器的兩個(gè)電極板，使檢測(cè)器回路電阻明顯降低并顯示在HMI 人機(jī)界面。通過(guò)金屬碎屑檢測(cè)器可以方便地在線監(jiān)測(cè)機(jī)組各主軸承的健康狀態(tài)，特別是當(dāng)軸承發(fā)生異常磨損、剝落等故障時(shí)，可以提供即時(shí)的反饋與預(yù)警。

圖2 GG 潤(rùn)滑油回油分布

2 故障發(fā)現(xiàn)與驗(yàn)證

出現(xiàn)故障的燃?xì)馔钙綑C(jī)組，剛采用現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的方式進(jìn)行25 000 h 解體大修（GG 熱部件更換）。大修完成并整體回裝后，機(jī)組試車72 h 出現(xiàn)金屬碎屑檢測(cè)器QE-350/QE-351 報(bào)警，停機(jī)后對(duì)全部金屬碎屑檢測(cè)器進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)QE-350/QE-351 上出現(xiàn)少量金屬碎屑（圖3）。經(jīng)廠家服務(wù)工程師現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)屬正?，F(xiàn)象且機(jī)組其他參數(shù)無(wú)異常，繼續(xù)啟機(jī)運(yùn)行。再次運(yùn)行522 h 后金屬碎屑探測(cè)器QE-353 出現(xiàn)報(bào)警，停機(jī)并拆卸QE-353 探測(cè)器，檢查發(fā)現(xiàn)該探測(cè)器頭部聚集有大量金屬碎屑，該金屬碎屑檢測(cè)器檢測(cè)SUMP B（4#軸承）潤(rùn)滑油回路中的金屬碎屑（圖4）。

圖3 QE-350 金屬碎屑

圖4 QE-353 金屬碎屑

對(duì)其余金屬探測(cè)器QE-350/QE-351（檢測(cè)輔助齒輪箱AGB回油）、QE-352（檢測(cè)SUMP A 回油）、QE-354（檢測(cè)SUMP C 回油）檢查均無(wú)金屬碎屑被發(fā)現(xiàn)。收集QE-353 探測(cè)器上的金屬碎屑并送往專業(yè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行成分檢測(cè)。經(jīng)對(duì)金屬碎屑進(jìn)行ICP-AES 及SEM-EDS 檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，樣品主要成分為含鉻（約4%）、鉬（約3%～4%）、釩（約1%）的鐵基合金（含鐵約90%），構(gòu)成與M50 軸承鋼相近，判斷碎屑是來(lái)自軸承內(nèi)、外圈（表1）。經(jīng)以上排查過(guò)程，初步判斷4#軸承故障，輔助齒輪箱（AGB）軸承和齒輪、3#軸承和5#軸承正常。

表1 金屬碎屑成分定量檢測(cè)結(jié)果

機(jī)組經(jīng)拆解、打開檢查后發(fā)現(xiàn)，4#軸承室的4B 軸承外滾道出現(xiàn)一處較大面積的剝落損傷，4R 軸承部分滾子表面存在微小點(diǎn)蝕損傷，與機(jī)組拆解前判斷的故障位置一致（圖5）。

圖5 4B 軸承外滾道損傷

3 故障原因分析

利用故障根本原因分析（RCA）工具分析4#軸承的故障現(xiàn)象，可能的故障原因有3 項(xiàng)（圖6）。

圖6 4#軸承故障RCA 分析

3.1 軸承本身

燃?xì)馔钙綑C(jī)組軸承工作的溫度范圍很廣，要求既能在低溫下易于啟動(dòng)，又要在高溫下正常工作。用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)主軸承的材料多為M50，得益于材料成分、加工工藝、檢測(cè)手段等相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，透平機(jī)組專用軸承的質(zhì)量也在逐步提升，壽命、穩(wěn)定性有明顯改善。本臺(tái)機(jī)組大修之前運(yùn)行狀況良好，各金屬探測(cè)器均未出現(xiàn)大量金屬碎屑的情況，而軸承壽命方面，廠家推薦50 000 h 即第2 個(gè)大修周期結(jié)束時(shí)更換，目前遠(yuǎn)未達(dá)到這一使用期限。綜上所述，軸承本身的質(zhì)量問(wèn)題可能性不大。

3.2 潤(rùn)滑油

特性相符、品質(zhì)良好、潔凈的潤(rùn)滑油對(duì)軸承壽命起到?jīng)Q定性作用；相反，變質(zhì)和被污染的油品會(huì)加速軸承的損壞。本例中，機(jī)組油品按照季度例行取樣化驗(yàn)，最后一次化驗(yàn)在大修前1 個(gè)月，各項(xiàng)指標(biāo)基本正常，污染度未超出建議值，運(yùn)動(dòng)黏度接近參考值上限，只有酸值略微超出參考值，對(duì)油品工作特性造成的不良影響可控；油箱的進(jìn)、出管路均有雙聯(lián)過(guò)濾器，合成油系統(tǒng)又為閉環(huán)系統(tǒng)，在機(jī)組日常運(yùn)行和維護(hù)過(guò)程中，不可能有外源性雜質(zhì)進(jìn)入軸承室造成軸承損壞。拆換全部濾芯檢查，未見濾芯有破損現(xiàn)象，濾芯表面未見有明顯雜物堆積。

3.3 直接原因

本次軸承故障發(fā)生在大修完成以后，大修作業(yè)直接造成軸承故障可能性是存在的：①本次大修是對(duì)燃燒室及其后的熱部件進(jìn)行拆解、更換，包括4#軸承在內(nèi)的壓氣機(jī)部分未作拆解，不可能是大修直接造成該軸承受損；②大修時(shí)回裝的高壓透平轉(zhuǎn)子短軸，其徑向跳動(dòng)量未超出允許范圍，機(jī)組試運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)GG 各軸承振動(dòng)值正常，短軸安裝問(wèn)題導(dǎo)致軸承故障的可能性也被排除；③大修過(guò)程可能有雜質(zhì)進(jìn)入潤(rùn)滑油系統(tǒng)。

雖然潤(rùn)滑油系統(tǒng)為閉環(huán)系統(tǒng)，而且大修作業(yè)未拆卸4#軸承，但本次大修將機(jī)組本體上的合成潤(rùn)滑油系統(tǒng)管線全部進(jìn)行了拆除和重裝，存放過(guò)程中管口封閉不嚴(yán)、拆除或裝配管線時(shí)管口清理不嚴(yán)格都可能導(dǎo)致外源性雜物進(jìn)入管線，因此在現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜環(huán)境下進(jìn)行的大修作業(yè)，很難避免管線內(nèi)部不會(huì)混進(jìn)個(gè)別硬質(zhì)小顆粒物（圖7）。硬質(zhì)顆粒物，如砂粒等，對(duì)金屬軸承具有嚴(yán)重的破壞力，而一旦硬質(zhì)顆粒物進(jìn)入機(jī)組本體的軸承室進(jìn)油管道，則此類顆粒物未經(jīng)任何過(guò)濾裝置可以直接進(jìn)入軸承室甚至軸承內(nèi)部，對(duì)軸承造成嚴(yán)重破壞。

圖7 機(jī)組4#軸承位置與大修范圍（陰影區(qū)域）

4 故障排查管理

設(shè)備故障的排查，考驗(yàn)管理人員對(duì)相關(guān)學(xué)科的理論基礎(chǔ)、設(shè)備的系統(tǒng)構(gòu)造、運(yùn)行原理、控制系統(tǒng)和部件工作特性等知識(shí)的全面掌握程度。設(shè)備管理人員應(yīng)多了解設(shè)備故障案例，具備發(fā)散和綜合的思維習(xí)慣，善于使用現(xiàn)代檢測(cè)手段，在分析時(shí)方能夠全面、快速和精確無(wú)誤地鎖定故障點(diǎn)，進(jìn)而為故障處理打下基礎(chǔ)。

5 結(jié)語(yǔ)

作為設(shè)備管理人員，應(yīng)不斷擴(kuò)展知識(shí)邊界，增加知識(shí)儲(chǔ)備，提升綜合管理能力。在開展故障排查時(shí)，善于提取設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，深入挖掘數(shù)據(jù)的內(nèi)在價(jià)值，借用先進(jìn)監(jiān)測(cè)、檢測(cè)技術(shù)，獲得精確定量的分析結(jié)果，結(jié)合實(shí)施PDCA（Plan-Do-Check-Act，計(jì)劃、執(zhí)行、檢查和處理）質(zhì)量管理提升活動(dòng)，從根本上不斷提升設(shè)備管理水平，逐步降低設(shè)備故障率。