于曉峰，李振，江濤，于凱杰，尹梽安，馮守宇

（1.中海油能源發(fā)展裝備技術有限公司；2.天津濱海概念人力資源有限公司，天津 300452）

GE LM2500+G4是一種簡單循環(huán)的雙軸燃氣輪機，由GG 和動力渦輪機（PT）組成，是LM2500燃氣輪機的直接衍生產品。其具有高壓縮比、軸流設計、應用靈活等特點，主要應用于各種機械驅動、發(fā)電、工業(yè)熱電聯產。LM2500+G4主要組成為：GG 配備17級高壓壓縮輪盤、燃燒器和2級高壓渦輪輪盤；動力渦輪擁有6級輪盤；進排氣系統(tǒng)；輔助變速箱（AGB），包括變速箱（TGB）總成和進氣齒輪箱總成（IGB）；VSV控制系統(tǒng)；燃油系統(tǒng)（噴嘴和歧管）；點火系統(tǒng)（點火器和勵磁器）；發(fā)動機潤滑系統(tǒng)（油箱少，冷卻器和過濾器）。本文主要故障發(fā)生在IGB、TGB、徑向驅動軸以及AGB之間，在分析故障前需要了解4個部件之間的結構與原理。

圖1 GE LM2500+G4機組平面圖

圖2 IGB主體結構圖

如圖所示，IGB總成由鑄鋁外殼、主軸、一堆斜角齒輪、軸承和噴油嘴組成。鑄鋁外殼通過螺紋鑲嵌在CFF輪轂上，上面安裝2個球軸承和1個滾柱軸承，里面有內部的油道及噴嘴以供齒輪和軸承潤滑，主軸通過軸向旋轉，在后端用花鍵與前軸相配合。主軸前段安裝在錐面齒輪上，由1個雙球軸承進行支撐。

徑向驅動軸是1個在兩端帶齒輪的空心軸，通過與錐形齒輪緊密配合連接著IGB與TGB，功能是將動力從TGB傳送到IGB，該軸包含剪切功能，防止發(fā)生故障損壞附件驅動系統(tǒng)。

TGB由1組直角傘型齒輪和水平傳動軸組成，其中水平驅動軸將動力傳輸從AGB傳輸過來，每個錐型齒輪由1個雙球軸承和滾柱軸承固定。套管底部的檢修蓋便于徑向傳動軸的安裝。

圖3 TGB主體結構圖

AGB總成由兩件式鋁制外殼、齒輪、軸承、密封件、油嘴和附件適配器組成。插件齒輪在所有輔助適配器和怠速齒輪在尾部（輔助）應用。這使得整個齒輪、軸承、密封和適配器總成可以在不拆卸變速箱的情況下拆卸和更換。每個正齒輪由1個套管安裝滾子軸承的一端和1個適配器安裝的球軸承的另一端支撐連接。輔助驅動正齒輪是內部花鍵，內管和油嘴以提供齒輪和軸承的潤滑。

1 GE LM2500+G4機組IGB齒輪箱故障概述

如圖4所示，液壓啟動馬達將動力傳輸給AGB，然后AGB通過軸向的動力傳輸軸將動力傳輸給TGB，TGB通過傘形齒輪將傳輸的轉換方向通過徑向傳動軸傳輸給IGB，IGB通過傘形齒輪將TGB傳過來的力轉換成水平力，從而達到機組啟動的目的。IGB在機組啟動中起到非常關鍵的作用。IGB一旦損壞，將會導致機組無法啟動，為避免出現IGB出現重大損壞，所以在AGB、TGB與IGB滑油供給油路與回油路上安裝金屬碎屑收集器，當金屬碎屑收集器上吸附的金屬碎屑到達一定量后，會降低金屬碎屑收集器電阻從而達到報警目的。在本次的故障中，正是金屬碎屑收集器發(fā)出報警，機組緊急停機才沒有造成更大的損失。經過檢查判定本次故障是IGB軸承滾動體涂層脫落導致軸承磨損嚴重產生金屬碎屑。本次損壞軸承工作狀態(tài)下只承受徑向力，并不承受軸向力，所以軸承本身不會產生過度疲勞、過度磨損等。

圖4 LM2500+G4機組IGB示意圖

2 GE LM2500+G4機組IGB齒輪箱故障原因分析

通過查閱相關技術手冊及相關文獻資料，最終對于本次故障原因分析主要有以下幾點。

2.1 機組本身全合成潤滑油成分超標（如表1所示）

表1 標準中對潤滑油技術要求

潤滑油能夠潤滑軸承、齒輪和一些花鍵。此外，潤滑油還應用于控制驅動系統(tǒng)。必須按照GE維保操作手冊規(guī)定對潤滑油進行溫度控制并保持清潔，以充分體現它的功能作用。正常供應溫度應為保持在 140~160℉（59.9~71.1℃），在發(fā)動機轉速高于4,500rpm或怠速狀態(tài)下，最低供應壓力為8~15psig（55.2~103.4kPa表壓）。當發(fā)動機轉速高于8000rpm時，供氣壓力＞15psig（103.4kPa表壓）。

GE手冊關于潤滑油執(zhí)行標準與要求如下：附錄A7通用電氣飛機用潤滑油規(guī)范-燃氣輪機，符合A7.1節(jié)中列出的美國國防部（DoD）規(guī)范的石油可用于通用電氣飛機衍生燃氣渦輪機，只要它們列在本規(guī)范的合格產品清單（QPL）中。商用合成基礎潤滑油可用于GE飛機衍生燃氣輪機，只要它們列于A7.4節(jié)中。此類油主要符合第A7.2節(jié)中的油的基本要求。A7.2適用文件以下文件在本文規(guī)定的范圍內構成了本規(guī)范的一部分。除非規(guī)定了特定的問題，否則應采用最新的修訂版本。MIL-L-23699-潤滑油，渦輪發(fā)動機合成油。MIL-L-23699-潤滑油渦輪發(fā)動機，合成油。潤滑油應符合MIL-L-23699的規(guī)定，但應考慮以下例外情況：STMD2532進行測試時的低溫粘度根據ASTMD97測試時的澆點，當根據ASTMD445進行測試時，在104℉（40℃）和212℉（100℃）下的粘度SBAG基礎庫存組成石油供應商應提供MIL-L-23699的具體變化，以及性能差異影響，供GE審查。潤滑油應與符合MILL-23699或符合MIL-L-7808標準的油混合，其比例應高達兩者的5%，而不會對大多數油的性能完整性或操作油產生不利影響。A7.4.1性能測試石油供應商應按照MIL-L-23699進行測試，并將結果與其中所述的要求進行比較。所有結果，特別是對MIL-L23699要求的變化，應在服務評估測試之前與GEM&I一起進行審查。提交審查的材料至少應包括以下內容：MIL-L-23699的物理化學性質和變化，由于屬性變化而對操作系統(tǒng)產生的預期影響，材料兼容性清單和測試結果不合格油結試驗結果。

圖5 滑油化驗數據

圖6 合成油油箱內部

通過取樣化驗得知滑油酸值參數超出廠家規(guī)定0.5mgkOH/g的標準。參考GB/7304-2000標準及其他文獻中總結。潤滑油長時間在設備內運行，容易受到溫度變化、氧氣含量和其他條件的影響，導致發(fā)生氧化，產生一系列的氧化物，在眾多氧化物中危害最大的酸性物質主要是羧基酸、環(huán)烷酸、瀝青質等。設備使用過程中的潤滑油酸值越高，則代表滑油的污染程度越高。潤滑油中含有的酸性物質會在加工過程中、使用過程中出現較高溫度（75℃及以上）的情況下快速增加。同時油品中的酸性物質會對含有Cu、Fe、Al、Cr等元素合金金屬材料產生腐蝕。使用中的設備潤滑油如果酸值增加，說明油品已經重度污染，破壞油品潤滑性能，造成軸承滾動體表面圖層脫落，產生金屬碎屑導致軸承滾動體與滑道損壞，隨滑油流動到達機組及其軸承，嚴重影響機組安全運行。

2.2 引起滑油酸值高的原因

我們對發(fā)動機滑油系統(tǒng)逐一進行檢查：滑油冷卻器、滑油雙聯濾器、滑油箱、滑油加熱器等，根據對現場滑油箱及加熱器進行檢查發(fā)現一些其他問題。

（1）現場滑油液位為滿足機組運行要求，沒有到達規(guī)定液位，導致部分加熱管裸露在滑油液位上部。

（2）通過將現場滑油加熱器拆除后檢查發(fā)現，在加熱管上的膠狀物結痂與積碳，明顯屬于過加熱現象。

根據對滑油箱的檢查得出，油位液面沒有完全淹沒加熱管，導致加熱管部分暴露于空氣導致局部過加熱。電加熱器安裝位置與加熱管設計存在缺陷，導致加熱管不能完全浸沒在油面以下，導致無法完全對滑油進行加熱，降低加熱效率，造成油箱局部存在過度加熱現象，經過長時間運行導致滑油酸值愈來愈高。

3 結語

由分析可知，AGB金屬碎屑收集器發(fā)生報警故障，主要原因為潤滑油酸值過高導致IGB滾動軸承體涂層腐蝕剝落，隨著滑油中碎屑越積越多，造成碎屑收集器發(fā)生報警故障，根本原因在于滑油電加熱器設計存在缺陷，以造成滑油箱局部過加熱問題，建議按照GE LM2500+G4操作維修手冊定期進行滑油檢驗的同時，對滑油加熱器進行優(yōu)化設計改造，以徹底解決該故障。