【船机帮】某型船用燃气轮机起动过程故障分析

燃气轮机起动是燃气轮机运行管理的一个重要环节，也是最容易产生故障的一个环节[1]。

乔振广[2]等针对 GT13E2型发电燃气轮机机组起动过程中第一次起动总是失败的故障现象，对可能的影响因素逐一进行了分析排查，找出了故障原因，并提出了成功解决方法。

施学军[3]从起动系统故障、压气机效率下降、燃油控制系统故障和雾化系统故障等四个方面分析了 MS6001燃气轮机的起动故障原因和处理方法。

赵小宁[4]从起动设备、燃气轮机点火升速和发电机负载三个方面，分析PG9171E型燃气轮机起动失败原因。

田嘉良[5]对9E燃气轮机启动过程中燃油过流量遮断故障原因和处理方法进行了分析。

熊勇兵[6] 针对PG6541B燃气轮机在起动过程中转速不能顺利升速，出现热挂现象的原因进行了分析，并提出了相应的解决办法。

邹志鸿等[7-8] 分析了影响 S109FA等重型燃气轮机起动的几个因素。

施时揩等[9] 分析了合成氨装置中驱动空气压气机的燃气轮机在起动过程中出现的故障原因。

船用燃气轮机由于其复杂的工作环境，独特的起动特点决定了其产生故障的可能性。

本文根据这些起动特点梳理了某型船用燃气轮机在起动过程中产生故障的类型及可能原因，归纳了该型船用燃气轮机运行管理中需要关注的注意事项，并提出完善船用燃气轮机起动方面的可行性建议，对于船用燃气轮机实际操纵使用、故障分析排除和燃气轮机的设计具有一定的指导意义。

某型船用燃气轮机的起动过程具有一些独特的特点，这些特点决定了燃气轮机起动过程中可能会产生一些相应的故障特征，主要包括以下几个方面：

1.起动时间短，升速快，机械冲击力大。

某型船用燃气轮机从起动到慢车工况时间不超过 3min，低压压气机转速升至约 3000r／min，高压压气机转速升至约 6000r／min，动力涡轮转速升至约 1000r／min。

时间短，升速快，对机体机械冲击力大，特别是对叶片、轴承影响最大。

巨大的机械冲击力增加了产生机械故障的概率 。 

2.温度上升快，物理化学反应剧烈，热负荷大。

起动过程中燃油通过增压泵、机带燃油泵送至燃烧室燃烧，从喷油点火到慢车工况时间不超过1.5min，温度急剧升至500℃左右。

该过程中燃油的化学能转化为燃气的热能，再由热能转化为涡轮的机械能。

温度上升快，物理化学反应剧烈，叶片、轴承等部件承受的热应力非常大，容易产生热端部件故障。

3.附属系统设备多，振动冲击大，易损坏。

船用燃气轮机的燃油、滑油、气动、通风等 附属系统设备多，种类复杂，布置紧密。

这些附属系统的设备和管路大部分直接连接或固定在燃气轮机的机体上。

在正常起动和运行过程中，燃机机体振动非常大，直接对附属系统设备产生冲击，管路接头容易产生泄漏；

而且，在复杂海况时，船体摇摆，振动冲击会进一步加大。

因此，在复杂的振动冲击环境下，系统附属设备极易出现故障或失效。

往往某一个附属系统设备的故障就能导致起动失败，增加了起动故障概率。

4.控制系统复杂，接线插头多，运行条件恶劣，易产生故障。

目前燃气轮机动力舰船多采用三级控制，整个监测控制系统逻辑程序复杂，电子元器件种类多且布置位置分散，线路和管路布满机舱和机体。

此外，监测控制系统所属各功能模块的电路板多，各种接线多，航空插头多，线路管路复杂。

这些线路管路和机械、电子元器件在机舱内高温、剧烈振动及舰体摇摆的环境下长时间工作，极易产生元器件失灵或损坏、管路破损、线路老化、电路板老化、接线松动及航 空插头松动等故障，从而导致起动失败。

5.起动迅速，负荷大，电流冲击大，电力品质要求高，连续起动次数受限制。

该型船用燃气轮机采用电机起动，起动电机所带机械负荷大。

要在规定时间达到起动规定的压气机转速，起动过程中电机要求分阶段加载到两个不同的电流档位，且对电力品质要求高。

短时间内电机起动电流冲击大，发热量剧增 ，电力系统和电机容易产生故障，不可多次连续起动，连续起动次数受限制。

在分析该型船用燃气轮机的起动特点后，下面结合该型燃气轮机的实际使用特点来分析起动过程中可能出现的故障。 

1.起动逻辑故障

该型船用燃气轮机的起动是受起动程序控制的，当按下“起动”按钮后，进入自动控制过程。

如果燃气轮机的起动逻辑程序故障或中断，控制系统接收到错误信号或信号丢失，将导致起动失败。

同时将断开点火系统，断开起动电机，关闭起动空气阀和起动燃油阀。

这类故障主要包括：

(1)压力信号器损坏；

(2)燃机“停机”按钮信号；

(3)起动电机380V电源中断；

(4)起动机接通逻辑破坏；

(5)燃机故障保护装置动作信号；

(6)舰船系统故障信号。 

2.起动电机故障

该型船用燃气轮机的起动是由起动电机通过外置传动箱、下部传动箱带动低压压气机、高压压气机起动的，如果起动电机故障，将导致起动失败。

起动电机故障主要有： 

(1)起动电机烧坏：

起动期间，电流表指示异常，电流很大，指针摆动，在机旁能闻到焦糊昧，有异常响声 ，有可能电机烧坏，应立即停机，并断开起动控制箱。

可能的原因有：

三相电流不平衡，外部或下部传动箱卡涩引起的过负载，接线柱松动引起电流过大或电弧放电短路，绕组匝间短路或相间短路等。

 (2)电机控制箱烧坏：

控制箱有异常响声，有烟冒出，有糊味，应立即停机。

检查控制箱，可能是电路板或接触器烧坏，主要是由于绝缘低、超负荷、接触不良引起的。

(3)电机停转：

起动过程中，某一台电机突然停转或不起动。

可能的原因有：

起动程序中止，控制优先顺序的控制组件损坏，接触器损坏，时间继电器损坏，接线松动或接触不良。

(4)电机轴承故障：

电机机体撞击声增大，振动加剧。

可能的原因有：

轴承缺少滑脂或滑油量太多，轴承损坏。

(5) 超速开关脱不开：

当压气机达到一定转速时，监控系统出现“起动机故障”报警。

可能的原因有：

卡簧失效，调压弹簧无法松开。

3.燃油压力低

燃油压力稳定在规定范围之内是燃气轮机成功起动的根本保证，如果燃油压力低于规定值，则燃烧不能继续进行，将导致燃气轮机自动停机，起动失败。

可能原因有：

(1)燃油增压泵故障，不能有效建立燃油压力；

(2)空气进入燃油系统或附件中，引起压力波动大，低至不能维持燃烧继续进行；

(3)燃油系统管路或滤器脏堵，燃油不流通 ；

(4)燃油管路破裂，导致燃油大量泄漏，油压降低；

(5)燃油压力调节阀故障，膜片损坏或阀芯卡死；

(6)燃油停车开关未打开；

(7)燃油泄油阀或故障泄油阀故障； 

(8)分配阀组件滑阀密封圈损坏；

(9)压力信号器故障，控制线路断路或虚焊，逻辑控制程序接收不到压力信号；

(10)燃油舱液位低或增压泵吸入口堵塞。

4.滑油压力低

滑油回油压力、滑油进口压力低于规定值，也将会导致燃气轮机故障停机，起动失败。

可能的原因有：

(1)滑油滤器脏堵；

(2)压力信号器故障，逻辑控制程序接收不到信号；

(3)电动供油泵没有工作或建立不起压力；

(4)滑油压力变送器故障；

(5)滑油循环柜出口单向阀卡死；

(6)滑油组件管道上的单向阀故障；

(7)滑油管路破裂或接头松动。 

5.点火前起动电机拖带低压轴或高压轴未达到预定转速

低压压气机、高压压气机转速低于点火前的规定转速，引起起动失败。

可能的原因有： 

(1)进气百叶窗未打开；

(2)起动电机故障； 

(3)转速传感器信号错误。 

6.点火不成功

在控制系统发出“停车开关打开”信号后数秒内，低压涡轮后燃气温度的增速低于规定值，没有发出“燃烧存在”信号，导致起动失败；即使在有“燃烧存在”信号，在规定时间内低压涡轮后燃气温度达不到规定值，也会导致起动失败。

这类故障主要包括：

(1)喷油嘴第2油路无空气或压力低。

可能的原因有：

空压站供气阀故障或未打开，第2油路供气电磁阀未打开。

(2)火花塞上没有等离子火花产生。

可能的原因有：

点火器控制箱故障，控制电路断路或接触不良，电缆与火花塞接头断线，点火电极故障。

(3)点火器喷嘴积垢或雾化不良。

(4)起动燃油没有压力。

可能的原因有：

起动控制电路故障，燃油阀故障，滤器堵塞 。

(5)高压压气机放气阀没有打开。

可能的原因有：放气阀的电磁空气开关未能给电磁阀供气，放气阀卡死，通流部分损坏，粉尘将放气阀堵死。 

7.燃气温度超限

该型船用燃气轮机在起动过程中低压涡轮后燃气温度超过规定值时，引起故障停机，起动失败。

可能造成燃气温度超温的原因有：

 (1)前一次起动失败没有进行冷吹，燃烧室内积有燃油；

(2)紧急停机后没有工艺冷吹，直接进行热态起动；

(3)温度测量系统故障；

(4)机旁电子监控装置故障；

(5)燃油喷嘴雾化不良；

(6)燃烧室火焰筒故障；

(7)通流部分损伤或轴承损坏，导致温度急剧升高。

针对该型船用燃气轮机的起动特点和起动过程可能出现的故障，操纵人员在起动过程中需要注意以下几个方面的问题，及时发现故障先兆，防止起动过程中出现不必要的故障 ；一旦发生故障，及时处置。

1.密切关注机旁监控板各时间节点仪表参数的变化。

起动过程中各个阶段首先表现在参数的变化上，起动电机电流的跃升，燃油、滑油、空气压力变化，燃气、滑油温度变化，高低压压气机转速变化等， 都直接反映着起动过程的具体情况，从而可以判断是否会发生故障。 

2.密切关注机旁监控板各时间节点的相关设备指示灯的接通与断开。

密切关注起动过程中各个阶段供油泵、回油泵、点火器、起动燃油阀、起动空气阀、放气阀等各种设备指示灯的接通与断开情况，对发现的故障及时进行排除。

3.根据参数变化及时调整操作，避免故障发生。

燃油压差大报警时，检查滤器，必要时转换滤器进行清洁。

燃油压力波动大，调整聚水型滤器和燃油压力调节阀。

滑油温度高时，检查冷却水是否正常。

燃气温度超过标准时，及时调整油门组件和起动阀组件。 

4.注意故障报警，及时掌握报警原因。

燃气轮机监控系统中监测点多，报警点也较多。 

机旁操作时，一部分报警的具体原因在机旁监控板没有显示，有时会产生误报警的情况。

因此，一旦发生报警，不论是否误报，都应查清原因，特别是滑油回油金属屑信号器报警，切不可因有误报而麻痹大意。

如果机旁没有显示，也没有发现异常情况，综合故障报警后，机旁操纵人员应及时向集控室了解报警原因。

集控室操纵人员应密切关注燃气轮机起动过程的监控参数和报警情况，并及时通知机旁操纵人员。

5.注意异常声音和振动的变化。

燃气轮机起动时噪音、振动都很大，值班人员应密切注意。

对出现异常声音和振动的部位及时检查，如果明显超过正常范围，且有扩大趋势时，应立即停机检查。

异常声音和振动可能由于轴承磨损或通流部分损坏而引起，这都是重大故障，应引起高度重视。

6.关注异常气味变化。

电缆、电器烧坏，滑油、燃油烧糊都有异常气味产生，电器、电缆、燃油起火也有不一样的气味产生。

燃气轮机运行管理过程中应密切关注这些异常气味的变化，及时查找原因，消除故障隐患。 

7.注意检查温度变化情况。 

燃气轮机起动过程中，起动电机、机体及箱装体温度升高迅速，用红外点温仪测量温度情况，并与以往正常起动温度记录进行比较，不宜过高。

起动电机温度过高，会引起电机绕组烧坏。

高压压气机机匣温度过高，可能的原因为燃烧室内燃油与空气配合不当或有积油。

箱装体温度过高，可能的原因为冷却空气挡板阀没有完全打开。

根据温度上升情况，及时排除或停机。

本文分析和总结了某型船用燃气轮机起动过程的特点，针对起动过程的特点，对燃气轮机起动过程中的可能出现的故障类型及其原因进行了细致的探讨。

通过典型故障分析，进一步提出了燃气轮机在实际起动和运行管理中操纵人员需要重点关注的问题，对燃气轮机的操作使用和故障排除具有重要的指导意义。

END