CN115144188A - 一种船用燃气轮机超温故障停机排查方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种船用燃气轮机超温故障停机排查方法，涉及船用燃气轮机领域，该方法通过对船用燃气轮机的起动过程、工况运行两个不同超温发生的阶段进行分析排查，确定起动过程阶段的超温故障停机是由初始系统状态异常导致的，而在工况运行阶段根据监测机低压涡轮后平均温度和控制机低压涡轮后平均温度的温度大小关系确定对应的故障排查结果，该方法根据超温故障发生的具体现象，指明了针对性的排查方法，该方法实用，可高效排查燃气轮机超温停机故障，对恢复燃气轮机稳定运行具有重要意义。

Description

一种船用燃气轮机超温故障停机排查方法

技术领域

本申请涉及船用燃气轮机领域，尤其是一种船用燃气轮机超温故障停机排查方法。

背景技术

为了保证机组运行安全，燃气轮机具有温度控制功能，也即在发生超温故障时停机，当燃气轮机出现超温停机的情况时，应当尽快对引起超温停机的故障进行排障，但是可能引起燃气轮机超温故障停机的情况较多，往往很难有效快速有效排查，对燃气轮机的稳定运行造成重大隐患。

发明内容

本申请人针对上述问题及技术需求，提出了一种船用燃气轮机超温故障停机排查方法，本申请的技术方案如下：

一种船用燃气轮机超温故障停机排查方法，该方法包括：

当船用燃气轮机在起动过程阶段出现超温故障停机时，确定船用燃气轮机的初始系统状态异常并进行排查；

当船用燃气轮机在工况运行阶段出现超温故障停机时，若故障发生时的高压压气机转速N₂<N₀，则根据监测机低压涡轮后平均温度T0_4m、控制机低压涡轮后平均温度T0_4c与第一停机保护温度T0_4A的温度大小关系确定对应的故障排查结果；若故障发生时的高压压气机转速N₂≥N₀，则根据监测机低压涡轮后平均温度T0_4m、控制机低压涡轮后平均温度T0_4c、第一停机保护温度T0_4A以及第二停机保护温度T0_4B的温度大小关系确定对应的故障排查结果；N₀是转速设定值，T0_4A<T0_4B。

其进一步的技术方案为，当N₂<N₀时，确定对应的故障排查结果的方法包括：

当监测机低压涡轮后平均温度T0_4m和控制机低压涡轮后平均温度T0_4c不一致时，根据第一停机保护温度T0_4A确定存在故障的平均温度的采集通道；

当监测机低压涡轮后平均温度T0_4m和控制机低压涡轮后平均温度T0_4c一致时，根据第一停机保护温度T0_4A确定脉冲温度调节器发生故障或者低压涡轮后燃气温度存在超温故障。

其进一步的技术方案为，根据第一停机保护温度T0_4A确定存在故障的平均温度的采集通道，包括：

当T0_4m≥T0_4A且T0_4c在对应的工作范围内时，确定监测机低压涡轮后平均温度T0_4m的采集通道存在故障；

当T0_4c≥T0_4A且T0_4m在对应的工作范围内时，确定控制机低压涡轮后平均温度T0_4c的采集通道存在故障。

其进一步的技术方案为，当监测机低压涡轮后平均温度T0_4m和控制机低压涡轮后平均温度T0_4c一致时：

若T0_4m<T0_4A、T0_4c<T0_4A，确定脉冲温度调节器发生故障；

若T0_4m≥T0_4A、T0_4c≥T0_4A，首先对脉冲温度调节器进行功能检查，若确定脉冲温度调节器无故障，则确定低压涡轮后燃气温度存在超温故障。

其进一步的技术方案为，当N₂≥N₀时，确定对应的故障排查结果的方法包括：

当监测机低压涡轮后平均温度T0_4m和控制机低压涡轮后平均温度T0_4c不一致时，根据第二停机保护温度T0_4B确定存在故障的平均温度的采集通道；

当监测机低压涡轮后平均温度T0_4m和控制机低压涡轮后平均温度T0_4c一致时，根据第一停机保护温度T0_4A以及第二停机保护温度T0_4B确定高压压气机转速N₂的采集通道发生故障，或者脉冲温度调节器发生故障或者低压涡轮后燃气温度存在超温故障。

其进一步的技术方案为，根据第二停机保护温度T0_4B确定存在故障的平均温度的采集通道，包括：

当T0_4m≥T0_4B且T0_4c在对应的工作范围内时，确定监测机低压涡轮后平均温度T0_4m的采集通道存在故障；

当T0_4c≥T0_4B且T0_4m在对应的工作范围内时，确定控制机低压涡轮后平均温度T0_4c的采集通道存在故障。

其进一步的技术方案为，当监测机低压涡轮后平均温度T0_4m和控制机低压涡轮后平均温度T0_4c一致时：

当T0_4A<T0_4m<T0_4B、T0_4A<T0_4c<T0_4B时，若高压压气机转速N₂存在波动现象，则确定高压压气机转速N₂的采集通道发生故障；若高压压气机转速N₂不存在波动现象，则确定脉冲温度调节器发生故障；

当T0_4m≥T0_4B且T0_4c≥T0_4B时，首先对脉冲温度调节器进行功能检查，若确定脉冲温度调节器无故障，则确定低压涡轮后燃气温度存在超温故障。

其进一步的技术方案为，确定船用燃气轮机的初始系统状态异常并进行排查，包括：

当起动过程阶段的燃气温度上升速率超过第一速率阈值，且燃油供应速率超过第二速率阈值时，确定燃油组件的供油量不合理且偏大；

当起动过程阶段的燃气温度压气机转速上升速率小于第三速率阈值，且燃气温度持续上升时，确定燃气轮机发生热悬挂，首先排查高压压气机防喘放气阀的状态，当确定高压压气机防喘放气阀无故障时，排查起动前的低压涡轮后燃气温度的静态值。

本申请的有益技术效果是：

本申请公开了一种船用燃气轮机超温故障停机排查方法，该方法通过对船用燃气轮机的起动过程、工况运行两个不同超温发生的阶段进行分析排查，根据超温故障发生的具体现象，指明了针对性的排查方法，该方法实用，可高效排查燃气轮机超温停机故障，对恢复燃气轮机稳定运行具有重要意义。

附图说明

图1是本申请一个实施例中，当船用燃气轮机出现超温故障停机时，各种不同的参数情况下的故障排查结果。

具体实施方式

下面结合附图对本申请的具体实施方式做进一步说明。

本申请公开了一种船用燃气轮机超温故障停机排查方法，请参考图1所示的流程图，该方法包括如下步骤：

首先，区分出现超温故障停机的阶段，包括两大类：

一、当船用燃气轮机在起动过程阶段出现超温故障停机时，确定船用燃气轮机的初始系统状态异常并进行排查。主要有两种情况：

当起动过程阶段的燃气温度上升速率超过第一速率阈值，且燃油供应速率超过第二速率阈值时，也即起动过程燃气温度升速较正常过快，且燃油供应速率快，则确定燃油组件的供油量不合理且偏大，应当逆时针调整燃油组件上的起动螺钉，减少起动前半程供油量。

当起动过程阶段的燃气温度压气机转速上升速率小于第三速率阈值，且燃气温度持续上升时，也即压气机转速升速停滞不前，燃气温度持续上升时，确定燃气轮机发生热悬挂。确定是因为发生热悬挂而导致超温故障停机时，首先排查高压压气机防喘放气阀的状态，当高压压气机防喘放气阀未打开或比规定程序提前关闭时，确定高压压气机防喘放气阀状态异常、存在故障，否则确定高压压气机防喘放气阀无故障，则排查起动前的低压涡轮后燃气温度T0₄的静态值，具体排查低压涡轮后燃气温度T0₄的静态值是否较以往偏高，偏高则应多吃冷吹，以降低低压涡轮后燃气温度T0₄的静态值。

二、当船用燃气轮机在工况运行阶段出现超温故障停机时，确定船用燃气轮机运行过程中的参数存在异常。则根据故障发生时的高压压气机转速N₂的大小分为如下两类：

1、若故障发生时的高压压气机转速N₂<N₀，则根据监测机低压涡轮后平均温度T0_4m、控制机低压涡轮后平均温度T0_4c与第一停机保护温度T0_4A的温度大小关系确定对应的故障排查结果，N₀是转速设定值。确定对应的故障排查结果的方法为：

当监测机低压涡轮后平均温度T0_4m和控制机低压涡轮后平均温度T0_4c不一致时，根据第一停机保护温度T0_4A确定存在故障的平均温度的采集通道。具体的：

(1.1)当T0_4m≥T0_4A且T0_4c在对应的工作范围内时，确定监测机低压涡轮后平均温度T0_4m的采集通道存在故障，应当排查监测机低压涡轮后平均温度T0_4m的采集通道对应的温度传感器。

(1.2)当T0_4c≥T0_4A且T0_4m在对应的工作范围内时，确定控制机低压涡轮后平均温度T0_4c的采集通道存在故障，应当排查控制机低压涡轮后平均温度T0_4c的采集通道对应的温度传感器。

当监测机低压涡轮后平均温度T0_4m和控制机低压涡轮后平均温度T0_4c一致时，确定两个平均温度的采集通道无故障，则根据第一停机保护温度T0_4A确定脉冲温度调节器发生故障或者低压涡轮后燃气温度存在超温故障。具体的：

(1.3)若T0_4m<T0_4A、T0_4c<T0_4A，确定脉冲温度调节器发生故障，应当排查脉冲温度调节器及其采集通道对应的温度传感器。

(1.4)若T0_4m≥T0_4A、T0_4c≥T0_4A，首先对脉冲温度调节器进行功能检查，若确定脉冲温度调节器无故障，则确定低压涡轮后燃气温度存在超温故障，需对燃油系统、压气机、燃烧室等进行检查。

2、若故障发生时的高压压气机转速N₂≥N₀，则根据监测机低压涡轮后平均温度T0_4m、控制机低压涡轮后平均温度T0_4c、第一停机保护温度T0_4A以及第二停机保护温度T0_4B的温度大小关系确定对应的故障排查结果，N₀是转速设定值，T0_4A<T0_4B。确定对应的故障排查结果的方法为：

当监测机低压涡轮后平均温度T0_4m和控制机低压涡轮后平均温度T0_4c不一致时，根据第二停机保护温度T0_4B确定存在故障的平均温度的采集通道。具体的：

(2.1)当T0_4m≥T0_4B且T0_4c在对应的工作范围内时，确定监测机低压涡轮后平均温度T0_4m的采集通道存在故障。

(2.2)当T0_4c≥T0_4B且T0_4m在对应的工作范围内时，确定控制机低压涡轮后平均温度T0_4c的采集通道存在故障。

(2.3)当T0_4A<T0_4m<T0_4B、T0_4A<T0_4c<T0_4B时，首先排查高压压气机转速N₂，若高压压气机转速N₂存在波动现象，则确定高压压气机转速N₂的采集通道发生故障。若高压压气机转速N₂不存在波动现象，则确定脉冲温度调节器发生故障。

(2.4)当T0_4m≥T0_4B且T0_4c≥T0_4B时，首先对脉冲温度调节器进行功能检查，若确定脉冲温度调节器无故障，则确定低压涡轮后燃气温度存在超温故障，需对燃油系统、压气机、燃烧室等进行检查。

在一个应用实例中，某燃气轮机起动后，高压压气机转速N₂从2000r/min上升到4800r/min后停止上升，而低压涡轮后燃气温度T0₄逐渐增高至600℃达到温度保护值导致燃气轮机出现超温故障停机。由于超温故障停机发生在起动过程，且压气机转速停滞不前而燃气温度持续上升，因此按照本申请的方法确定燃气轮机发生了热悬挂。首先排查高压压气机防喘放气阀，确定高压压气机防喘放气阀正常按程序打开且动作正常，由此可以确定高压压气机防喘放气阀不存在故障。继而查询历史数据，发现起动前低压涡轮后燃气温度T0₄的静态值为180℃，而以往经验数据一般只有30℃～120℃，则由此可以确定是低压涡轮后燃气温度T0₄的静态值过高而出现热悬挂产生的超温故障停机。确定该故障后，停机并进行多次冷吹，使得低压涡轮后燃气温度T0₄的静态值降为60℃，随后起动燃气轮机，最终燃气轮机起动成功并进入工况运行。

在另一个应用实例中，某燃气轮机起动完成进入工况运行并连续运行50小时后，在80％额定工况突发超温故障停机。由于超温故障停机发生在工况运行阶段，因此比较T0_4m和T0_4c，判断T0_4m和T0_4c均在各自对应的工作范围内(80％额定工况T0₄在640～660℃区间)、均处于正常状态，则确定两个平均温度的采集通道均未发生故障，故障发生在其他部件。在该实施例中，高压压气机转速N₂＝8600r/min、转速设定值N₀＝8000r/min，两个停机保护值T0_4A＝600℃、T0_4B＝800℃，由于N₂≥N₀，且T0_4A<T0_4m<T0_4B、T0_4A<T0_4c<T0_4B，则首先排查高压压气机转速N₂是否存在波动现象。经过查询运行数据发现，控制机高压压气机转速存在波动现象，在故障发生时，高压压气机转速从8610r/min波动至7950r/min，导致控制系统判断高压压气机转速低于转速设定值且T0₄为650℃高于停机保护值T0_4A而产生超温故障停机。由此可以确定是高压压气机转速N₂的采集通道发生故障而导致的超温故障停机，最终通过对控制机高压压气机转速的采集通道的检查发现，控制机高压转速采集板异常，更换后，故障排除。

以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本申请不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本申请的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种船用燃气轮机超温故障停机排查方法，其特征在于，所述方法包括：

当船用燃气轮机在起动过程阶段出现超温故障停机时，确定所述船用燃气轮机的初始系统状态异常并进行排查；

当船用燃气轮机在工况运行阶段出现超温故障停机时，若故障发生时的高压压气机转速N₂<N₀，则根据监测机低压涡轮后平均温度T0_4m、控制机低压涡轮后平均温度T0_4c与第一停机保护温度T0_4A的温度大小关系确定对应的故障排查结果；若故障发生时的高压压气机转速N₂≥N₀，则根据监测机低压涡轮后平均温度T0_4m、控制机低压涡轮后平均温度T0_4c、第一停机保护温度T0_4A以及第二停机保护温度T0_4B的温度大小关系确定对应的故障排查结果；N₀是转速设定值，T0_4A<T0_4B。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当N₂<N₀时，确定对应的故障排查结果的方法包括：

当监测机低压涡轮后平均温度T0_4m和控制机低压涡轮后平均温度T0_4c不一致时，根据第一停机保护温度T0_4A确定存在故障的平均温度的采集通道；

当监测机低压涡轮后平均温度T0_4m和控制机低压涡轮后平均温度T0_4c一致时，根据第一停机保护温度T0_4A确定脉冲温度调节器发生故障或者低压涡轮后燃气温度存在超温故障。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据第一停机保护温度T0_4A确定存在故障的平均温度的采集通道，包括：

当T0_4m≥T0_4A且T0_4c在对应的工作范围内时，确定监测机低压涡轮后平均温度T0_4m的采集通道存在故障；

当T0_4c≥T0_4A且T0_4m在对应的工作范围内时，确定控制机低压涡轮后平均温度T0_4c的采集通道存在故障。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当监测机低压涡轮后平均温度T0_4m和控制机低压涡轮后平均温度T0_4c一致时：

若T0_4m<T0_4A、T0_4c<T0_4A，确定脉冲温度调节器发生故障；

若T0_4m≥T0_4A、T0_4c≥T0_4A，首先对脉冲温度调节器进行功能检查，若确定脉冲温度调节器无故障，则确定低压涡轮后燃气温度存在超温故障。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当N₂≥N₀时，确定对应的故障排查结果的方法包括：

当监测机低压涡轮后平均温度T0_4m和控制机低压涡轮后平均温度T0_4c不一致时，根据第二停机保护温度T0_4B确定存在故障的平均温度的采集通道；

当监测机低压涡轮后平均温度T0_4m和控制机低压涡轮后平均温度T0_4c一致时，根据第一停机保护温度T0_4A以及第二停机保护温度T0_4B确定高压压气机转速N₂的采集通道发生故障，或者脉冲温度调节器发生故障或者低压涡轮后燃气温度存在超温故障。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据第二停机保护温度T0_4B确定存在故障的平均温度的采集通道，包括：

当T0_4m≥T0_4B且T0_4c在对应的工作范围内时，确定监测机低压涡轮后平均温度T0_4m的采集通道存在故障；

当T0_4c≥T0_4B且T0_4m在对应的工作范围内时，确定控制机低压涡轮后平均温度T0_4c的采集通道存在故障。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，当监测机低压涡轮后平均温度T0_4m和控制机低压涡轮后平均温度T0_4c一致时：

当T0_4A<T0_4m<T0_4B、T0_4A<T0_4c<T0_4B时，若高压压气机转速N₂存在波动现象，则确定高压压气机转速N₂的采集通道发生故障；若高压压气机转速N₂不存在波动现象，则确定脉冲温度调节器发生故障；

当T0_4m≥T0_4B且T0_4c≥T0_4B时，首先对脉冲温度调节器进行功能检查，若确定脉冲温度调节器无故障，则确定低压涡轮后燃气温度存在超温故障。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述船用燃气轮机的初始系统状态异常并进行排查，包括：

当起动过程阶段的燃气温度上升速率超过第一速率阈值，且燃油供应速率超过第二速率阈值时，确定燃油组件的供油量不合理且偏大；

当起动过程阶段的燃气温度压气机转速上升速率小于第三速率阈值，且燃气温度持续上升时，确定燃气轮机发生热悬挂，首先排查高压压气机防喘放气阀的状态，当确定高压压气机防喘放气阀无故障时，排查起动前的低压涡轮后燃气温度的静态值。

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