赵有龙，夏凯旋，范 旭，韦 涛

（中海油能源发展股份有限公司采油服务分公司，天津 300452）

矿山开采设备中动力装置以燃气透平技术为主，为保障机械设备正常运转提供了动力支撑。但是，矿山机械设备的施工环境极为复杂，加之设备连续工作，常处于超负荷状态，导致动力装置经常故障，影响了矿山开采计划。因此，为了确保矿山机械设备的稳定性能，尤其是动力装置的性能，本文从燃气透平的系统、工作原理及故障诱因等方面出发，提出相应的解决措施，为降低矿山机械设备事故率提供参考[1-3]。

1 系统介绍

燃气透平的主机部分是由压气机、燃烧室以及透平三大部件构成的，其压气机是燃气透平的主要组成部件之一，它是由固定在基础上不动的气缸和在气缸内旋转的转子两大部件组成，其作用是为燃气透平的运行提供高压力的空气。

1.1 可转导叶结构及工作原理

可转导叶VGV的结构主要由驱动器、扭矩轴、导叶驱动环和连杆组成，结构如图1所示，驱动器驱动扭矩轴带动连杆推动驱动环驱使可转叶片发生一定角度的偏转。

图1 可转导叶VGV结构

1.2 可转导叶VGV的作用

（1）防止喘振。压气机在启动时，VGV产生一定角度的偏转而改变进气气流的方向和流量，使得进气气流延压气机轴向避免发生低频的震荡而造成压气机喘振。

（2）降低启动负荷。由于压气机属于耗功部件，在启动时，可转导叶的调节可以减小压气机的气体流量降低进口流速，进而降低燃气透平启动器的启动负荷，对启动器起到一定的保护作用。

（3）负载调节。燃气透平在不同的负荷工况下，可转导叶调整角度调节进气流量的大小，可以实现机组工作效率的控制，使得负载变化与空气流量形成一定的比例关系。

（4）排气温度调节。对于拥有废热系统的机组而言，排气温度的恒定至关重要。燃气透平工作时，可转导叶调节角度调节进气流量，当气流减小时，可以提透平高排气温度，反之则降低透平排气温度，从而实现排气温度调节[4]。

2 故障分析

2.1 故障现象及诊断

某燃气透平机组在启动时，启动变频器显示启动电流高于正常值，当NGP到达85%时，机组突发轻微喘振，轴承振动值有略微升高，启动成功带负荷后，发现排气温度波动明显，停机检查故障原因。机组停机，拆卸压气机可转导叶护板，发现可转导叶驱动环根部附近存在严重的锈蚀痕迹。单独检查可转导叶驱动器执行机构，驱动器液压缸工作正常，但部分可转导叶无法驱动旋转。压气机定期壳上可转导叶根部已完全被锈渍粘结卡死，导致可转导叶无法转动。故判断可转导叶调节失效的原因为导叶驱动环根部锈蚀引发卡滞，致使机组启动时压气机可转导叶无法正常开启调节作用失效。

2.2 锈蚀原因分析

可转导叶（VGV）锈蚀卡滞原因是由于压缩机壳体中腐蚀所造成，腐蚀最常发生的位置通常在压缩机壳体的底部、可转导叶根部旋转孔处。当一个或多个叶片在定子列中卡滞或难以转动时，导致驱动可转导叶连杆臂发生弯曲变形，造成部分可转导叶与其他叶片角度存在差异从而破坏通过压缩机的气流，并导致压气机内局部的湍流区域，当压缩机叶片在这种湍流空气中旋转时，会有异常大的流体动力施加在叶片上而导致压缩机叶片疲劳失效[5]。

结合现场工况，针对可转导叶锈蚀的原因分析，确定由以下几种因素导致。

2.2.1 环境的因素

（1）环境湿度高。

（2）在昼夜温差剧烈的地区，冷启发动机吸入温暖潮湿的空气。

（3）洗车液（或蒸馏水不纯净）不符合要求，含有腐蚀性物质。

（4）高含盐环境。

2.2.2 操作的因素

（1）机组长时间停用状态。

（2）作为备用设备，启动少，无保养。

（3）未定期盘车检查。

（4）长时间停机未按要求充氮气保护。

2.2.3 设计的因素

（1）可转导叶及驱动机构的材质易发生锈蚀。

（2）驱动机构设计的不合理。

以上因素在不同程度的组合下会使设备暴露在各种湿度环境下，从而导致转转导叶根部旋转孔内腐蚀生锈或是旋转孔内结垢卡死。

3 处理措施

3.1 故障处理

当透平级组发生如下现象时应立即进行机组检查，检查是否可能出现VGV可转导叶发生故障。

（1）透平机组启动困难。

（2）机组启动过程中或停机时出现喘振现象。

（3）压气机出口压力（PCD）下降或波动。

（4）机组功效下降明显。

（5）机组轴承振动增高[6]。

拆开压气机护板将可转导叶移动圈的机械连杆拆开，用手逐一推动移动圈，检查该级可转导叶的转动情况，如可转导叶卡滞，发现明显锈迹，可将可转导叶周围腐蚀或积聚颗粒进行清除干净，再次检查可转导叶转动情况，如轻松灵活，则判断透平机组可以继续正常使用，如检查发生连杆臂弯曲变形、导叶仍无法转动，则需专业维修拆解，更换弯曲的连杆臂。

3.2 预防措施

（1）定期检查。检查每级可转导叶移动圈的机械连杆是否有弯曲变形，检查定位油漆是否脱落。检查每级、每一个的可转导叶的不锈钢连接片是否有定位油漆脱落现象。检查每级、每一个的可转导叶的不锈钢连接片是否有弯曲变形现象。检查不锈钢连接片和移动圈之间的橡胶垫是否脱离正常位置。检查每一个可转导叶根部的锈蚀情况，尤其格外注意压气机底部可转导叶的腐蚀情况。

（2）改善机组环境。降低机组环境湿度，要经常打开机组内空间加热器，并检测空气湿度。对备用长期停用机组，应使用氮封技术将机组内部与空气隔绝，减少暴露于高湿度空气环境中。使用合格的洗车液及高纯度蒸馏水对机组内部进行清洁，适当时候可加大洗车频次，洗车后应充分盘车将洗车残留液体排出。

（3）可转导叶定期转动保养。为降低可转导叶卡滞锁死或连杆臂弯曲出现，可定期手动喷洒防腐剂在可转导叶根部并手动旋转可转导叶防止卡滞。亦可采用人工输出可转导叶驱动液压执行机构信号驱动导叶旋转，对导叶进行转动保养。

（4）扭矩监测。如有条件，可采用先进的扭矩监测设备对可转导叶进行实时的扭矩检测，可设定保险的扭矩报警值，如发生扭矩增大可及时报警停机保护[7]。

4 结论

综上所述，矿山机械设备中动力装置的燃气透平进口可调导叶的正产运转与否，直接影响机组的启动及是否安全运行和功效，故燃气透平的日常维修及保养将极为重要，不仅要检查机组的外观情况，必要时应内窥镜检查机组内部情况以及必要的厂家年检，检查压气机叶片是否出现腐蚀变形、叶片表面涂层是否脱落等，均可以避免或减少可调导叶VGV发生故障的概率[8]。