礦山設(shè)備卡滯原因分析及處理措施

趙有龍，夏凱旋，范 旭，韋 濤

（中海油能源發(fā)展股份有限公司采油服務(wù)分公司，天津 300452）

礦山開采設(shè)備中動(dòng)力裝置以燃?xì)馔钙郊夹g(shù)為主，為保障機(jī)械設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供了動(dòng)力支撐。但是，礦山機(jī)械設(shè)備的施工環(huán)境極為復(fù)雜，加之設(shè)備連續(xù)工作，常處于超負(fù)荷狀態(tài)，導(dǎo)致動(dòng)力裝置經(jīng)常故障，影響了礦山開采計(jì)劃。因此，為了確保礦山機(jī)械設(shè)備的穩(wěn)定性能，尤其是動(dòng)力裝置的性能，本文從燃?xì)馔钙降南到y(tǒng)、工作原理及故障誘因等方面出發(fā)，提出相應(yīng)的解決措施，為降低礦山機(jī)械設(shè)備事故率提供參考[1-3]。

1 系統(tǒng)介紹

燃?xì)馔钙降闹鳈C(jī)部分是由壓氣機(jī)、燃燒室以及透平三大部件構(gòu)成的，其壓氣機(jī)是燃?xì)馔钙降闹饕M成部件之一，它是由固定在基礎(chǔ)上不動(dòng)的氣缸和在氣缸內(nèi)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子兩大部件組成，其作用是為燃?xì)馔钙降倪\(yùn)行提供高壓力的空氣。

1.1 可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)及工作原理

可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉VGV的結(jié)構(gòu)主要由驅(qū)動(dòng)器、扭矩軸、導(dǎo)葉驅(qū)動(dòng)環(huán)和連桿組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示，驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)扭矩軸帶動(dòng)連桿推動(dòng)驅(qū)動(dòng)環(huán)驅(qū)使可轉(zhuǎn)葉片發(fā)生一定角度的偏轉(zhuǎn)。

圖1 可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉VGV結(jié)構(gòu)

1.2 可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉VGV的作用

（1）防止喘振。壓氣機(jī)在啟動(dòng)時(shí)，VGV產(chǎn)生一定角度的偏轉(zhuǎn)而改變進(jìn)氣氣流的方向和流量，使得進(jìn)氣氣流延壓氣機(jī)軸向避免發(fā)生低頻的震蕩而造成壓氣機(jī)喘振。

（2）降低啟動(dòng)負(fù)荷。由于壓氣機(jī)屬于耗功部件，在啟動(dòng)時(shí)，可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉的調(diào)節(jié)可以減小壓氣機(jī)的氣體流量降低進(jìn)口流速，進(jìn)而降低燃?xì)馔钙絾?dòng)器的啟動(dòng)負(fù)荷，對(duì)啟動(dòng)器起到一定的保護(hù)作用。

（3）負(fù)載調(diào)節(jié)。燃?xì)馔钙皆诓煌呢?fù)荷工況下，可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉調(diào)整角度調(diào)節(jié)進(jìn)氣流量的大小，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)組工作效率的控制，使得負(fù)載變化與空氣流量形成一定的比例關(guān)系。

（4）排氣溫度調(diào)節(jié)。對(duì)于擁有廢熱系統(tǒng)的機(jī)組而言，排氣溫度的恒定至關(guān)重要。燃?xì)馔钙焦ぷ鲿r(shí)，可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉調(diào)節(jié)角度調(diào)節(jié)進(jìn)氣流量，當(dāng)氣流減小時(shí)，可以提透平高排氣溫度，反之則降低透平排氣溫度，從而實(shí)現(xiàn)排氣溫度調(diào)節(jié)[4]。

2 故障分析

2.1 故障現(xiàn)象及診斷

某燃?xì)馔钙綑C(jī)組在啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)變頻器顯示啟動(dòng)電流高于正常值，當(dāng)NGP到達(dá)85%時(shí)，機(jī)組突發(fā)輕微喘振，軸承振動(dòng)值有略微升高，啟動(dòng)成功帶負(fù)荷后，發(fā)現(xiàn)排氣溫度波動(dòng)明顯，停機(jī)檢查故障原因。機(jī)組停機(jī)，拆卸壓氣機(jī)可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉護(hù)板，發(fā)現(xiàn)可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉驅(qū)動(dòng)環(huán)根部附近存在嚴(yán)重的銹蝕痕跡。單獨(dú)檢查可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉驅(qū)動(dòng)器執(zhí)行機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)器液壓缸工作正常，但部分可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉無(wú)法驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。壓氣機(jī)定期殼上可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉根部已完全被銹漬粘結(jié)卡死，導(dǎo)致可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)。故判斷可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉調(diào)節(jié)失效的原因?yàn)閷?dǎo)葉驅(qū)動(dòng)環(huán)根部銹蝕引發(fā)卡滯，致使機(jī)組啟動(dòng)時(shí)壓氣機(jī)可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉無(wú)法正常開啟調(diào)節(jié)作用失效。

2.2 銹蝕原因分析

可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉（VGV）銹蝕卡滯原因是由于壓縮機(jī)殼體中腐蝕所造成，腐蝕最常發(fā)生的位置通常在壓縮機(jī)殼體的底部、可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉根部旋轉(zhuǎn)孔處。當(dāng)一個(gè)或多個(gè)葉片在定子列中卡滯或難以轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉連桿臂發(fā)生彎曲變形，造成部分可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉與其他葉片角度存在差異從而破壞通過(guò)壓縮機(jī)的氣流，并導(dǎo)致壓氣機(jī)內(nèi)局部的湍流區(qū)域，當(dāng)壓縮機(jī)葉片在這種湍流空氣中旋轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)有異常大的流體動(dòng)力施加在葉片上而導(dǎo)致壓縮機(jī)葉片疲勞失效[5]。

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工況，針對(duì)可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉銹蝕的原因分析，確定由以下幾種因素導(dǎo)致。

2.2.1 環(huán)境的因素

（1）環(huán)境濕度高。

（2）在晝夜溫差劇烈的地區(qū)，冷啟發(fā)動(dòng)機(jī)吸入溫暖潮濕的空氣。

（3）洗車液（或蒸餾水不純凈）不符合要求，含有腐蝕性物質(zhì)。

（4）高含鹽環(huán)境。

2.2.2 操作的因素

（1）機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間停用狀態(tài)。

（2）作為備用設(shè)備，啟動(dòng)少，無(wú)保養(yǎng)。

（3）未定期盤車檢查。

（4）長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)未按要求充氮?dú)獗Ｗo(hù)。

2.2.3 設(shè)計(jì)的因素

（1）可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的材質(zhì)易發(fā)生銹蝕。

（2）驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的不合理。

以上因素在不同程度的組合下會(huì)使設(shè)備暴露在各種濕度環(huán)境下，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)葉根部旋轉(zhuǎn)孔內(nèi)腐蝕生銹或是旋轉(zhuǎn)孔內(nèi)結(jié)垢卡死。

3 處理措施

3.1 故障處理

當(dāng)透平級(jí)組發(fā)生如下現(xiàn)象時(shí)應(yīng)立即進(jìn)行機(jī)組檢查，檢查是否可能出現(xiàn)VGV可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉發(fā)生故障。

（1）透平機(jī)組啟動(dòng)困難。

（2）機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中或停機(jī)時(shí)出現(xiàn)喘振現(xiàn)象。

（3）壓氣機(jī)出口壓力（PCD）下降或波動(dòng)。

（4）機(jī)組功效下降明顯。

（5）機(jī)組軸承振動(dòng)增高[6]。

拆開壓氣機(jī)護(hù)板將可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉移動(dòng)圈的機(jī)械連桿拆開，用手逐一推動(dòng)移動(dòng)圈，檢查該級(jí)可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉的轉(zhuǎn)動(dòng)情況，如可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉卡滯，發(fā)現(xiàn)明顯銹跡，可將可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉周圍腐蝕或積聚顆粒進(jìn)行清除干凈，再次檢查可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉轉(zhuǎn)動(dòng)情況，如輕松靈活，則判斷透平機(jī)組可以繼續(xù)正常使用，如檢查發(fā)生連桿臂彎曲變形、導(dǎo)葉仍無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)，則需專業(yè)維修拆解，更換彎曲的連桿臂。

3.2 預(yù)防措施

（1）定期檢查。檢查每級(jí)可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉移動(dòng)圈的機(jī)械連桿是否有彎曲變形，檢查定位油漆是否脫落。檢查每級(jí)、每一個(gè)的可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉的不銹鋼連接片是否有定位油漆脫落現(xiàn)象。檢查每級(jí)、每一個(gè)的可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉的不銹鋼連接片是否有彎曲變形現(xiàn)象。檢查不銹鋼連接片和移動(dòng)圈之間的橡膠墊是否脫離正常位置。檢查每一個(gè)可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉根部的銹蝕情況，尤其格外注意壓氣機(jī)底部可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉的腐蝕情況。

（2）改善機(jī)組環(huán)境。降低機(jī)組環(huán)境濕度，要經(jīng)常打開機(jī)組內(nèi)空間加熱器，并檢測(cè)空氣濕度。對(duì)備用長(zhǎng)期停用機(jī)組，應(yīng)使用氮封技術(shù)將機(jī)組內(nèi)部與空氣隔絕，減少暴露于高濕度空氣環(huán)境中。使用合格的洗車液及高純度蒸餾水對(duì)機(jī)組內(nèi)部進(jìn)行清潔，適當(dāng)時(shí)候可加大洗車頻次，洗車后應(yīng)充分盤車將洗車殘留液體排出。

（3）可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉定期轉(zhuǎn)動(dòng)保養(yǎng)。為降低可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉卡滯鎖死或連桿臂彎曲出現(xiàn)，可定期手動(dòng)噴灑防腐劑在可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉根部并手動(dòng)旋轉(zhuǎn)可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉防止卡滯。亦可采用人工輸出可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉驅(qū)動(dòng)液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)信號(hào)驅(qū)動(dòng)導(dǎo)葉旋轉(zhuǎn)，對(duì)導(dǎo)葉進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)保養(yǎng)。

（4）扭矩監(jiān)測(cè)。如有條件，可采用先進(jìn)的扭矩監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉進(jìn)行實(shí)時(shí)的扭矩檢測(cè)，可設(shè)定保險(xiǎn)的扭矩報(bào)警值，如發(fā)生扭矩增大可及時(shí)報(bào)警停機(jī)保護(hù)[7]。

4 結(jié)論

綜上所述，礦山機(jī)械設(shè)備中動(dòng)力裝置的燃?xì)馔钙竭M(jìn)口可調(diào)導(dǎo)葉的正產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)與否，直接影響機(jī)組的啟動(dòng)及是否安全運(yùn)行和功效，故燃?xì)馔钙降娜粘＞S修及保養(yǎng)將極為重要，不僅要檢查機(jī)組的外觀情況，必要時(shí)應(yīng)內(nèi)窺鏡檢查機(jī)組內(nèi)部情況以及必要的廠家年檢，檢查壓氣機(jī)葉片是否出現(xiàn)腐蝕變形、葉片表面涂層是否脫落等，均可以避免或減少可調(diào)導(dǎo)葉VGV發(fā)生故障的概率[8]。