軸流通風機失速與喘振分析

1、1軸流通風機失速與喘振分析軸流通風機失速與喘振分析李春宏國華浙能寧海電廠摘要:通過闡述軸流通風機失速和喘振的機理，并分析實際生產中軸流通風機失速和喘振的發(fā)生過程最終給生產運行人員提出了處理該故障的方法。關鍵詞:軸流式通風機；失速；喘振；處理方法中圖分類號:TH432.1文獻標識碼:B文章編號：10068155（2008）02007704AnalysisonStallSurgeofAxialflowFanAbstract:Thispape

2、rspecifiesthemechanismofstallsurgeofaxialflowfananalyzestheoccurringprocessofstallsurgeduringtheactualmanufacturing.Finallythetreatmentfthisfaultispointedoutftheoperats.Keywds:axialflowfanstallsurgetreatment0引言我廠在調試和生產過程

3、中，一次風機和引風機（均為軸流通風機）曾多次發(fā)生失速和喘振，影響風機的安全、穩(wěn)定運行，對電廠的安全運行危害很大。生產運行人員對此現(xiàn)象的發(fā)生機理和處理方法頗有疑問和爭論。為此進行分析和探討，以幫助運行人員及時采取正確的處理手段，避免事故的擴大和設備的損壞。1失速與喘振的的成因機理分析1.11.1失速產生的機理風機處于正常工況時，沖角很小（氣流方向與葉片葉弦的夾角即為沖角），氣流繞過機翼型葉片而保持流線狀態(tài)，如圖1a所示。當氣流與葉片進口形

4、成正沖角，即α0，且此正沖角超過某一臨界值時，葉片背面流動工況開始惡化，邊界層受到破壞，在葉片背面尾端出現(xiàn)渦流區(qū)，即所謂“失速”現(xiàn)象，如圖1b所示。沖角大于臨界值越多，失速現(xiàn)象越嚴重，流體的流動阻力越大，使葉道阻塞，同時風機風壓也隨之迅速降低。圖1沖角與失速風機的葉片在加工及安裝過程中，由于各種原因使葉片不可能有完全相同的形狀和安裝角。因此，當運行工況變化而使流動方向發(fā)生偏離時，在各個葉片進口的沖角就不可能完全相同。如果某一葉片進口處的

5、沖角達到臨界值時，就首先在該葉片上發(fā)生失速，而不會所有葉片都同時發(fā)生失速。如圖2中，u是對應葉片上某點的周向速度；w是氣流對葉片的相對速度；α為沖角。假設葉片2和3間的葉道23首先由于失速出現(xiàn)氣流阻塞現(xiàn)象，葉道受堵塞后，通過的流量減少，在該葉道前形成低速停滯區(qū)，于是氣流分流進入兩側通道12和34，從而改變了原來的氣流方向，使流入葉道12的氣流沖角減小，而流入葉道34的沖角增大?？梢姡至鹘Y果使葉道12繞流情況有所改善，失速的可能性減小，

6、甚至消失；而葉道34內部卻因沖角增大而促使發(fā)生失速，從而又形成堵塞，使相鄰葉道發(fā)生失速。這種現(xiàn)象繼續(xù)進行下去，使失速所造成的堵塞區(qū)沿著與葉輪旋轉相反的方向推進，即產生所謂的“旋轉失速”現(xiàn)象。風機進入到不穩(wěn)定工況區(qū)運行，葉輪內將產生一個到數個旋轉失速區(qū)。葉片每經過一次失速區(qū)就會受到一次激振力的作用，從而可使葉片產生共振。此時，葉片的動應力增加，可能致使葉片斷裂，造成重大設備損壞事故。_________________________收稿日

7、期：20070926寧?？h3156123a′b′ab壓頭流量圖3工況變化與失速過程（定流量運行）（1）軸流通風機的pQ性能曲線是一組帶有駝峰形狀的曲線（見圖3）。風機動葉處的每一角度下都有一條與之對應的曲線，每一條曲線都具有一個最高風壓點通常稱為臨界點。不同動葉角度下曲線臨界點左半段有重合的部分。臨界點右半段則為動葉角度與曲線相對應。（2）以A、B兩臺并列運行的軸流通風機為例，假設兩臺風機工作點存在微小差別(實際運行中兩臺風機工作點也不

8、會完全相同，可能交替變化或者保持一定的差值)。通風系統(tǒng)正常狀態(tài)下，A、B兩臺風機風量為QA、QB，對應風機出口全風壓為p1，風機工作點分別在圖3中a、b位置上。這時的工作點都處在各自動葉角度下pQ性能曲線臨界點的右半段。風機處在穩(wěn)定狀態(tài)運行。即使兩臺風機動葉角度不一致或風量有較大偏差也能穩(wěn)定運行。若由于某種因素導致通風系統(tǒng)阻力增加，A、B風機的工作點將出現(xiàn)上移現(xiàn)象。如圖3所示，假設這時2臺風機仍需要保持風量QA、QB，由于通風系統(tǒng)阻力增

9、加，勢必要開大風機的動葉角度，提高出口全風壓來維持QA、QB不變。這時相應工作點要上移。當通風系統(tǒng)阻力增大到一定數值，A、B風機的工作點將上移至a′、b′位置。a′已是A風機此時動葉角度下pQ性能曲線上的臨界點。B風機的工作點b′則以微小差值仍處在相應動葉角度下pQ性能曲線上的臨界點的右端。這時系統(tǒng)壓力為p2。在A風機工作點上移至a′時即到達了喘振的邊緣。此狀態(tài)下系統(tǒng)壓力一旦出現(xiàn)波動系統(tǒng)壓力與A風機的全風壓之間就會產生一個微壓差在這個壓

10、差的作用下，A風機風量受阻風機出口的流速、總壓頭隨之下降，系統(tǒng)壓力與A風機全風壓之間的壓差進一步增大，A風機風量、壓頭繼續(xù)下降。這一過程處在惡性循環(huán)變化之中，直至A風機全風壓崩潰，風量倒流入風機。A風機工作點沿pQ性能曲線滑向左端，即是軸流通風機在實際運行中發(fā)生喘振的過程。受A風機喘振影響，系統(tǒng)壓力有所下降，B風機工作點對應的系統(tǒng)壓力沿pQ性能曲線迅速移向右下方，風量急劇增加，系統(tǒng)壓力由B風機維持。1.41.4實例分析上面圖例是風機在異

11、常工況下為維持一定流量而導致的失速，下面舉一實例分析風機在異常工況下為維持一定壓力而導致的失速。2007年9月4日，寧海電廠4號機因送風機跳閘觸發(fā)RB動作，4E磨、4D磨相繼跳閘。由于跳閘磨的一次風門連鎖關閉，導致一次風流量突然減少和一次風管阻力瞬時增大，母管壓力突升（見圖4）。在自動調節(jié)方式的兩臺一次風機為了維持母管壓力至設定值，它們的動葉均自動關小。在此過程中，風機出口流量減少，風速降低，沖角變大，逐漸向失速工況靠近。最終由于微小的

12、差別使得B一次風機首先到達了臨界工作點，出口流量突降，電機電流突降，母管壓力突降。為了維持壓力，它們的動葉又馬上自動開大。此時實際上只有A一次風機在出力，所以動葉開度要比原來大很多，但母管壓力反而低很多，從它們的電流變化上也可以看出。運行人員馬上將風機切換至手動控制，逐漸關小兩者的動葉開度。當關到一定開度時，B一次風機又越過了臨界工作點，開始出力，電流和母管壓力都有一個突升。隨后再根據電流值調整動葉開度，平衡兩者的出力，最終消除了故障。