軸流通風(fēng)機(jī)失速與喘振分析

1、1軸流通風(fēng)機(jī)失速與喘振分析軸流通風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)失速和喘振的機(jī)理，并分析實際生產(chǎn)中軸流通風(fēng)機(jī)失速和喘振的發(fā)生過程最終給生產(chǎn)運行人員提出了處理該故障的方法。關(guān)鍵詞:軸流式通風(fēng)機(jī)；失速；喘振；處理方法中圖分類號:TH432.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B文章編號：10068155（2008）02007704AnalysisonStallSurgeofAxialflowFanAbstract:Thispape

2、rspecifiesthemechanismofstallsurgeofaxialflowfananalyzestheoccurringprocessofstallsurgeduringtheactualmanufacturing.Finallythetreatmentfthisfaultispointedoutftheoperats.Keywds:axialflowfanstallsurgetreatment0引言我廠在調(diào)試和生產(chǎn)過程

3、中，一次風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)（均為軸流通風(fēng)機(jī)）曾多次發(fā)生失速和喘振，影響風(fēng)機(jī)的安全、穩(wěn)定運行，對電廠的安全運行危害很大。生產(chǎn)運行人員對此現(xiàn)象的發(fā)生機(jī)理和處理方法頗有疑問和爭論。為此進(jìn)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(kuò)大和設(shè)備的損壞。1失速與喘振的的成因機(jī)理分析1.11.1失速產(chǎn)生的機(jī)理風(fēng)機(jī)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(jī)翼型葉片而保持流線狀態(tài)，如圖1a所示。當(dāng)氣流與葉片進(jìn)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(yán)重，流體的流動阻力越大，使葉道阻塞，同時風(fēng)機(jī)風(fēng)壓也隨之迅速降低。圖1沖角與失速風(fēng)機(jī)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(dāng)運行工況變化而使流動方向發(fā)生偏離時，在各個葉片進(jìn)口的沖角就不可能完全相同。如果某一葉片進(jìn)口處的

5、沖角達(dá)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(yīng)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(shè)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(jìn)入兩側(cè)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。可見，分流結(jié)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(nèi)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(jìn)行下去，使失速所造成的堵塞區(qū)沿著與葉輪旋轉(zhuǎn)相反的方向推進(jìn)，即產(chǎn)生所謂的“旋轉(zhuǎn)失速”現(xiàn)象。風(fēng)機(jī)進(jìn)入到不穩(wěn)定工況區(qū)運行，葉輪內(nèi)將產(chǎn)生一個到數(shù)個旋轉(zhuǎn)失速區(qū)。葉片每經(jīng)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(chǎn)生共振。此時，葉片的動應(yīng)力增加，可能致使葉片斷裂，造成重大設(shè)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(fēng)機(jī)的pQ性能曲線是一組帶有駝峰形狀的曲線（見圖3）。風(fēng)機(jī)動葉處的每一角度下都有一條與之對應(yīng)的曲線，每一條曲線都具有一個最高風(fēng)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(yīng)。（2）以A、B兩臺并列運行的軸流通風(fēng)機(jī)為例，假設(shè)兩臺風(fēng)機(jī)工作點存在微小差別(實際運行中兩臺風(fēng)機(jī)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(fēng)系統(tǒng)正常狀態(tài)下，A、B兩臺風(fēng)機(jī)風(fēng)量為QA、QB，對應(yīng)風(fēng)機(jī)出口全風(fēng)壓為p1，風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)處在穩(wěn)定狀態(tài)運行。即使兩臺風(fēng)機(jī)動葉角度不一致或風(fēng)量有較大偏差也能穩(wěn)定運行。若由于某種因素導(dǎo)致通風(fēng)系統(tǒng)阻力增加，A、B風(fēng)機(jī)的工作點將出現(xiàn)上移現(xiàn)象。如圖3所示，假設(shè)這時2臺風(fēng)機(jī)仍需要保持風(fēng)量QA、QB，由于通風(fēng)系統(tǒng)阻力增

9、加，勢必要開大風(fēng)機(jī)的動葉角度，提高出口全風(fēng)壓來維持QA、QB不變。這時相應(yīng)工作點要上移。當(dāng)通風(fēng)系統(tǒng)阻力增大到一定數(shù)值，A、B風(fēng)機(jī)的工作點將上移至a′、b′位置。a′已是A風(fēng)機(jī)此時動葉角度下pQ性能曲線上的臨界點。B風(fēng)機(jī)的工作點b′則以微小差值仍處在相應(yīng)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(fēng)機(jī)工作點上移至a′時即到達(dá)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(fēng)機(jī)的全風(fēng)壓之間就會產(chǎn)生一個微壓差在這個壓

10、差的作用下，A風(fēng)機(jī)風(fēng)量受阻風(fēng)機(jī)出口的流速、總壓頭隨之下降，系統(tǒng)壓力與A風(fēng)機(jī)全風(fēng)壓之間的壓差進(jìn)一步增大，A風(fēng)機(jī)風(fēng)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(fēng)機(jī)全風(fēng)壓崩潰，風(fēng)量倒流入風(fēng)機(jī)。A風(fēng)機(jī)工作點沿pQ性能曲線滑向左端，即是軸流通風(fēng)機(jī)在實際運行中發(fā)生喘振的過程。受A風(fēng)機(jī)喘振影響，系統(tǒng)壓力有所下降，B風(fēng)機(jī)工作點對應(yīng)的系統(tǒng)壓力沿pQ性能曲線迅速移向右下方，風(fēng)量急劇增加，系統(tǒng)壓力由B風(fēng)機(jī)維持。1.41.4實例分析上面圖例是風(fēng)機(jī)在異

11、常工況下為維持一定流量而導(dǎo)致的失速，下面舉一實例分析風(fēng)機(jī)在異常工況下為維持一定壓力而導(dǎo)致的失速。2007年9月4日，寧海電廠4號機(jī)因送風(fēng)機(jī)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(fēng)門連鎖關(guān)閉，導(dǎo)致一次風(fēng)流量突然減少和一次風(fēng)管阻力瞬時增大，母管壓力突升（見圖4）。在自動調(diào)節(jié)方式的兩臺一次風(fēng)機(jī)為了維持母管壓力至設(shè)定值，它們的動葉均自動關(guān)小。在此過程中，風(fēng)機(jī)出口流量減少，風(fēng)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(fēng)機(jī)首先到達(dá)了臨界工作點，出口流量突降，電機(jī)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(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)切換至手動控制，逐漸關(guān)小兩者的動葉開度。當(dāng)關(guān)到一定開度時，B一次風(fēng)機(jī)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(jù)電流值調(diào)整動葉開度，平衡兩者的出力，最終消除了故障。