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軸流風(fēng)機的失速和喘振及預防

失速是風(fēng)機本身特性引起的
喘振是風(fēng)壓由于管道壓力的滯后導致與風(fēng)機出口壓力周期性變化,就來(lái)來(lái)回倒騰
搶風(fēng)如這個(gè)詞,兩臺風(fēng)機不是你出力大就是我大,搞的最后兩敗俱傷。

軸流風(fēng)機的喘振與失速是不同的情況可以簡(jiǎn)單概括如下:
喘振一般發(fā)生在性能曲線(xiàn)帶駝峰的軸流風(fēng)機低負荷運行時(shí);
失速一般發(fā)生在動(dòng)葉可調軸流風(fēng)機的高負荷區。主要是動(dòng)葉指令太大導致,葉片進(jìn)風(fēng)沖角過(guò)大引起葉片尾部脫流產(chǎn)生風(fēng)機失速帶駝峰
搶風(fēng)是當并聯(lián)軸流風(fēng)機中的一臺發(fā)生喘振或失速時(shí)人們的一般性叫法。

   

   軸流式風(fēng)機在運轉時(shí)氣流是沿著(zhù)軸向進(jìn)入風(fēng)機室,空氣在風(fēng)機葉輪處受擠壓,又沿著(zhù)軸向流出的風(fēng)機,空氣在不斷旋轉的葉輪處獲得能量。

  液壓缸調節原理:葉片需開(kāi)大時(shí),伺服機帶動(dòng)調節桿向開(kāi)大的方向旋轉一定角度,則伺服閥芯向后移動(dòng),液壓油進(jìn)入液壓缸體后腔,前腔油通過(guò)回油管返回至油箱,液壓缸體向后移動(dòng),葉片開(kāi)大,此時(shí)和缸體連在一起的反饋桿也一同向后移動(dòng),而反饋桿帶動(dòng)伺服閥套向后移動(dòng)相同的距離,從而堵住進(jìn)油孔,停止進(jìn)油,保持葉片在某一開(kāi)度;若葉片需關(guān)小時(shí),伺服機帶動(dòng)調節桿向關(guān)小的方向旋轉一定角度,則伺服閥芯向前移動(dòng),液壓油進(jìn)入液壓缸體前腔,后腔油通過(guò)回油管返回至油箱,液壓缸體向前移動(dòng),葉片關(guān)小,此時(shí)和缸體連在一起的反饋桿也一同向前移動(dòng),而反饋桿帶動(dòng)伺服閥套向前移動(dòng)相同的距離,從而堵住進(jìn)油孔,停止進(jìn)油,保持葉片在某一開(kāi)度。液壓缸調節頭處各閥、軸封的微量泄漏油通過(guò)泄漏油管返回的油箱。

一、軸流風(fēng)機的失速與喘振

1、軸流風(fēng)機的失速

軸流風(fēng)機葉片通常都是流線(xiàn)型的,設計工況下運行時(shí),氣流沖角(氣流方向與葉片葉弦的夾角α即為沖角為零或很小,氣流則繞過(guò)機翼型葉片而保持流線(xiàn)平穩的狀態(tài),如圖1a所示;當氣流與葉片進(jìn)口形成正沖角且此正沖角超過(guò)某一臨界值時(shí),葉片背面流動(dòng)工況則開(kāi)始惡化,邊界層受到破壞,在葉片背面尾端出現渦流區,即所謂“失速”現象,如圖1b所示;沖角α大于臨界值越多,失速現象就越嚴重,流體的流動(dòng)阻力也就越大,嚴重時(shí)還會(huì )使葉道阻塞,同時(shí)風(fēng)機風(fēng)壓也會(huì )隨之迅速降低。 

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風(fēng)機的葉片在制造及安裝過(guò)程中,由于各種客觀(guān)因素的存在,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(dòng)方向發(fā)生偏離時(shí),在各個(gè)葉片進(jìn)口的沖角就不可能完全相同。當某一葉片進(jìn)口處的沖角達到臨界值時(shí),就可能首先在該葉片上發(fā)生失速,并非是所有葉片都會(huì )同時(shí)發(fā)生失速,失速可能會(huì )發(fā)生在一個(gè)或幾個(gè)區域,該區域內也可能包括一個(gè)或多個(gè)葉片;由于失速區不是靜止的,它會(huì )從一個(gè)葉片向另一個(gè)葉片或一組葉片擴散;如圖2所示,若在葉道2中出現脫流,葉道由于受脫流區的排擠變窄,流量減小,則氣流分別進(jìn)入相鄰的1、3葉道,使1、3葉道的氣流方向改變。結果使流入葉道1的氣流沖角減小,葉道1保持正常流動(dòng);葉道3的沖角增大,加劇了脫流和阻塞。葉道3的阻塞同理又影響相鄰葉道2和4的氣流,使葉道2消除脫硫,同時(shí)引發(fā)葉道4出現脫流。也就是說(shuō),失速區是旋轉的,其旋轉方向與葉輪旋轉方向相反,這種現象稱(chēng)為旋轉失速。 

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2、軸流風(fēng)機的喘振

當系統管網(wǎng)阻力突然增大使得流量和流速減小,或風(fēng)機動(dòng)葉開(kāi)度過(guò)大,都會(huì )使進(jìn)入風(fēng)機葉柵的氣流沖角α增大 沖角α超過(guò)臨界值時(shí),在葉片背面尾端就會(huì )出現渦流(脫流)區,沖角超過(guò)臨界值越多,則失速越嚴重,在葉片背部形成的渦流區也會(huì )迅速擴大,使葉片流道出現阻塞現象,此時(shí)流動(dòng)阻力增加,風(fēng)機輸送的壓能則大為降低,發(fā)生旋轉失速,流動(dòng)工況大為惡化 風(fēng)機出口壓力明顯下降。此時(shí)若管網(wǎng)容量較大,且反應不敏感,管網(wǎng)中的壓力不會(huì )同時(shí)立即下降而維持較高值,這使得管網(wǎng)中壓力大于風(fēng)機出口壓力,壓力高的氣體有一種回沖趨勢,使風(fēng)機中氣體流動(dòng)惡化,當氣流前進(jìn)的動(dòng)能不足以克服回沖趨勢時(shí),管網(wǎng)中的氣流反過(guò)來(lái)向風(fēng)機倒流(圖3AKDC),這種倒流結果使得葉柵前后壓力差逐漸消失,此時(shí)氣流又在葉片的推動(dòng)下做正向流動(dòng),風(fēng)機又恢復了正常工作,向管網(wǎng)輸氣(圖3CDK);管網(wǎng)壓力升高到一定值后,風(fēng)機的正常排氣又受到阻礙,流量又大大減小,風(fēng)機又出現失速,出口壓力又突然下降,繼而又出現倒流;如此不斷循環(huán),于是出現了整個(gè)風(fēng)機管網(wǎng)系統的周期性振蕩現象,即形成風(fēng)機“喘振現象”。 

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  理論上對軸流通風(fēng)機喘振的的闡述與實(shí)際的喘振現象存在著(zhù)差異,現有的喘振型理論是建立在大容量系統單風(fēng)機運行方式的基礎上,工程上應用的是兩臺風(fēng)機并列運行的方式。在實(shí)際運行中,軸流風(fēng)機喘振的發(fā)生在增加風(fēng)機出力的過(guò)程中;并列運行的風(fēng)機只是單臺風(fēng)機發(fā)生喘振,不會(huì )兩臺同時(shí)喘振;風(fēng)機喘振時(shí)電機電流下降 , 并無(wú)擺動(dòng)現象,最明顯特征是喘振風(fēng)機的風(fēng)量被壓制、急劇下降,系統空氣倒流入風(fēng)機。

軸流風(fēng)機的P - Q性能曲線(xiàn)是一組帶有駝峰形狀的曲線(xiàn)(見(jiàn)圖3),風(fēng)機動(dòng)葉處的每一角度下都有一條與之對應的曲線(xiàn),每一條曲線(xiàn)都具有一個(gè)最高風(fēng)壓點(diǎn),通常稱(chēng)為臨界點(diǎn);不同動(dòng)葉角度下曲線(xiàn)臨界點(diǎn)左半段有重合的部分,臨界點(diǎn)右半段則為動(dòng)葉角度與曲線(xiàn)相對應。以A、B兩臺并列運行的軸流風(fēng)機為例,假設兩臺風(fēng)機工作點(diǎn)存在微小差別 (實(shí)際運行中兩臺風(fēng)機工作點(diǎn)也不會(huì )完全相同,可能交替變化或者保持一定的差值),通風(fēng)系統正常狀態(tài)下,A、B兩臺風(fēng)機風(fēng)量為QA、QB,對應風(fēng)機出口全風(fēng)壓為p1,風(fēng)機工作點(diǎn)分別在圖3a、位置上,這時(shí)的工作點(diǎn)都處在各自動(dòng)葉角度下 P - Q性能曲線(xiàn)臨界點(diǎn)的右半段,風(fēng)機處在穩定狀態(tài)運行;即使兩臺風(fēng)機動(dòng)葉角度不一致或風(fēng)量有較大偏差 也能穩定運行。若由于某種因素導致通風(fēng)系統阻力增加,A、B風(fēng)機的工作點(diǎn)將出現上移現象,如圖3所示,假設這時(shí)2臺風(fēng)機仍需要保持風(fēng)量QA、QB,由于通風(fēng)系統阻力增加,勢必要開(kāi)大風(fēng)機的動(dòng)葉角度,提高出口全風(fēng)壓來(lái)維持QA、QB不變,這時(shí)相應工作點(diǎn)要上移,當通風(fēng)系統阻力增大到一定數值,A、B風(fēng)機的工作點(diǎn)將上移至a′、b′位置,a′已是 風(fēng)機此時(shí)動(dòng)葉角度下P - Q 性能曲線(xiàn)上的臨界點(diǎn),B風(fēng)機的工作點(diǎn)b′則以微小差值仍處在相應動(dòng)葉角度下P - Q性能曲線(xiàn)上的臨界點(diǎn)的右端,這時(shí)系統壓力為p2,在A風(fēng)機工作點(diǎn)上移至a′時(shí),即到達了喘振的邊緣,此狀態(tài)下系統壓力一旦出現波動(dòng),系統壓力與A風(fēng)機的全風(fēng)壓之間就會(huì )產(chǎn)生一個(gè)微壓差,在這個(gè)壓差的作用下,A風(fēng)機風(fēng)量受阻,風(fēng)機出口的流速、總壓頭隨之下降,系統壓力與A風(fēng)機全風(fēng)壓之間的壓差進(jìn)一步增大,A風(fēng)機風(fēng)量、壓頭繼續下降,這一過(guò)程處在惡性循環(huán)變化之中,直至A風(fēng)機全風(fēng)壓崩潰,風(fēng)量倒流入風(fēng)機,A風(fēng)機工作點(diǎn)沿P - Q性能曲線(xiàn)滑向左端,即是軸流風(fēng)機在實(shí)際運行中發(fā)生喘振的過(guò)程。受A風(fēng)機喘振影響,系統壓力有所下降,B風(fēng)機工作點(diǎn)對應的系統壓力沿P - Q性能曲線(xiàn)迅速移向右下方,風(fēng)量急劇增加,系統壓力由B風(fēng)機維持。

3、失速與喘振的關(guān)系

旋轉失速的發(fā)生只取決于葉輪本身、葉片結構、進(jìn)入葉輪的氣流情況等因素,與風(fēng)道系統的容量、形狀等無(wú)關(guān),但卻與風(fēng)道系統的布置形式有關(guān);失速發(fā)生時(shí), 盡管葉輪附近的工況有波動(dòng)但風(fēng)機的流量、壓力和功率是基本穩定的,風(fēng)機可以繼續運行。當風(fēng)機發(fā)生喘振時(shí),風(fēng)機的流量、壓力和功率產(chǎn)生脈動(dòng)或大幅度的脈動(dòng),同時(shí)伴有非常明顯的噪聲;喘振時(shí)的振動(dòng)有時(shí)是很劇烈的,能損壞風(fēng)機與管道系統。所以喘振發(fā)生時(shí),風(fēng)機無(wú)法正常運行。

軸流風(fēng)機喘振的發(fā)生首先是由于工況改變時(shí),葉柵氣動(dòng)參數與幾何參數不協(xié)調,形成旋轉失速;但也并不是所有旋轉失速都一定會(huì )導致喘振,風(fēng)機喘振還與管網(wǎng)系統有關(guān)。喘振現象的形成包含著(zhù)兩方面的因素,從內部來(lái)說(shuō) 取決于葉柵內出現強烈的突變性旋轉失速,從外部條件來(lái)說(shuō)又與管網(wǎng)容量和阻力特性有關(guān)。因此,失速是引發(fā)喘振的前因,但失速不一定會(huì )喘振,喘振是失速惡化的宏觀(guān)表現。

4、軸流風(fēng)機失速與喘振的檢查與改進(jìn)措施

1)兩臺風(fēng)機葉片的真實(shí)角度偏差

兩臺風(fēng)機在執行機構同樣開(kāi)度時(shí),若電流存在較大的偏差,可以推斷出兩臺風(fēng)機的葉片真實(shí)開(kāi)度與葉片角度盤(pán)的顯示存在的誤差較大,這導致兩臺風(fēng)機的真實(shí)工作點(diǎn)偏離了設計工作點(diǎn),出力小的風(fēng)機更易失速。

2)兩級葉片風(fēng)機前、后兩級葉片角度的偏差

兩級葉片風(fēng)機的前、后兩級葉片的角度存在一定的偏差,若葉片角度的偏差過(guò)大,將導致前、后兩級葉輪之間出現“搶風(fēng)”現象,其結果是導致風(fēng)機實(shí)際失速線(xiàn)的下移。

3)風(fēng)機同級葉片的偏差

風(fēng)機同級葉片存在的角度偏差,是旋轉脫流現象的主要誘發(fā)因素,當同級葉片存在較大的角度偏差時(shí),風(fēng)機實(shí)際失速線(xiàn)將會(huì )有較大幅度下移,從而導致風(fēng)機在“理論穩定區”內發(fā)生失速,因此,需控制其偏差在允許范圍以?xún)取?/span>

4)風(fēng)機葉頂動(dòng)靜間隙的偏差

一次風(fēng)機葉頂的動(dòng)靜間隙設計標準較高,過(guò)大的動(dòng)靜間隙將導致風(fēng)機背壓的降低,從而使實(shí)際工作點(diǎn)上移,易引發(fā)失速,因此,需將葉頂的動(dòng)靜間隙控制在技術(shù)要求的范圍之內。

5)軸流風(fēng)機失速與喘振不僅僅與制造、安裝有關(guān),還涉及到風(fēng)機選型、風(fēng)道設計、調試、運行等各個(gè)方面,要嚴格保證各個(gè)環(huán)節的工作質(zhì)量,才能有效地防治并消除。制造質(zhì)量與安裝偏差所引發(fā)的結果,就是真實(shí)失速線(xiàn)下移或者是工作點(diǎn)的偏移,誘發(fā)風(fēng)機失速及喘振的發(fā)生,制造時(shí)應嚴格控制葉片形狀、長(cháng)度、強度、動(dòng)靜間隙等參數,安裝時(shí)應特別注意葉片的竄動(dòng)值、葉片角度的偏差、執行機構開(kāi)度與風(fēng)機動(dòng)葉實(shí)際開(kāi)度的對應關(guān)系等方面。

6)風(fēng)機的實(shí)際失速線(xiàn)受風(fēng)道設計、風(fēng)機制造、風(fēng)機安裝等諸多方面的影響,并不等同于理論失速線(xiàn);因此,經(jīng)過(guò)風(fēng)機的常規調試 ,必須根據現場(chǎng)實(shí)際情況對理論失速線(xiàn)進(jìn)行修正,進(jìn)而標定真實(shí)的理論失速線(xiàn)以及風(fēng)機的實(shí)際操控曲線(xiàn)。另外,系統計算誤差、控制邏輯的設置不當、系統調節機構動(dòng)作失靈及啟動(dòng)、并聯(lián)風(fēng)機的操作不當等諸多原因,也有可能導致風(fēng)機進(jìn)入失速區。

7)機組運行中運行人員要注意盡量減少兩側風(fēng)機動(dòng)葉開(kāi)度偏差,使兩側出力基本平衡(電流值相近),并且開(kāi)度不要過(guò)大;按規定及時(shí)吹灰,減小系統阻力。當發(fā)現風(fēng)機動(dòng)葉開(kāi)度偏大、出口風(fēng)壓偏高時(shí),要適當降低母管風(fēng)壓。

8)大型機組一般設計了風(fēng)機的喘振報警裝置,其原理是將動(dòng)葉或靜葉各角度對應的性能曲線(xiàn)峰值點(diǎn)平滑連接,形成該風(fēng)機喘振邊界線(xiàn)(如圖4所示),再將該喘振邊界線(xiàn)向右下方移動(dòng)一定距離,得到喘振報警線(xiàn);為保證風(fēng)機的可靠運行,其工作點(diǎn)必須在喘振邊界線(xiàn)的右下方;一旦在某一角度下的工作點(diǎn)由于管路阻力特性的改變或其它原因沿曲線(xiàn)向左上方移動(dòng)到喘振報警線(xiàn)時(shí),即發(fā)出報警信號提醒運行人員注意,將工作點(diǎn)移回穩定區。

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二、送、一次風(fēng)機的特性曲線(xiàn)

1、FAF20101型送風(fēng)機的特性曲線(xiàn):

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2、PAF17122型一次風(fēng)機特性曲線(xiàn):

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3、一次風(fēng)機特性曲線(xiàn)說(shuō)明

我廠(chǎng)一期一次風(fēng)機特性曲線(xiàn)中,縱坐標單位為mmH2O;二期一次風(fēng)機特性曲線(xiàn)中,縱坐標單位為Nm/kg,此單位代表風(fēng)機對每kg空氣作的功,與壓力之比為空氣密度。

性能曲線(xiàn)初始值換算為Pa:一期775mmH29.87595Pa,二期6400Nm/kg×1.184kg/m3=7578Pa;

運行工況點(diǎn)換算為Pa:一期677mmH29.86635Pa,二期5615Nm/kg×1.184kg/m3=6648Pa;

最大工況點(diǎn)換算為Pa:一期1155mmH29.811320Pa,二期10366Nm/kg×1.146kg/m3=11879Pa;

因此一、二期一次風(fēng)機特性曲線(xiàn)基本相同。

4、一次風(fēng)機正常運行中,由于受煤質(zhì)變化、制粉系統運行方式(一、二期鍋爐設計三臺制粉系統帶滿(mǎn)負荷,目前高負荷時(shí)一般四臺運行)、風(fēng)煙系統漏風(fēng)及空預器堵塞等因素的影響,實(shí)際運行工況已偏離設計工況較多(一期尤其嚴重),致使一次風(fēng)機運行中出口風(fēng)壓偏高,較接近不穩定工作區域。如一期一次風(fēng)機設計B-MCR工況一風(fēng)量37.8m3/s、全壓6635Pa、動(dòng)葉開(kāi)度31%,工況二風(fēng)量63m3/s、全壓8675Pa、動(dòng)葉開(kāi)度60%,TB工況風(fēng)量81.1m3/s、全壓11320Pa、動(dòng)葉開(kāi)度89%;二期一次風(fēng)機設計B-MCR工況風(fēng)量45.1m3/s、全壓6649Pa、動(dòng)葉開(kāi)度33%,TB工況風(fēng)量81.2m3/s、全壓11878Pa、動(dòng)葉開(kāi)度95%;實(shí)際運行中風(fēng)量、風(fēng)壓、動(dòng)葉開(kāi)度已嚴重不匹配。

因此,在機組運行中兩臺一次風(fēng)機的出力調整主要按風(fēng)機電流控制,出口風(fēng)壓的控制按風(fēng)機流量確定,用風(fēng)機動(dòng)葉開(kāi)度來(lái)比較風(fēng)機的實(shí)際出力與設計工況的偏差;如實(shí)際運行中風(fēng)機動(dòng)葉開(kāi)度偏大、流量偏低、出口風(fēng)壓偏高,說(shuō)明由于某種原因使系統阻力發(fā)生變化,一次風(fēng)機實(shí)際運行工況較設計工況前移,這時(shí)應按風(fēng)機流量來(lái)確定已前移工況的出口風(fēng)壓。

5、根據一次風(fēng)機特性曲線(xiàn),風(fēng)機流量所對應的控制出口風(fēng)壓高限值如下(考慮風(fēng)機在喘振線(xiàn)以下附近運行已不很穩定且抗干擾能力較差,此高限值低于風(fēng)機喘振臨界點(diǎn)風(fēng)壓2000Pa左右):

風(fēng)量30m3/s(108km3/h,130t/h)以下,出口風(fēng)壓按不高于6800Pa控制,此時(shí)動(dòng)葉開(kāi)度應在≯22%左右;

風(fēng)量30~40m3/s(108144km3/h,130174t/h),出口風(fēng)壓按不高于7200Pa控制,此時(shí)動(dòng)葉開(kāi)度應在≯33%左右;

風(fēng)量40~50m3/s(144180km3/h,172217t/h),出口風(fēng)壓按不高于8300Pa控制,此時(shí)動(dòng)葉開(kāi)度應在≯44%左右;

風(fēng)量50~60m3/s(180216km3/h,217260t/h),出口風(fēng)壓按不高于8700Pa控制,此時(shí)動(dòng)葉開(kāi)度應在≯55%左右;

風(fēng)量60~70m3/s(216252km3/h,260304t/h),出口風(fēng)壓按不高于9200Pa控制,此時(shí)動(dòng)葉開(kāi)度應在≯66%左右;

風(fēng)量70~81.2m3/s(252292km3/h,304352t/h),出口風(fēng)壓按不高于11000Pa控制,此時(shí)動(dòng)葉開(kāi)度應在≯88%左右。