動葉可調式軸流風機喘振機理及預防策略探究

張濤

摘要： 動葉可調軸流風機擔負著氣體循環輸送的任務，軸流風機在運行過程中，由于某些原因，易造成機組的振動，嚴重時會造成機組的損壞，影響生產。如何能快速準確的找到喘振故障成為大家關注的課題，本文通過介紹喘振的發生原因，對振動進行危害分析，通過有效的方法進行綜合分析預防喘振的措施。另外，喘振發生進行預警分析，更能保證機組的穩定運行。

關鍵詞： 軸流風機;喘振;預防策略

引言

軸流風機具有尺寸小、引風量大及性能調節穩定的優勢，逐漸在鍋爐引風領域得到廣泛的應用。在某種程度上，其運行的全壓相對較低，如果設備選型的問題使得阻力增加，就會出現軸流式風機的負荷過高最終導致喘振的出現，對設備的壽命和使用情況均會造成比較嚴重的危害。對軸流式風機進行喘振發生機理和預防措施研究，能夠在很大程度上對動葉可調風機的選型和改造起到較大的意義。

動葉可調式軸流風機喘振機理和危害分析

由于工況變化導致軸流風機入口處的空氣流量減少，軸流風機會隨之出現旋轉脫離效應，此時，雖然葉片也在不停的旋轉，但是由于流量不足，導致出口處的壓力出現偏離，不能達到正常的設計要求指標。由于軸流風機出口輸送管道內氣體壓力變化靈敏度較低，不能及時出現變換，此時管道內壓力并不能迅速下降，因此造成了軸流風機出口管道內的壓力大于風機出口處壓力，出現壓力的逆偏差，會出現”倒灌”現象，即管道內的氣體就向風機倒流，直至出口管道內壓力下降至等于風機出口壓力為止。待倒灌停止后，軸流風機會正常工作，氣體在葉片的作用下加壓，繼續向管道提供壓力，管道內的壓力不斷回升。等到管道內的氣體壓力回升到最初壓力時，軸流風機的加壓排氣就又會受到影響，又滿足倒灌發生的條件，如此周而復始，整個軸流風機系統就會出現周期性的軸向低頻大振幅的氣流振蕩現象，即喘振現象結合圖1對喘振發生的具體情況進行分析介紹。圖1是軸流風機特性曲線與通風管網性能數據圖，其中A/B點是軸流風機運行曲線與管網性能曲線的交叉點，即喘振點。隨著管網阻力增加，管網性能曲線將會向左移動，此時喘振點將會從A向B位置移動。此時風機的入口流量減小，導致氣流出現分流的情況，對于風機出口的影響就是出口氣流壓力降低，這一變化的初始階段，因管網的壓力較大，微小的變化不會對管網的氣壓數據造成影響，只是在風機葉片的局部部分形成負壓狀態，存在葉片被破壞的趨勢。如果出現回流沖轉的氣壓大于風機的出口氣壓時，氣流將會出現倒轉，而此時風機處于正常運行的狀態，持續向管網內提供氣流，前進氣流和回轉氣流相遇會出現前后壓力差別，此時會造成引風機的失速情況。此階段循環出現，將會引起管網系統的周期性風流震蕩，形成喘振現象。

圖2為軸流式風機運轉的特性曲線，風機正常運行過程中，一般其運轉的狀態從A點至D點之間相互移動，如果出現喘振效應，風機的出口壓力小于管網內的氣流壓力，出現氣流倒流。此時的風機出口氣流流量將瞬間變為0，即其運行狀態點瞬間到達F點，而此時的風機還處于正常作用狀態，出口壓力逐漸增加，達到G點，如果風機的持續出風量小于G點的流量，其運行狀態還會瞬間到達F點，此時風機在F點和G點反復變換，此時的風機氣流將會產生較大的紊亂情況，并伴隨著出現振動聲音和噪音。一般情況下，F點到G點之間的曲線可稱為喘振線，此時風機處于不穩定運行區域，而G點到D點之間的曲線屬于正常運行曲線，此時風機處于穩定運行區間區域。

風機出現喘振后，如果不能進行及時處理，將會對風機和管網系統產生較大的危害，由于持續的逆流存在，其出口壓力高，風機的出口氣體不能通暢輸出，此時風機的葉片動能將會持續轉化為熱能，使得葉片出現膨脹情況，造成動靜葉片出現相互碰撞的情況導致設備受損。

動葉可調式軸流風機喘振預防措施分析

在風機的設計時，需要充分考慮葉片的角度變化以防止風機運行中發生喘振。通過葉片角度的變化，使得風機在不同轉速條件下可以穩定工作，在低速運轉時，風機的前幾級是最容易出現喘振的，為了避免此種情況，可將進口導葉設置成可旋轉的結構，在導葉底部安裝齒輪，可以通過齒輪的變化改變導葉角度變化，根據系統負荷的變化對風機的狀態進行實時調整，可以通過改變空氣的流動來避免出現喘振的情況。另外，設置防喘放氣閥。防喘放氣閥工作原理是在風機進入不穩定的工作邊界時，需要將放氣系統的閥門打開，使得空氣流出放氣閥，再將空氣重新吸入到風機進口中，使得風機出現喘振的可能降低。

另外，通過上述章節對喘振機理產生的原因分析，可看出喘振發生的主要因素有兩個：其一是管網的阻力系統增加;另外一個因素是軸流式風機處于不穩定運行區域。因此可以通過技術手段方式對每個因素進行對應性改進。

喘振預防措施

合理對葉片數量進行設計

在保證軸流風機葉柵稠度的基礎上，需要盡量減小葉片的數量，使得附面層分離情況能夠有效地限制在葉片的端面上，不向外部進行擴散。

增加葉片的葉柵稠度

一定程度上，提升葉柵稠度對于喘振的預防具有積極的作用，由于葉片的寬度相對較寬，能夠實現相同的氣流轉向角需要的拱度相對偏小，附面層不會容易出現分離的情況，使得軸流風機的靜壓性能曲線峰點不斷向著小流量方向進行移動。

風機進口入安裝導流裝置

在軸流式風機的進口位置安裝導流裝置能夠有效將紊亂的氣流流動進行穩流處理，使得逆流流動發生折向，并與主氣流進行充分的混合，這樣可以在很大地程度上降低軸流風機的失穩失速區域。相關的實踐經驗表明，軸流風機進口處安裝導流裝置能夠使得運行狀態變得更加穩定。

風機并列操作的科學化

如果單臺軸流風機的負荷不能滿足機組需求負荷時，需要啟動兩臺風機進行同時工作，此時需要對兩臺風機的操作方式進行科學規劃。一般情況下，軸流風機運行之前需要關閉葉片和出口擋板，待風機運行轉速達到要求區間后，對葉片和擋板進行緩慢開啟。啟動風機過程中，需要適當地降低另外正常運行風機的葉片開度，此過程中，葉片關小和開大的幅度需要保持一致，保證風量相同的條件下，使得兩臺風機的負荷實現同步，使得風機的并列操作變得更加科學合理。

喘振發生的預警

在軸流風機的安裝角度確定的條件下，通過對風機的性能曲線的繪制，可以對喘振線進行分析。在性能曲線上設定合適的區間作為緩沖區，在風機運行狀態達到緩沖區的邊界時進行預警，使得風機運行免受喘振傷害。

為了能夠更加準確地對軸流風機的邊界線進行模型的建立，假定目前的葉柵角度為β，此條件下的風機運行最小風量數值可以表示為：

其中，Qmin、Pmax分別代表風機的最小量和最大的安全氣壓。兩個數值均為葉柵角度的函數。

另外設定一個安全報警系數為K，喘振的預警公式如下：

上式的喘振約束條件為：

根據風機實際的運行性能參數數據，不同的設備采取合適的邊界預警方式。在對風機運行曲線較為平緩的設備進行喘振預警線的分析時，流量預警方法可以選擇如下公式模型：

結語

喘振會給風機本身帶來損傷，影響機組的安全運行，給企業帶來經濟損失，對企業安全生產造成傷害。通過對軸流風機喘振發生的影響因素進行分析，并結合實際生產情況，在軸流風機設計和運行中進行喘振預防或者采取相應的措施，大大減小了風機發生喘振的機率，可對裝置的安全平穩運行保駕護航。另外，通過放氣閥的設置，防止喘振發生，可以更好保證機組安全穩定運行。

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