火電機(jī)組大型軸流風(fēng)機(jī)的失速喘振分析及預(yù)防措施

李寶柱

摘 要：火電機(jī)組大型軸流式風(fēng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)氣流是沿著軸向進(jìn)入風(fēng)機(jī)室，空氣在風(fēng)機(jī)葉輪處受擠壓，又沿著軸向流出的風(fēng)機(jī)，空氣在不斷旋轉(zhuǎn)的葉輪處獲得能量。

關(guān)鍵詞：火電機(jī)組;大型軸流風(fēng)機(jī);失速喘振分析; 預(yù)防措施

一、軸流風(fēng)機(jī)的失速與喘振

（一）軸流風(fēng)機(jī)的失速

軸流風(fēng)機(jī)葉片通常都是流線型的，設(shè)計(jì)工況下運(yùn)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，氣流則繞過機(jī)翼型葉片而保持流線平穩(wěn)的狀態(tài)，當(dāng)氣流與葉片進(jìn)口形成正沖角且此正沖角超過某一臨界值時(shí)，葉片背面流動(dòng)工況則開始惡化，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，沖角α大于臨界值越多，失速現(xiàn)象就越嚴(yán)重，流體的流動(dòng)阻力也就越大，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)使葉道阻塞，同時(shí)風(fēng)機(jī)風(fēng)壓也會(huì)隨之迅速降低。

風(fēng)機(jī)的葉片在制造及安裝過程中，由于各種客觀因素的存在，使葉片不可能有完全相同的形狀和安裝角，因此當(dāng)運(yùn)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(dāng)某一葉片進(jìn)口處的沖角達(dá)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(qū)域，該區(qū)域內(nèi)也可能包括一個(gè)或多個(gè)葉片;由于失速區(qū)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(kuò)散;如圖1所示，若在葉道2中出現(xiàn)脫流，葉道由于受脫流區(qū)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(jié)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(xiàn)脫流。也就是說，失速區(qū)是旋轉(zhuǎn)的，其旋轉(zhuǎn)方向與葉輪旋轉(zhuǎn)方向相反，這種現(xiàn)象稱為旋轉(zhuǎn)失速。

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（二）軸流風(fēng)機(jī)的喘振

當(dāng)系統(tǒng)管網(wǎng)阻力突然增大使得流量和流速減小，或風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開度過大，都會(huì)使進(jìn)入風(fēng)機(jī)葉柵的氣流沖角α增大 ， 沖角α超過臨界值時(shí)，在葉片背面尾端就會(huì)出現(xiàn)渦流（脫流）區(qū)，沖角超過臨界值越多，則失速越嚴(yán)重，在葉片背部形成的渦流區(qū)也會(huì)迅速擴(kuò)大，使葉片流道出現(xiàn)阻塞現(xiàn)象，此時(shí)流動(dòng)阻力增加，風(fēng)機(jī)輸送的壓能則大為降低，發(fā)生旋轉(zhuǎn)失速，流動(dòng)工況大為惡化 ， 風(fēng)機(jī)出口壓力明顯下降。此時(shí)若管網(wǎng)容量較大，且反應(yīng)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(jī)出口壓力，壓力高的氣體有一種回沖趨勢(shì)，使風(fēng)機(jī)中氣體流動(dòng)惡化，當(dāng)氣流前進(jìn)的動(dòng)能不足以克服回沖趨勢(shì)時(shí)，管網(wǎng)中的氣流反過來向風(fēng)機(jī)倒流（圖3中A→K→D→C），這種倒流結(jié)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(jī)又恢復(fù)了正常工作，向管網(wǎng)輸氣（圖3中C→D→K）;管網(wǎng)壓力升高到一定值后，風(fēng)機(jī)的正常排氣又受到阻礙，流量又大大減小，風(fēng)機(jī)又出現(xiàn)失速，出口壓力又突然下降，繼而又出現(xiàn)倒流;如此不斷循環(huán)，于是出現(xiàn)了整個(gè)風(fēng)機(jī)管網(wǎng)系統(tǒng)的周期性振蕩現(xiàn)象，即形成風(fēng)機(jī)“喘振現(xiàn)象”。

（三）軸流風(fēng)機(jī)失速與喘振的檢查與改進(jìn)措施

1 兩臺(tái)風(fēng)機(jī)葉片的真實(shí)角度偏差

兩臺(tái)風(fēng)機(jī)在執(zhí)行機(jī)構(gòu)同樣開度時(shí)，若電流存在較大的偏差，可以推斷出兩臺(tái)風(fēng)機(jī)的葉片真實(shí)開度與葉片角度盤的顯示存在的誤差較大，這導(dǎo)致兩臺(tái)風(fēng)機(jī)的真實(shí)工作點(diǎn)偏離了設(shè)計(jì)工作點(diǎn)，出力小的風(fēng)機(jī)更易失速。

2 大型機(jī)組一般設(shè)計(jì)了風(fēng)機(jī)的喘振報(bào)警裝置，其原理是將動(dòng)葉或靜葉各角度對(duì)應(yīng)的性能曲線峰值點(diǎn)平滑連接，形成該風(fēng)機(jī)喘振邊界線，再將該喘振邊界線向右下方移動(dòng)一定距離，得到喘振報(bào)警線;為保證風(fēng)機(jī)的可靠運(yùn)行，其工作點(diǎn)必須在喘振邊界線的右下方;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向左上方移動(dòng)到喘振報(bào)警線時(shí)，即發(fā)出報(bào)警信號(hào)提醒運(yùn)行人員注意，將工作點(diǎn)移回穩(wěn)定區(qū)。

潮電公司機(jī)組#1-4爐送、一次風(fēng)機(jī)自投產(chǎn)以來，由于喘振裝置存在諸多問題，喘振跳閘保護(hù)已解除（設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)發(fā)生喘振報(bào)警后延時(shí)1分鐘風(fēng)機(jī)跳閘），保留報(bào)警功能;但從歷次發(fā)生的風(fēng)機(jī)喘振尤其是一次風(fēng)機(jī)喘振，幾乎沒有及時(shí)報(bào)警過，這不利于運(yùn)行人員正確處理;建議應(yīng)檢查處理送、一次風(fēng)機(jī)喘振報(bào)警裝置，使其有效發(fā)揮作用。

二、送、一次風(fēng)機(jī)的特性曲線：

（一）ANN-2660/1400N型送風(fēng)機(jī)的特性曲線：

（二）PAF18-12.5-2型一次風(fēng)機(jī)特性曲線：

（三）一次風(fēng)機(jī)特性曲線說明

潮電公司一期一次風(fēng)機(jī)特性曲線中，縱坐標(biāo)單位為mmH2O;二期一次風(fēng)機(jī)特性曲線中，縱坐標(biāo)單位為Nm/kg，此單位代表風(fēng)機(jī)對(duì)每kg空氣作的功，與壓力之比為空氣密度。

性能曲線初始值換算為Pa：一期775mmH2O×9.8=7595Pa，二期6400Nm/kg×1.184kg/m3=7578Pa;

運(yùn)行工況點(diǎn)換算為Pa：一期677mmH2O×9.8=6635Pa，二期5615Nm/kg×1.184kg/m3=6648Pa;

最大工況點(diǎn)換算為Pa：一期1155mmH2O×9.8=11320Pa，二期10366Nm/kg×1.146kg/m3=11879Pa;

因此一、二期一次風(fēng)機(jī)特性曲線基本相同。

結(jié)語

在機(jī)組運(yùn)行中兩臺(tái)一次風(fēng)機(jī)的出力調(diào)整主要按風(fēng)機(jī)電流控制，出口風(fēng)壓的控制按風(fēng)機(jī)流量確定，用風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開度來比較風(fēng)機(jī)的實(shí)際出力與設(shè)計(jì)工況的偏差;如實(shí)際運(yùn)行中風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開度偏大、流量偏低、出口風(fēng)壓偏高，說明由于某種原因使系統(tǒng)阻力發(fā)生變化，一次風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行工況較設(shè)計(jì)工況前移，這時(shí)應(yīng)按風(fēng)機(jī)流量來確定已前移工況的出口風(fēng)壓。