動葉可調(diào)式軸流風(fēng)機(jī)喘振機(jī)理及預(yù)防策略探究

張濤

摘要： 動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)擔(dān)負(fù)著氣體循環(huán)輸送的任務(wù)，軸流風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中，由于某些原因，易造成機(jī)組的振動，嚴(yán)重時會造成機(jī)組的損壞，影響生產(chǎn)。如何能快速準(zhǔn)確的找到喘振故障成為大家關(guān)注的課題，本文通過介紹喘振的發(fā)生原因，對振動進(jìn)行危害分析，通過有效的方法進(jìn)行綜合分析預(yù)防喘振的措施。另外，喘振發(fā)生進(jìn)行預(yù)警分析，更能保證機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞： 軸流風(fēng)機(jī);喘振;預(yù)防策略

引言

軸流風(fēng)機(jī)具有尺寸小、引風(fēng)量大及性能調(diào)節(jié)穩(wěn)定的優(yōu)勢，逐漸在鍋爐引風(fēng)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。在某種程度上，其運(yùn)行的全壓相對較低，如果設(shè)備選型的問題使得阻力增加，就會出現(xiàn)軸流式風(fēng)機(jī)的負(fù)荷過高最終導(dǎo)致喘振的出現(xiàn)，對設(shè)備的壽命和使用情況均會造成比較嚴(yán)重的危害。對軸流式風(fēng)機(jī)進(jìn)行喘振發(fā)生機(jī)理和預(yù)防措施研究，能夠在很大程度上對動葉可調(diào)風(fēng)機(jī)的選型和改造起到較大的意義。

動葉可調(diào)式軸流風(fēng)機(jī)喘振機(jī)理和危害分析

由于工況變化導(dǎo)致軸流風(fēng)機(jī)入口處的空氣流量減少，軸流風(fēng)機(jī)會隨之出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)脫離效應(yīng)，此時，雖然葉片也在不停的旋轉(zhuǎn)，但是由于流量不足，導(dǎo)致出口處的壓力出現(xiàn)偏離，不能達(dá)到正常的設(shè)計要求指標(biāo)。由于軸流風(fēng)機(jī)出口輸送管道內(nèi)氣體壓力變化靈敏度較低，不能及時出現(xiàn)變換，此時管道內(nèi)壓力并不能迅速下降，因此造成了軸流風(fēng)機(jī)出口管道內(nèi)的壓力大于風(fēng)機(jī)出口處壓力，出現(xiàn)壓力的逆偏差，會出現(xiàn)”倒灌”現(xiàn)象，即管道內(nèi)的氣體就向風(fēng)機(jī)倒流，直至出口管道內(nèi)壓力下降至等于風(fēng)機(jī)出口壓力為止。待倒灌停止后，軸流風(fēng)機(jī)會正常工作，氣體在葉片的作用下加壓，繼續(xù)向管道提供壓力，管道內(nèi)的壓力不斷回升。等到管道內(nèi)的氣體壓力回升到最初壓力時，軸流風(fēng)機(jī)的加壓排氣就又會受到影響，又滿足倒灌發(fā)生的條件，如此周而復(fù)始，整個軸流風(fēng)機(jī)系統(tǒng)就會出現(xiàn)周期性的軸向低頻大振幅的氣流振蕩現(xiàn)象，即喘振現(xiàn)象結(jié)合圖1對喘振發(fā)生的具體情況進(jìn)行分析介紹。圖1是軸流風(fēng)機(jī)特性曲線與通風(fēng)管網(wǎng)性能數(shù)據(jù)圖，其中A/B點(diǎn)是軸流風(fēng)機(jī)運(yùn)行曲線與管網(wǎng)性能曲線的交叉點(diǎn)，即喘振點(diǎn)。隨著管網(wǎng)阻力增加，管網(wǎng)性能曲線將會向左移動，此時喘振點(diǎn)將會從A向B位置移動。此時風(fēng)機(jī)的入口流量減小，導(dǎo)致氣流出現(xiàn)分流的情況，對于風(fēng)機(jī)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(wǎng)的壓力較大，微小的變化不會對管網(wǎng)的氣壓數(shù)據(jù)造成影響，只是在風(fēng)機(jī)葉片的局部部分形成負(fù)壓狀態(tài)，存在葉片被破壞的趨勢。如果出現(xiàn)回流沖轉(zhuǎn)的氣壓大于風(fēng)機(jī)的出口氣壓時，氣流將會出現(xiàn)倒轉(zhuǎn)，而此時風(fēng)機(jī)處于正常運(yùn)行的狀態(tài)，持續(xù)向管網(wǎng)內(nèi)提供氣流，前進(jìn)氣流和回轉(zhuǎn)氣流相遇會出現(xiàn)前后壓力差別，此時會造成引風(fēng)機(jī)的失速情況。此階段循環(huán)出現(xiàn)，將會引起管網(wǎng)系統(tǒng)的周期性風(fēng)流震蕩，形成喘振現(xiàn)象。

圖2為軸流式風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的特性曲線，風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行過程中，一般其運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)從A點(diǎn)至D點(diǎn)之間相互移動，如果出現(xiàn)喘振效應(yīng)，風(fēng)機(jī)的出口壓力小于管網(wǎng)內(nèi)的氣流壓力，出現(xiàn)氣流倒流。此時的風(fēng)機(jī)出口氣流流量將瞬間變?yōu)?，即其運(yùn)行狀態(tài)點(diǎn)瞬間到達(dá)F點(diǎn)，而此時的風(fēng)機(jī)還處于正常作用狀態(tài)，出口壓力逐漸增加，達(dá)到G點(diǎn)，如果風(fēng)機(jī)的持續(xù)出風(fēng)量小于G點(diǎn)的流量，其運(yùn)行狀態(tài)還會瞬間到達(dá)F點(diǎn)，此時風(fēng)機(jī)在F點(diǎn)和G點(diǎn)反復(fù)變換，此時的風(fēng)機(jī)氣流將會產(chǎn)生較大的紊亂情況，并伴隨著出現(xiàn)振動聲音和噪音。一般情況下，F(xiàn)點(diǎn)到G點(diǎn)之間的曲線可稱為喘振線，此時風(fēng)機(jī)處于不穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域，而G點(diǎn)到D點(diǎn)之間的曲線屬于正常運(yùn)行曲線，此時風(fēng)機(jī)處于穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)間區(qū)域。

風(fēng)機(jī)出現(xiàn)喘振后，如果不能進(jìn)行及時處理，將會對風(fēng)機(jī)和管網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生較大的危害，由于持續(xù)的逆流存在，其出口壓力高，風(fēng)機(jī)的出口氣體不能通暢輸出，此時風(fēng)機(jī)的葉片動能將會持續(xù)轉(zhuǎn)化為熱能，使得葉片出現(xiàn)膨脹情況，造成動靜葉片出現(xiàn)相互碰撞的情況導(dǎo)致設(shè)備受損。

動葉可調(diào)式軸流風(fēng)機(jī)喘振預(yù)防措施分析

在風(fēng)機(jī)的設(shè)計時，需要充分考慮葉片的角度變化以防止風(fēng)機(jī)運(yùn)行中發(fā)生喘振。通過葉片角度的變化，使得風(fēng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速條件下可以穩(wěn)定工作，在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時，風(fēng)機(jī)的前幾級是最容易出現(xiàn)喘振的，為了避免此種情況，可將進(jìn)口導(dǎo)葉設(shè)置成可旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)，在導(dǎo)葉底部安裝齒輪，可以通過齒輪的變化改變導(dǎo)葉角度變化，根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷的變化對風(fēng)機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行實時調(diào)整，可以通過改變空氣的流動來避免出現(xiàn)喘振的情況。另外，設(shè)置防喘放氣閥。防喘放氣閥工作原理是在風(fēng)機(jī)進(jìn)入不穩(wěn)定的工作邊界時，需要將放氣系統(tǒng)的閥門打開，使得空氣流出放氣閥，再將空氣重新吸入到風(fēng)機(jī)進(jìn)口中，使得風(fēng)機(jī)出現(xiàn)喘振的可能降低。

另外，通過上述章節(jié)對喘振機(jī)理產(chǎn)生的原因分析，可看出喘振發(fā)生的主要因素有兩個：其一是管網(wǎng)的阻力系統(tǒng)增加;另外一個因素是軸流式風(fēng)機(jī)處于不穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域。因此可以通過技術(shù)手段方式對每個因素進(jìn)行對應(yīng)性改進(jìn)。

喘振預(yù)防措施

合理對葉片數(shù)量進(jìn)行設(shè)計

在保證軸流風(fēng)機(jī)葉柵稠度的基礎(chǔ)上，需要盡量減小葉片的數(shù)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(jìn)行擴(kuò)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(yù)防具有積極的作用，由于葉片的寬度相對較寬，能夠?qū)崿F(xiàn)相同的氣流轉(zhuǎn)向角需要的拱度相對偏小，附面層不會容易出現(xiàn)分離的情況，使得軸流風(fēng)機(jī)的靜壓性能曲線峰點(diǎn)不斷向著小流量方向進(jìn)行移動。

風(fēng)機(jī)進(jìn)口入安裝導(dǎo)流裝置

在軸流式風(fēng)機(jī)的進(jìn)口位置安裝導(dǎo)流裝置能夠有效將紊亂的氣流流動進(jìn)行穩(wěn)流處理，使得逆流流動發(fā)生折向，并與主氣流進(jìn)行充分的混合，這樣可以在很大地程度上降低軸流風(fēng)機(jī)的失穩(wěn)失速區(qū)域。相關(guān)的實踐經(jīng)驗表明，軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)口處安裝導(dǎo)流裝置能夠使得運(yùn)行狀態(tài)變得更加穩(wěn)定。

風(fēng)機(jī)并列操作的科學(xué)化

如果單臺軸流風(fēng)機(jī)的負(fù)荷不能滿足機(jī)組需求負(fù)荷時，需要啟動兩臺風(fēng)機(jī)進(jìn)行同時工作，此時需要對兩臺風(fēng)機(jī)的操作方式進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃。一般情況下，軸流風(fēng)機(jī)運(yùn)行之前需要關(guān)閉葉片和出口擋板，待風(fēng)機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速達(dá)到要求區(qū)間后，對葉片和擋板進(jìn)行緩慢開啟。啟動風(fēng)機(jī)過程中，需要適當(dāng)?shù)亟档土硗庹＿\(yùn)行風(fēng)機(jī)的葉片開度，此過程中，葉片關(guān)小和開大的幅度需要保持一致，保證風(fēng)量相同的條件下，使得兩臺風(fēng)機(jī)的負(fù)荷實現(xiàn)同步，使得風(fēng)機(jī)的并列操作變得更加科學(xué)合理。

喘振發(fā)生的預(yù)警

在軸流風(fēng)機(jī)的安裝角度確定的條件下，通過對風(fēng)機(jī)的性能曲線的繪制，可以對喘振線進(jìn)行分析。在性能曲線上設(shè)定合適的區(qū)間作為緩沖區(qū)，在風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)達(dá)到緩沖區(qū)的邊界時進(jìn)行預(yù)警，使得風(fēng)機(jī)運(yùn)行免受喘振傷害。

為了能夠更加準(zhǔn)確地對軸流風(fēng)機(jī)的邊界線進(jìn)行模型的建立，假定目前的葉柵角度為β，此條件下的風(fēng)機(jī)運(yùn)行最小風(fēng)量數(shù)值可以表示為：

其中，Qmin、Pmax分別代表風(fēng)機(jī)的最小量和最大的安全氣壓。兩個數(shù)值均為葉柵角度的函數(shù)。

另外設(shè)定一個安全報警系數(shù)為K，喘振的預(yù)警公式如下：

上式的喘振約束條件為：

根據(jù)風(fēng)機(jī)實際的運(yùn)行性能參數(shù)數(shù)據(jù)，不同的設(shè)備采取合適的邊界預(yù)警方式。在對風(fēng)機(jī)運(yùn)行曲線較為平緩的設(shè)備進(jìn)行喘振預(yù)警線的分析時，流量預(yù)警方法可以選擇如下公式模型：

結(jié)語

喘振會給風(fēng)機(jī)本身帶來損傷，影響機(jī)組的安全運(yùn)行，給企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)損失，對企業(yè)安全生產(chǎn)造成傷害。通過對軸流風(fēng)機(jī)喘振發(fā)生的影響因素進(jìn)行分析，并結(jié)合實際生產(chǎn)情況，在軸流風(fēng)機(jī)設(shè)計和運(yùn)行中進(jìn)行喘振預(yù)防或者采取相應(yīng)的措施，大大減小了風(fēng)機(jī)發(fā)生喘振的機(jī)率，可對裝置的安全平穩(wěn)運(yùn)行保駕護(hù)航。另外，通過放氣閥的設(shè)置，防止喘振發(fā)生，可以更好保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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