火電機組大型軸流風(fēng)機的失速喘振分析及預(yù)防措施

李寶柱

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

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

一、軸流風(fēng)機的失速與喘振

（一）軸流風(fēng)機的失速

軸流風(fēng)機葉片通常都是流線型的，設(shè)計工況下運行時，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，葉片背面流動工況則開始惡化，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，流體的流動阻力也就越大，嚴(yán)重時還會使葉道阻塞，同時風(fēng)機風(fēng)壓也會隨之迅速降低。

風(fēng)機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。當(dāng)某一葉片進(jìn)口處的沖角達(dá)到臨界值時，就可能首先在該葉片上發(fā)生失速，并非是所有葉片都會同時發(fā)生失速，失速可能會發(fā)生在一個或幾個區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)也可能包括一個或多個葉片;由于失速區(qū)不是靜止的，它會從一個葉片向另一個葉片或一組葉片擴散;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;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)機動葉開度過大，都會使進(jìn)入風(fēng)機葉柵的氣流沖角α增大 ， 沖角α超過臨界值時，在葉片背面尾端就會出現(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)也會迅速擴大，使葉片流道出現(xiàn)阻塞現(xiàn)象，此時流動阻力增加，風(fēng)機輸送的壓能則大為降低，發(fā)生旋轉(zhuǎn)失速，流動工況大為惡化 ， 風(fēng)機出口壓力明顯下降。此時若管網(wǎng)容量較大，且反應(yīng)不敏感，管網(wǎng)中的壓力不會同時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)機中氣體流動惡化，當(dāng)氣流前進(jìn)的動能不足以克服回沖趨勢時，管網(wǎng)中的氣流反過來向風(fēng)機倒流（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，此時氣流又在葉片的推動下做正向流動，風(fēng)機又恢復(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)機的正常排氣又受到阻礙，流量又大大減小，風(fēng)機又出現(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)了整個風(fēng)機管網(wǎng)系統(tǒng)的周期性振蕩現(xiàn)象，即形成風(fēng)機“喘振現(xiàn)象”。

（三）軸流風(fēng)機失速與喘振的檢查與改進(jìn)措施

1 兩臺風(fēng)機葉片的真實角度偏差

兩臺風(fēng)機在執(zhí)行機構(gòu)同樣開度時，若電流存在較大的偏差，可以推斷出兩臺風(fēng)機的葉片真實開度與葉片角度盤的顯示存在的誤差較大，這導(dǎo)致兩臺風(fēng)機的真實工作點偏離了設(shè)計工作點，出力小的風(fēng)機更易失速。

2 大型機組一般設(shè)計了風(fēng)機的喘振報警裝置，其原理是將動葉或靜葉各角度對應(yīng)的性能曲線峰值點平滑連接，形成該風(fēng)機喘振邊界線，再將該喘振邊界線向右下方移動一定距離，得到喘振報警線;為保證風(fēng)機的可靠運行，其工作點必須在喘振邊界線的右下方;一旦在某一角度下的工作點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到喘振報警線時，即發(fā)出報警信號提醒運行人員注意，將工作點移回穩(wěn)定區(qū)。

潮電公司機組#1-4爐送、一次風(fēng)機自投產(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)計風(fēng)機發(fā)生喘振報警后延時1分鐘風(fēng)機跳閘），保留報警功能;但從歷次發(fā)生的風(fēng)機喘振尤其是一次風(fēng)機喘振，幾乎沒有及時報警過，這不利于運行人員正確處理;建議應(yīng)檢查處理送、一次風(fēng)機喘振報警裝置，使其有效發(fā)揮作用。

二、送、一次風(fēng)機的特性曲線：

（一）ANN-2660/1400N型送風(fēng)機的特性曲線：

（二）PAF18-12.5-2型一次風(fēng)機特性曲線：

（三）一次風(fēng)機特性曲線說明

潮電公司一期一次風(fēng)機特性曲線中，縱坐標(biāo)單位為mmH2O;二期一次風(fēng)機特性曲線中，縱坐標(biāo)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。

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

運行工況點換算為Pa：一期677mmH2O×9.8=6635Pa，二期5615Nm/kg×1.184kg/m3=6648Pa;

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

因此一、二期一次風(fēng)機特性曲線基本相同。

結(jié)語

在機組運行中兩臺一次風(fēng)機的出力調(diào)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)機動葉開度來比較風(fēng)機的實際出力與設(shè)計工況的偏差;如實際運行中風(fēng)機動葉開度偏大、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)機實際運行工況較設(shè)計工況前移，這時應(yīng)按風(fēng)機流量來確定已前移工況的出口風(fēng)壓。