火电机组大型轴流风机的失速喘振分析及预防措施

李宝柱

摘 要：火电机组大型轴流式风机在运转时气流是沿着轴向进入风机室，空气在风机叶轮处受挤压，又沿着轴向流出的风机，空气在不断旋转的叶轮处获得能量。

关键词：火电机组;大型轴流风机;失速喘振分析; 预防措施

一、轴流风机的失速与喘振

（一）轴流风机的失速

轴流风机叶片通常都是流线型的，设计工况下运行时，气流冲角（气流方向与叶片叶弦的夹角α即为冲角）为零或很小，气流则绕过机翼型叶片而保持流线平稳的状态，当气流与叶片进口形成正冲角且此正冲角超过某一临界值时，叶片背面流动工况则开始恶化，边界层受到破坏，在叶片背面尾端出现涡流区，即所谓“失速”现象，冲角α大于临界值越多，失速现象就越严重，流体的流动阻力也就越大，严重时还会使叶道阻塞，同时风机风压也会随之迅速降低。

风机的叶片在制造及安装过程中，由于各种客观因素的存在，使叶片不可能有完全相同的形状和安装角，因此当运行工况变化而使流动方向发生偏离时，在各个叶片进口的冲角就不可能完全相同。当某一叶片进口处的冲角达到临界值时，就可能首先在该叶片上发生失速，并非是所有叶片都会同时发生失速，失速可能会发生在一个或几个区域，该区域内也可能包括一个或多个叶片;由于失速区不是静止的，它会从一个叶片向另一个叶片或一组叶片扩散;如图1所示，若在叶道2中出现脱流，叶道由于受脱流区的排挤变窄，流量减小，则气流分别进入相邻的1、3叶道，使1、3叶道的气流方向改变。结果使流入叶道1的气流冲角减小，叶道1保持正常流动;叶道3的冲角增大，加剧了脱流和阻塞。叶道3的阻塞同理又影响相邻叶道2和4的气流，使叶道2消除脱硫，同时引发叶道4出现脱流。也就是说，失速区是旋转的，其旋转方向与叶轮旋转方向相反，这种现象称为旋转失速。

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（二）轴流风机的喘振

当系统管网阻力突然增大使得流量和流速减小，或风机动叶开度过大，都会使进入风机叶栅的气流冲角α增大 ， 冲角α超过临界值时，在叶片背面尾端就会出现涡流（脱流）区，冲角超过临界值越多，则失速越严重，在叶片背部形成的涡流区也会迅速扩大，使叶片流道出现阻塞现象，此时流动阻力增加，风机输送的压能则大为降低，发生旋转失速，流动工况大为恶化 ， 风机出口压力明显下降。此时若管网容量较大，且反应不敏感，管网中的压力不会同时立即下降而维持较高值，这使得管网中压力大于风机出口压力，压力高的气体有一种回冲趋势，使风机中气体流动恶化，当气流前进的动能不足以克服回冲趋势时，管网中的气流反过来向风机倒流（图3中A→K→D→C），这种倒流结果使得叶栅前后压力差逐渐消失，此时气流又在叶片的推动下做正向流动，风机又恢复了正常工作，向管网输气（图3中C→D→K）;管网压力升高到一定值后，风机的正常排气又受到阻碍，流量又大大减小，风机又出现失速，出口压力又突然下降，继而又出现倒流;如此不断循环，于是出现了整个风机管网系统的周期性振荡现象，即形成风机“喘振现象”。

（三）轴流风机失速与喘振的检查与改进措施

1 两台风机叶片的真实角度偏差

两台风机在执行机构同样开度时，若电流存在较大的偏差，可以推断出两台风机的叶片真实开度与叶片角度盘的显示存在的误差较大，这导致两台风机的真实工作点偏离了设计工作点，出力小的风机更易失速。

2 大型机组一般设计了风机的喘振报警装置，其原理是将动叶或静叶各角度对应的性能曲线峰值点平滑连接，形成该风机喘振边界线，再将该喘振边界线向右下方移动一定距离，得到喘振报警线;为保证风机的可靠运行，其工作点必须在喘振边界线的右下方;一旦在某一角度下的工作点由于管路阻力特性的改变或其它原因沿曲线向左上方移动到喘振报警线时，即发出报警信号提醒运行人员注意，将工作点移回稳定区。

潮电公司机组#1-4炉送、一次风机自投产以来，由于喘振装置存在諸多问题，喘振跳闸保护已解除（设计风机发生喘振报警后延时1分钟风机跳闸），保留报警功能;但从历次发生的风机喘振尤其是一次风机喘振，几乎没有及时报警过，这不利于运行人员正确处理;建议应检查处理送、一次风机喘振报警装置，使其有效发挥作用。

二、送、一次风机的特性曲线：

（一）ANN-2660/1400N型送风机的特性曲线：

（二）PAF18-12.5-2型一次风机特性曲线：

（三）一次风机特性曲线说明

潮电公司一期一次风机特性曲线中，纵坐标单位为mmH2O;二期一次风机特性曲线中，纵坐标单位为Nm/kg，此单位代表风机对每kg空气作的功，与压力之比为空气密度。

性能曲线初始值换算为Pa：一期775mmH2O×9.8=7595Pa，二期6400Nm/kg×1.184kg/m3=7578Pa;

运行工况点换算为Pa：一期677mmH2O×9.8=6635Pa，二期5615Nm/kg×1.184kg/m3=6648Pa;

最大工况点换算为Pa：一期1155mmH2O×9.8=11320Pa，二期10366Nm/kg×1.146kg/m3=11879Pa;

因此一、二期一次风机特性曲线基本相同。

结语

在机组运行中两台一次风机的出力调整主要按风机电流控制，出口风压的控制按风机流量确定，用风机动叶开度来比较风机的实际出力与设计工况的偏差;如实际运行中风机动叶开度偏大、流量偏低、出口风压偏高，说明由于某种原因使系统阻力发生变化，一次风机实际运行工况较设计工况前移，这时应按风机流量来确定已前移工况的出口风压。