轴流风机失速与喘振分析及其处理 焦玉鹏

轴流风机失速与喘振分析及其处理焦玉鹏

发表时间：2018-05-02T16:17:18.733Z 来源：《电力设备》2017年第35期作者：焦玉鹏

[导读] 摘要：本文论述了轴流风机失速与喘振现象，对一次风机失速过程进行了分析，并提出了一次风机预控和处理措施。

（陕西德源府谷能源有限公司陕西榆林 719407）

摘要：本文论述了轴流风机失速与喘振现象，对一次风机失速过程进行了分析，并提出了一次风机预控和处理措施。

关键词：轴流风机；失速；喘振；措施

随着大容量、高参数机组的涌现，锅炉的烟气量也随之增大，因此需要与之相匹配的风机。轴流风机由于具有径向尺寸小、流量大、重量轻、启动力矩小等诸多特点，因此正逐步成为大型锅炉风机的选择。但由于受轴流风机具有驼峰形状的性能曲线和运行环境恶劣的影响，均不同程度地发生了失速和喘振现象。

一、失速和喘振现象

1、失速。轴流式风机的叶片通常是机翼流线型，在冲角为零或小于临界冲角时，它们的阻力主要为表面摩擦阻力，绕翼型的气流保持其流线形状。当冲角增加到某一临界值时，气流在叶片背部的流动遭到破坏，尾部涡流变宽，升力减小，阻力急剧增加，进而使叶道堵塞，使风压急剧降低，这种现象称为失速。

2、喘振。喘振现象是指泵与风机的流量和能头在瞬间内发生不稳定的周期性反复变化的现象。动叶可调式轴流风机全压相对较低，且其性能曲线呈驼峰型，存在峰值点K，容易导致喘振的发生。通常称K点右侧的区域为风机的稳定工作区，左侧为喘振区。当风机的工况点落入喘振区发生喘振时，风机和大容量管路系统耦合为一个具有周期的弹性空气动力系统。若该系统的震荡频率恰好等于整个厂房设备的固有频率，则会产生共振，从而对设备和建筑造成重大损害。

3、区别与联系。1）失速发生时，只是叶片附近的工况有波动，整台风机的流量、压头和电流基本保持稳定，仍可以连续运行。而喘振发生时，各项指示数据大幅脉动，使风机无法继续工作。2）失速刚产生时，人无法感觉到，只有利用精密仪器才能够探测到，此时，风机的特性曲线仍然可以测得。而喘振产生的现象非常激烈，无法测量当时的工况。3）失速是叶片结构导致的一种空气动力工况，有其自身的规律，其影响因素包括叶片结构、叶轮本身、进入叶轮的气流情况等，但喘振的发生及现象特征都取决于外界条件。4）喘振仅发生于风机特性曲线中的喘振区，而失速现象存在于峰值K点以左的整个区段。两者关系密切，可以说失速是诱发喘振发生的原因。

二、轴流风机工作原理

风机是以机翼升力原理为基础，被输送提升增压的流体沿轴向流动。风机叶片似机翼，也称翼型叶片，当流体绕过翼型时，在翼型顶端A处将流体分成两段，一股经翼型下表面，另一股流经翼型上表面，在经翼型上、下表面后，同时在翼型尾端B点汇合，因翼型下表面路径比上表面长，故下表面流速大于上表面，因而翼型下表面压强小于上表面压强，这样流体对翼型上表面产生一个向下的作用力F。同时翼型对于流体也将产生一个反作用力F′，F与F′大小相等、方向相反，而作用在流体上。当风机叶片在流体中高速转动时，流体在叶片上下表面产生急速相对绕流，叶片对流体就产生如上述的F′作用力，在此力作用下，流体就压升到一定高度。

三、一次风机失速过程分析

某发电厂1号机组的型号为CLNZK-24.2-566/566，是超临界、一次中间再热、单轴、三缸、四排队汽、直接空冷凝汽式汽轮机。该机组采用2台一次风机并列的运行方式。在实际运行中，轴流式风机失速多发生在增加风机出力的过程中，且并列运行的风机只有单台风机发生失速,一般不会2台风机同时失速。风机失速时电动机电流下降，并有摆动现象，最明显的特征是失速风机的风量，急剧下降，甚至风烟系统的空气会倒流入失速风机。结合图1进行分析，可得出以下结论。

图1风机叶片附近的流场

1、轴流式风机的p-Q性能曲线是一组带有驼峰形状的曲线。风机动叶处在每一角度下都有一条与之对应的曲线，每一条曲线都具有一个最高风压点，通常称为临界点。不同动叶角度下的曲线临界点左半段有重合部分；临界点右半段则为动叶角度与曲线相对应。

2、以A，B2台并列运行的一次风机为例。假设2台风机工作点存在微小差别（实际运行中2台风机工作点也不会完全相同，可能交替变化或保持一定的差值），在通风系统正常状态下，A，B2台风机的风量为QA和QB，对应风机出口全风压为p1，风机工作点分别在a，b 位置上。此时的工作点处在各自动叶角度下p-Q性能曲线临界点的右半段，风机处在稳定状态运行；即使2台风机动叶角度不一致或风量有较大偏差时，风机也能稳定运行。若由于某种因素（如跳磨、跳给煤机、风机挡板误关等）导致通风系统阻力增加。假设这时2台风机仍需要保持风量QA和QB，由于通风系统阻力增加，则需要开大风机的动叶角度，提高出口全风压来维持QA和QB不变，相应工作点要上移。当通风系统阻力增大到一定数值时，A，B风机的工作点将上移至a'和b'位置。a'已是A风机此时动叶角度下p-Q性能曲线上的临界点。B风机的工作点b'则以微小差值仍处在相应动叶角度下p-Q性能曲线上的临界点的右端。此时系统压力为p2，当A风机工作点上移至a'时，即到达失速的边缘值。此状态下系统压力一旦出现波动，系统压力与A风机的全风压之间就会产生一个微压差，在这个压差的作用下，A风机风量受阻，风机出口的流速、总压头随之下降，系统压力与A风机全风压之间的压差进一步增大，A风机风量、压头继续下降，直至A风机全风

压崩溃，风量倒流入A风机，A风机工作点沿p-Q性能曲线滑向左端，即轴流通风机在实际运行中发生失速的过程。受A风机失速影响，系统压力下降，B风机工作点对应的系统压力沿p-Q性能曲线迅速移向右下方，风量急剧增加，系统压力仅由B风机维持。此时，如不及时进行有效处理，极易导致锅炉灭火。

3、喘振。喘振的发生会破坏风机与管道的设备，威胁风机及整个系统的安全。采用节流降低风机流量，当风机工作在K点右侧时，此时的风机运行稳定，当风机流量Q

四、一次风机失速及喘振预控和处理措施

1、一次风机失速的预控措施。1）正常运行中严格控制2台一次风机出口压力≤11kPa，风机动叶开度一般情况下不得大于93%，防止风机工作点进入不稳定工作区。2）在磨煤机启停操作过程中，应适当控制开关冷、热风调节挡板的速率。当冷、热风调节挡板全关后方允许关闭隔绝挡板，避免一次风压大幅波动。特别在操作多台磨煤机时，如果关冷、热风速断门太快，易导致一次风压突升。在磨煤机事故跳闸时，应及时对一次风压进行调整：开备用磨冷、热一次风门加大一次风量，卸掉因跳磨而积起来的风压，同时对一次风压力进行调整。3）在入炉煤煤质较差期间，应尽可能地维持较多套数的制粉系统运行，防止因运行磨煤机煤量过大、出口温度过低，导致磨煤机发生堵煤、满煤现象。同时要防止因制粉系统运行套数偏低引起一次风压偏高。一般情况下，单台制粉系统出力不得大于58t/h，磨煤机出口温度不得低于65℃。4）加强对空预器，特别是水平烟道、尾部烟道的吹灰，减少风烟系统阻力。5）利用停机消缺机会，更换严密性高的磨煤机冷、热风速断门，更换严密性高的一次风机、送风机的出口挡板，调整空预器的密封装置，减少系统漏风。6）运行人员应加强对一次风机电流、动叶开度、风量、风机入口温度等参数的监视，发现两侧风机运行偏差异常增加时，应做好一次风机发生失速的事故预想，及时向上级部门管理人员汇报并通知检修部门进行维护处理。

2、一次风机失速、喘振事故的处理措施。1）当判断一次风机发生失速时，应立即手动关小失速风机动叶开度，同时关小未发生失速风机的动叶开度。2）紧急手动停运上层制粉系统，并关闭停运磨煤机的入口冷、热风速断门及磨煤机出口门，投入AB/CD层油枪助燃，保留底层2或3套制粉系统运行。3）退出CCS，快速降低给水流量，缓解主再热汽温下降趋势。根据汽温下降趋势和一次风压情况，以30MW/min以上的速度快速降低机组负荷至300MW以下。4）当机组负荷降至300MW仍无法维持主再热汽温或一次风压仍低于8.0 kPa时，继续降低机组负荷，启动电动给水泵运行（防止低负荷阶段小机汽源出力不足，引起给水流量低保护动作），退出1台汽泵。锅炉转入湿态运行后维持机组负荷不小于150MW。5）在机组减负荷操作的同时进行一次风机出力调整。将2台风机动叶控制置于手动方式，适当关小另一台未失速风机的动叶开度，待机组运行参数趋于稳定后，开始进行风机并列操作。6）若风机并列操作中继续发生抢风现象，应立即停止并列，尽快关小失速风机动叶开度，查明原因并消除后，再进行并列操作。7）若因一次风系统的风门、挡板被误关而引起风机失速，应立即打开风门、挡板，同时调整动叶开度。若风门、挡板故障，应立即降低锅炉负荷，调整制粉系统运行，联系检修处理。8）经上述处理抢风消失后，则稳定运行工况。在进一步查找原因并采取相应措施后，方可逐步增加风机的负荷。经上述处理后无效或已严重威胁设备的安全时，应立即停止该风机运行。9）应特别注意在事故处理过程中，若主汽温在10min之内下降幅度超过50℃时，必须立即手动打闸停机。

五、结语

轴流风机发生失速和喘振是电厂运行中的常见故障，严重制约了机组的安全经济运行。另外，风机失速和喘振涉及到风机的选型、风道的调试、运行等多方面，只有严格保证各个环节的工作质量，才能有效防治和消除失速和喘振。

参考文献

[1]张烨.轴流风机失速原因分析[J].热力发电，2017.

[2]朱世平.轴流风机的失速与喘振分析及改进措施[J].风机技术，2016.

[3]陈玉龙.轴流风机失速与喘振分析及其处理[J].电力设备，2016.