轴流风机失速、喘振与抢风

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1、轴流风机失速、喘振与抢风2010-12-30概述由于动叶可调轴流通风机具有体积小、质量轻、低负荷区域效率较高、调节范围宽广、反应速度快等优点，近十年来，国内大型火力发电厂已普遍采用动叶可调轴流通风机。因为轴流通风机具有驼峰形曲线这一特点，理论上决定了风机存在不稳定区。风机并不是在任何工作点都能稳定运行，当风机工作点移至不稳定区时就有可能引发风机失速及喘振等现象的发生。轴流风机失速原理轴流风机叶片通常采用高效的扭曲型叶片，设计工况下运行时，气流冲角（气流方向与叶片叶弦的夹角）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时，即>0，且

2、此正冲角超过临界值时，叶片背面流动工况则开始恶化，边界层将受到破坏，在叶片背面尾端出现涡流区，出现“失速”现象。冲角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，严重时还会使叶道闭塞，流体的扬程则大大降低。轴流风机旋转失速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，失速现象并不是所有叶片同时发生，而是首先在一个或几个叶片出现。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

3、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消除脱流，同时引发叶道4出现脱流。也就是说，脱流区是旋转的，其旋转方向与叶轮旋转方向相反，这种现象称为旋转脱流或旋转失速。影响冲角大小的因素通常风机是定速运行的，即叶片周向线速度u可以看作是一定值，这样影响叶片冲角大小的因素就是气流速度c与叶片的安装角。当叶片安装角一定，如果气流速度c越小，则冲角就越大，产生失速的可能性也就越大。当气流速度c一定时，如果叶片安装角减小，则冲角也减小，因此，当风机刚刚启动或低负荷运行时（前提是管道的进、出口风门处于全开状态），风机失速的可能性将会减

4、小甚至消失。同样，对于动叶可调轴流风机，当风机发生失速时，关小失速风机的动叶角度，可以减小气流的冲角，从而使风机逐步摆脱失速状态。对于叶片高度方向而言，线速度u沿叶片高度方向逐渐增大，在气流速度c一定的情况下，冲角会随着叶片高度方向逐渐增大，以至于在叶顶区域形成旋转失速。如叶片安装角随着叶片高度的方向逐渐减小，可以避免因叶高引起的旋转失速。目前，动叶可调轴流风机常用的扭曲叶片就是基于这个道理。轴流风机喘振概述一般轴流通风机性能曲线的左半部，都存在一个马鞍形的区域（风机的固有特性，但轴流通风机相对比较敏感），在此区域运行时有时会出现风机的流量、压头的大幅度脉动，风机及

5、系统风道都会产生强烈的振动、噪声显著增大等不正常工况，一般称之为“喘振”，这一不稳定工作区称为喘振区。实际上，喘振仅仅是不稳定工作区内可能遇到的现象，而在该区域内必然要出现的则是旋转失速现象。轴流风机喘振原理当风机在曲线的单向下降部分工作时，其工作是稳定的，一直到工作点K。但当风机负荷降到低于Qk时，进入不稳定区工作。此时，只要有微小扰动使管路压力稍稍升高，则由于风机流量大于管路流量（Qk＞QG），管路工作点向右移动至A点，当管路压力PA超过风机正向输送的最大压力Pk时，风机工作点即改变到B点（A、B点等压），风机抵抗管路压力产生的倒流而做功。此时，管路中的气体向两个方

6、向输送，一方面供给负荷需要，一方面倒送给风机，故管路压力迅速降低。至D点（C、D点等压）时停止倒流。但由于风机的流量仍小于管路流量，QC＜QD，所以管路压力仍下降至E点，风机的工作点将瞬间跳到F点（E、F点等压），此时风机输出流量为QF。由于QF大于管路的输出流量，此时管路风压转而升高，风机的工作点又移到K点。上述过程重复进行，就形成了风机的喘振。喘振时，风机的流量在QB～QF范围内变化，而管路的输出流量只在少得多的QE～QA间变动轴流风机喘振的充要条件风机的工作点落在具有驼峰形P-Q性能曲线的不稳定区域内；风道系统具有足够大的容积，它与风机组成一个弹性的空气动力系统；

7、整个循环的频率与系统的气流振荡频率合拍时，产生共振。失速与喘振的区别及联系（一）风机的失速与喘振的发生都是在P-Q性能曲线左侧的不稳定区域，它们是密切相关的。但是失速与喘振有着本质的区别：失速发生在P-Q性能曲线峰值K以左的整个不稳定区域，而喘振只发生在P-Q性能曲线向右上方的倾斜部分,其压力降低是失速造成的,可以说失速是喘振发生的根本诱因。失速与喘振的区别及联系（二）失速的发生只取决于叶轮本身、叶片结构、进入叶轮的气流情况等因素，与风道系统的容量、形状等无关，但却与风道系统的布置形式有关。失速发生时，尽管叶轮附近的工况有波动，但风机的流