轴流通风机失速和喘振研究

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1、轴流通风机失速和喘振研究  摘要:本文分析了轴流通风机失速和喘振产生的机理,介绍了在工程中的应用,给出了整改建议。关键词:轴流通风机;失速;喘振我厂在调试和生产过程中,一次风机和引风机(均为轴流通风机)曾多次发生失速和喘振,影响风机的安全、稳定运行,对电厂的安全运行危害很大。生产运行人员对此现象的发生机理和处理方法颇有疑问和争论。为此进行分析和探讨,以帮助运行人员及时采取正确的处理手段,避免事故的扩大和设备的损坏。1.失速产生的机理风机处于正常工况时,冲角很小(气流方向与叶片叶弦的夹角即为冲角),气流绕过机翼型叶片而保持流线状态,如图1a所示。当气流与叶片进口形

2、成正冲角,即α>0,且此正冲角超过某一临界值时,叶片背面流动工况开始恶化,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,如图1b所示。冲角大于临界值越多,失速现象越严重,流体的流动阻力越大,使叶道阻塞,同时风机风压也随之迅速降低。5风机的叶片在加工及安装过程中,由于各种原因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。如果某一叶片进口处的冲角达到临界值时,就首先在该叶片上发生失速,而不会所有叶片都同时发生失速。如图2中,u是对应叶片上某点的周向速度;w是气流对叶片的相对速度

3、;α为冲角。假设叶片2和3间的叶道23首先由于失速出现气流阻塞现象,叶道受堵塞后,通过的流量减少,在该叶道前形成低速停滞区,于是气流分流进入两侧通道12和34,从而改变了原来的气流方向,使流入叶道12的气流冲角减小,而流入叶道34的冲角增大。可见,分流结果使叶道12绕流情况有所改善,失速的可能性减小,甚至消失;而叶道34内部却因冲角增大而促使发生失速,从而又形成堵塞,使相邻叶道发生失速。这种现象继续进行下去,使失速所造成的堵塞区沿着与叶轮旋转相反的方向推进,即产生所谓的“旋转失速”现象。风机进入到不稳定工况区运行,叶轮内将产生一个到数个旋转失速区。叶片每经过一次

4、失速区就会受到一次激振力的作用,从而可使叶片产生共振。此时,叶片的动应力增加,可能致使叶片断裂,造成重大设备损坏事故。大型火电机组的送风机一般是定转速运行的,即叶片周向速度u是一定值5,这样影响叶片冲角大小的因素就是气流速度与叶片开度角。如图2所示,可以看出:当叶片开度角β一定时,如果气流速度c越小时,冲角α就越大,产生失速的可能性也就越大。从图2还可以看出,当流速c一定时,如果叶片角度β减小,则冲角α也减小;当流速c很小时,只要叶片角度β很小,则冲角α也很小。因此,当风机刚启动或低负荷运行时,风机失速的可能性大大减小甚至消失。2.喘振的产生机理当系统管网阻力突

5、然增大使得流量和流速减小,或风机动叶开得过大,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

6、→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5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”。轴流通风机喘振的发生首先是由于工况改变时,叶栅气动参数与几何参数不协调,形成旋转失速。但也并不是所有旋转失速都一定会导致喘振,风机喘振还与管网系统有关。喘振现象的形成包含着两方面的因素:从内部来说,取决于叶栅内出现强烈的

7、突变性旋转失速;从外部条件来说,又与管网容量和阻力特性有关。另外,风机喘振的频率越低,振幅就越大。总之,失速是引发喘振的前因,但失速不一定会喘振,喘振是失速恶化的宏观表现。3.工程应用分析以上是理论上对轴流通风机喘振的的阐述,它与实际的喘振现象存在着差异。现有的喘振型理论是建立在大容量系统单风机运行方式的基础上,工程上应用的是两台风机并列运行的方式。实际运行中,轴流通风机喘振发生在增加风机出力的过程中。并列运行的风机只是单台风机发生喘振,不会两台同时喘振。风机喘振时电动机电流下降,并无摆动现象,最明显特征是喘振风机的风量被压制、急剧下降,系统空气倒流入风机。下面

8、结合图3进行分析。5轴流

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