淺析動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)的失速與喘振

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1、動(dòng)葉可調(diào)軸流通風(fēng)機(jī)的失速與喘振分析及改進(jìn)措施丁鵬/揚(yáng)州第二發(fā)電有限責(zé)任公司吳躍東/沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)（集團(tuán)）有限公司摘要：闡述了軸流通風(fēng)機(jī)失速與喘振的形成機(jī)理，結(jié)合2×600MW機(jī)組一次風(fēng)機(jī)的喘振問題，分析了失速與喘振的原因，同時(shí)還制定了檢查及整改措施。關(guān)鍵詞：軸流式通風(fēng)機(jī)失速喘振中圖分類號(hào)：TH432.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1006-8155（2007）03-0070-02AnalysisonStallandSurgeofVariableBladeAdjustableAxialFlowFanandImproveme

2、ntMeasuresAbstract:Theformationprincipleofstallandsurgeforaxialflowfanwaselucidated,analyzethereasonofstallandsurgebondingthesurgeproblemof2×600MWprimaryfan,atonetime,drawthemeasuresofcheckandimprovement.KeyWords:axialflowfanstallsurge0引言由于動(dòng)葉可調(diào)軸流通風(fēng)機(jī)具有體積小、質(zhì)量輕、

3、低負(fù)荷區(qū)域效率較高、調(diào)節(jié)范圍寬廣、反應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，近十年來，國(guó)內(nèi)大型火力發(fā)電廠已普遍采用動(dòng)葉可調(diào)軸流通風(fēng)機(jī)。因?yàn)檩S流通風(fēng)機(jī)具有駝峰形性能曲線這一特點(diǎn)，理論上決定了風(fēng)機(jī)存在不穩(wěn)定區(qū)。風(fēng)機(jī)并不是在任何工作點(diǎn)都能穩(wěn)定運(yùn)行，當(dāng)風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)移至不穩(wěn)定區(qū)時(shí)，就有可能引發(fā)風(fēng)機(jī)失速及喘振等現(xiàn)象的發(fā)生。筆者針對(duì)揚(yáng)州第二發(fā)電有限責(zé)任公司二期擴(kuò)建工程2×600MW機(jī)組一次風(fēng)機(jī)在安裝、調(diào)試期間發(fā)生的失速問題，對(duì)失速與喘振的原理進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的檢查和整改措施，以及風(fēng)機(jī)在正常運(yùn)行過程中如何避免失速與喘振的發(fā)生。1軸流通風(fēng)機(jī)失速與喘

4、振的關(guān)系1.1失速目前，一般軸流通風(fēng)機(jī)通常采用高效的扭曲機(jī)翼型葉片，當(dāng)氣流沿葉片進(jìn)口端流入時(shí)，氣流就沿著葉片兩端分成上下兩股，處于正常工況時(shí)，沖角為零或很?。饬鞣较蚺c葉片葉弦的夾角α即為沖角），氣流則繞過機(jī)翼型葉片而保持流線平穩(wěn)的狀態(tài)，如圖1a所示。當(dāng)氣流與葉片進(jìn)口形成正沖角時(shí)，即α>0，且此正沖角超過某一臨界值時(shí)，葉片背面流動(dòng)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，如圖1b所示。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(dòng)阻力也就越大，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)阻塞葉道，同時(shí)風(fēng)機(jī)風(fēng)

5、壓也會(huì)隨之迅速降低。氣流方向沖角α氣流方向(a)(b)圖1氣流沖角的變化及失速的形成6ω1324圖2旋轉(zhuǎn)脫流工況風(fēng)機(jī)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(yùn)行工況變化而使流動(dòng)方向發(fā)生偏離時(shí)，在各個(gè)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α達(dá)到臨界值時(shí)，就可能首先在該葉片上發(fā)生失速，并非是所有葉片都會(huì)同時(shí)發(fā)生失速，失速可能會(huì)發(fā)生在一個(gè)或幾個(gè)區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)也可能包括一個(gè)或多個(gè)葉片。由于失速區(qū)不是靜止的，它會(huì)從一個(gè)葉片向另一個(gè)葉片或一組葉片擴(kuò)散，如圖

6、2所示。假定產(chǎn)生的流動(dòng)阻塞首先從葉道23開始，其部分氣流只能分別流進(jìn)葉道12和34,使葉道12的氣流沖角減小,葉道34的沖角增大,以至于葉道34也發(fā)生阻塞,并逐個(gè)向葉道45、56…傳播,如圖2所示。試驗(yàn)表明：脫流的傳播速度ω′小于葉片運(yùn)轉(zhuǎn)的角速度ω；因此，在絕對(duì)運(yùn)動(dòng)中，脫流區(qū)以Δω=ω′－ω速度旋轉(zhuǎn)，方向與葉輪旋轉(zhuǎn)方向相同，這種現(xiàn)象稱為旋轉(zhuǎn)脫流或旋轉(zhuǎn)失速。風(fēng)機(jī)進(jìn)入到不穩(wěn)定工況區(qū)運(yùn)行時(shí)，葉輪內(nèi)將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)或數(shù)個(gè)旋轉(zhuǎn)失速區(qū)。葉片每經(jīng)過一次失速區(qū)就會(huì)受到一次激振力的作用，從而會(huì)使葉片產(chǎn)生共振；此時(shí)，葉片的動(dòng)應(yīng)力增加，嚴(yán)

7、重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)葉片斷裂，造成設(shè)備重大損毀事故。1.2影響沖角大小的因素ucwucw(a)(b)圖3進(jìn)氣速度及葉片角度對(duì)沖角的影響通常風(fēng)機(jī)是定轉(zhuǎn)速運(yùn)行的，即葉片周向線速度可以看作是一定值，這樣影響葉片沖角大小的因素就是氣流速度與葉片的安裝角。由圖3可看出，當(dāng)葉片安裝角β（圖3中虛線代表的角度）一定時(shí)，如果氣流速度c越小，則沖角α（圖3中虛線與相對(duì)速度w的夾角）就越大，產(chǎn)生失速的可能性也就越大。當(dāng)氣流速度c一定時(shí)，如果葉片安裝角β減小，則沖角α也減??；當(dāng)氣流速度c很小時(shí)，只要葉片安裝角β很小，氣流沖角α也很小。因此

8、，當(dāng)風(fēng)機(jī)剛剛啟動(dòng)或低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)（前提是管道的進(jìn)、出口風(fēng)門此時(shí)應(yīng)處于全開狀態(tài)），風(fēng)機(jī)失速的可能性將會(huì)減小甚至消失。6同樣，對(duì)于動(dòng)葉可調(diào)風(fēng)機(jī)，當(dāng)風(fēng)機(jī)發(fā)生失速時(shí)，關(guān)小失速風(fēng)機(jī)的動(dòng)葉角度，可以減小氣流的沖角，從而使風(fēng)機(jī)逐步擺脫失速狀態(tài)。當(dāng)然，還可以明顯地看出，對(duì)于葉片高度方向而言，線速度u是沿葉片高度方向逐漸增大的，在氣流速度c一定的情況下，沖角α?xí)S著葉片高度方向逐漸增大，以至