轴流式送风机失速的原因分析及预防.doc

轴流式送风机失速的原因分析及预防措施

【摘要】根据乌拉山发电厂锅炉送、引风机在进行脉冲吹灰时经常发生失速的情况, 在分析轴流风机失速机理基础上,我们通过实验分析得出结论：由于脉冲吹灰时产生的冲击波使炉膛负压波动较大，造成总风量测量值随之波动，致使两台风机在风压、风量发生了变化而造成了风机失速。
【关键词】轴流式送风机；失速；动叶可调；预防措施
北方联合电力公司乌拉山发电厂#4、5锅炉是采用美国燃烧工程公司(CE)的引进技术设计和制造的。锅炉为亚临界参数、一次中间再热、自然循环汽包炉，采用平衡通风、直流式燃烧器、四角切圆燃烧方式，设计燃料为烟煤。每台锅炉装有2台半模式、双密封、三分仓容克式空气预热器，装有2台由成都电力机械厂制造的AP动叶可调轴流送风机。动叶调节范围为-36°～+20°（对应动叶开度0%～100％），设计风量为49.86万m3/h，设计静压为3800Pa，风机转速为985 r/min。#4、5炉分别在2006年6月份、9月底投产发电，投产后在进行脉冲吹灰时经常造成炉膛负压反正过大导致送、引风机发生失速。经过分析认为，风量变化大使2台风机风压、风量上发生了变化，2台风机抢风而造成了风机失速。
1、失速产生的机理
1.1　失速的过程及现象
轴流风机叶片通常是流线型的，设计工况下运行时，气流冲角α很小，气流绕过机翼型叶片而保持流线状态，如图1（a）所示。当气流与叶片进口形成正冲角，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1（b）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。

图1 风机失速原理示意图      
由于风机各叶片存在加工误差、安装角不完全一致、气流流场不均匀相等，因此，失速现象并不是所有叶片同时发生，而是首先在1个或几个叶片出现。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1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，α为冲角。假设叶片2和3间的叶道2、3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1、2和3、4，从而改变了原来的气流方向，使流入叶道1、2的气流冲角减小，而流入叶道3、4的冲角增大。可见，分流结果使叶道1、2绕流情况有所改善，失速的可能性减小，甚至消失；而叶道3、4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。发生旋转失速时风机可以继续运行，但它引起叶片振动和叶轮前压力的大幅度脉动，往往是造成叶片疲劳破坏的重要原因。

      （a） （b）
图 2 轴流式风机叶片气流方向变化导致失速原理示意图
1.2　影响冲角大小的因素
     大型火电机组的送风机一般是定转速运行的，即u是一定值 ，这样影响α的因素就是气流速度与叶片开度角。如图2（b）所示：当叶片开度角β一定时，如果气流速度c越小时，α就越大，产生失速的可能性也就越大。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、轴流风机失速的特性
轴流风机的失速特性是由风机的叶型等特性决定的，同时也受到风道阻力等系统特性的影响，动叶调节轴流式送风机的特性曲线如图3所示，其中，鞍形曲线M为送风机不同安装角的失速点连线，工况点落在马鞍形曲线的左上方，均为不稳定工况区，这条线也称为失速线。由图3看出：（1）在同一叶片角度下，管路阻力越大，风机出口风压越高，风机运行越接近于不稳定工况区；（2）在管路阻力特性不变的情况下，风机动叶开度越大，风机运行点越接近不稳定工况区。

图 3 轴流风机特性曲线
根据的运行经验，当并联运行的轴流风机出现下列现象时，说明风机发生了失速：（1）失速风机的压头、流量、电流大幅降低；（2）失速风机噪声明显增加，严重时机壳、风道、烟道发生振动；（3）在投入“自动”的情况下，与失速风机并联运行的另一台风机电流、容积比能大幅升高；（4）与风机“喘振”不同，风机失速后，风压、流量降低后不发生脉动。
3、风机失速的原因分析
气流速度与流量成正比，因此正常运行中导致风机流量异常降低的因素都可能导致风机失速：
（1）由于我厂脉冲吹灰器布置在高温再热器后尾部烟道内，离炉膛负压取样点较近，由于脉冲吹灰产生的冲击波使炉膛负压波动较大，造成总风量测量值随之波动，从而使风机产生失速。
（2）乙炔压力有时调的过高，使脉冲吹灰时产生的冲击波过大，造成炉膛负压波动较大，使风机风压测量值随之变化，从而使风机产生失速。
（3）未严格执行吹灰的定期工作，使尾部积灰较为严重。
4、预防送风机失速的措施
（1）脉冲吹灰时加强对炉膛负压，风机电流的监视，发现负压波动较大时及时的将风机动叶解“自动”进行手动调整。
（2）尽量调节2台风机风量相平衡，脉冲吹灰时将引、送风机联络挡板关闭。
（3）脉冲吹灰尽量在高负荷时进行，吹灰时保持较大的炉膛负压。
（4）严格执行脉冲吹灰的定期工作，做到每班必须进行，严格按照规定将乙炔压力调至0.11MPa左右。
（5）利用每次停机的机会对空预器和暖风器进行检查，发现积灰或杂物堵塞都要及时清理。
（6）每次机组检修时应该对送风机失速探测器和相关压力变送器、差压开关进行检查，确保保护动作可靠。
5 结束语
在正常运行中，锅炉尾部空预器受热面积灰严重或风门、挡板操作不当误关，造成风道阻力增大，促使风机在不稳定工况区域是轴流风机失速的主要原因之一。根据电厂的运行经验，轴流风机风压、风量、电流大幅度降低后未发生脉动，风机振动、动叶开度突增是判断送风机发生失速的重要依据。一旦发生送风机失速，应迅速关小失速风机的动叶，相应开大未失速风机的动叶，使并联运行的2台风机动叶开度、电流相接近，是使风机快速脱离工况的解决办法。
我厂经过对脉冲吹灰制定严格的管理制度以及采取了其他防止风机失速的措施，如定期执行吹灰工作、将执行脉冲压力调整在规定范围内等，在未发生风机失速现象。

【参考文献】
［1］ 黄新元.电站锅炉运行与燃烧调整.北京.中国电力出版社，2003
［2］ 杨卫娟.锅炉各受热面吹灰作用的对比研究.动力工程，2006，（6）
［3］ 郑国福，陈玉龙.轴流式送风机失速原因分析及预防措施.电力设备，2006，（1）

运行部锅炉专业
王 卫 东