安徽电气职院600MW直流锅炉培训讲义05风烟系统.docx

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1、第五章风烟系统1.1总的介绍1.1.1 概述锅炉风烟系统是锅炉重要的辅助系统。它的作用是连续不断的给锅炉燃烧提供空气，并按燃烧的要求分配风量，同时使燃烧生成的含尘烟气流经各受热面和烟气净化装置后，最终由烟囱及时的排至大气。锅炉风烟系统按平衡通风设计，系统的平衡点发生在炉膛中，因此，所有燃烧空气侧的系统部件设计正压运行，烟气侧所有部件设计负压运行。平衡通风方式使炉膛和风道的漏风量不会太大，保证了锅炉较高的经济性，能防止炉内高温烟气外冒，对运行人员的安全和锅炉房的环境均有一定的好处。二次风系统供给燃烧所需的空气，设有2台50%容量的动叶可调轴流式送风机，在风机出口挡板后设有联络风管以平衡送风机出口

2、风压。在送风机的入口风道上设有热风再循环装置，当环境温度较低时，可以投入热风再循环，以提高进入空气预热器的空气温度，防止空气预热器冷端积灰和腐蚀。烟气系统是将炉膛中的烟气抽出，经尾部受热面、空预器、除尘器和烟囱排向大气。在除尘器后设有2台50%容量的静叶可调的轴流式引风机。为使除尘器前后的烟气压力平衡，使进入除尘器的烟气分配均匀，在两台除尘器进口烟道处设有联络管。为防止烟气倒流入引风机，在引风机出口处装有严密的烟气挡板。风烟系统主要由下列设备和装置组成，其运行参数也就决定运行了风烟系统的参数：1）两台动叶可调轴流式送风机（二次风机）2）两台动叶可调轴流式一次风机3）两台静叶可调轴流式引风机4）

3、两台容克式三分仓空气预热器5）烟气再循环管6）两台静电除尘器7）两台火检冷却风机8）两台密封风机9）四组对冲布置的燃烧器及二次风箱10）连接管道、挡板或闸门风烟系统其实是两个平行的供风系统，有共同的炉膛、受热面烟道和两台引风机构成的风烟系统。输送至炉膛的空气，其作用是：1）提供燃料燃烧所需要的二次风、中心风和燃尽风，由送风机提供。2）提供输送和干燥燥粉的一次风，由一次风机提供。3）提供火检探测器的冷却风，由火检冷却风机提供，直接取自大气。4）给煤机、磨煤机和煤粉管吹扫风，由一次风机出口经密封风机升压后提供。无论是密封风还是冷却空气，最终均进入炉膛，是燃烧所需的空气的组成部分。本章节只介绍一、二

4、次风系统、烟气系统和密封风系统，其他部分如冷却风、火检等在相关章节介绍。1.1.2 二次风系统为了使燃料在炉内的燃烧正常进行，必须向炉膛内送入燃料燃烧所需要的空气，用送风机克服烟气侧的空气预热器、风道和燃烧器的流动阻力，并提供燃料燃烧所需的氧气。二次风的流程：电厂环境空气经滤网、消声器与热风再循环汇合后垂直进入两台轴流式送风机，由送风机提压后，经冷二次风道进入两台容克式三分仓空气预热器的二次风分仓中预热,，热二次风经热二次风道送至二次风箱和燃烧器进入炉膛。每台空气预热器对应一组送风机和引风机。两台空气预热器的进出口风道横向交叉连接在总风道上，用来平衡两侧二次风压，在锅炉低负荷期间，可以只投入一

5、组风机（送、引风机各一台）运行。加热后的二次风，经热二次风总管分配到炉膛的前后墙的4个燃烧器风箱后，被分成多股三种空气流，一是通过各二次风喷咀的二次风（中心风）；二是通过一次风喷咀周边入炉的周界风；三是通过燃烧器顶部燃尽喷咀的燃尽风。用于锅炉点火和低负荷稳燃的油燃烧器布置在二次风喷咀内，故没有设计独立的供风通路。在燃烧器风箱内流向各个喷咀的通道上设有调节挡板，用以完成各股风量的分配。1.1.3 一次风系统一次风的作用是用来输送和干燥煤粉，并供给燃料燃烧初期所需的空气。大气经滤网、消声器垂直进入两台轴流式一次风机，经一次风机提压后分成两路；一路进入磨煤机前的冷一次风管；另一路经空气预热器的一次风

6、分仓，加热后进入磨煤机前的热一次风管，热风和冷风在磨煤机前混合。在冷一次风和热一次风管出口处都设有调节挡板和电动挡板来控制冷热风的风量，保证磨煤机总的风量要求和合适的出口温度。合格的煤粉经燥粉管道由一次风送至炉膛燃烧。一次风机的流量主要取决于燃烧系统所需的一次风量和空气预热器的漏风量。密封风机风源来自一次风，最终进入磨煤机。一次风的压头主要取决于煤粉流的阻力及风道、空气预热器、挡板、磨煤机的流动阻力。其压头是随锅炉需粉量的变化而变化，可以通过调节动叶的倾角来改变风量，维持风道一次风的压力，适应不同负荷的变化。1.1.4 烟气系统烟气系统的作用是将燃料燃烧生成的烟气经各受热面传热后连续并及时地排

7、至大气，以维持锅炉正常运行。锅炉烟气系统主要由两台静叶可调轴流式引风机、两台容克式空气预热器和两台电除尘器构成。锅炉采用平衡通风，炉膛保持一定的负压。负压是通过调节引风机静叶的角度,改变风机的流量实现的。引风机的进口压力与锅炉负荷、烟道通流阻力有关。其流量决定于炉内燃烧产物的容积及炉膛出口后所有漏入的空气量。两台空气预热器出口有各自独立的通道与两台电除尘器相连接，电除尘的两室出口有共同的通道与引风机连接。在引风机的进出口有电动挡板，满足任一台引风机停运检修时的隔离需要。1.2送风机和一次风机风机是把机械能转化为气体的势能和动能的设备，风机可以分为轴流式和离心式两种形式。轴流风机和离心风机比较：

8、1）动叶调节轴流风机的变工况性能好，工作范围大。因为动叶片安装角可随着锅炉负荷的改变而改变，既可调节流量又可保持风机在高效区运行。2）轴流风机对风道系统风量变化的适应性优于离心风机。由于外界条件变化使所需风机的风量、风压发生变化，离心风机就有可能使机组达不到额定出力，而轴流风机可以通过动叶片动叶关小或开大动叶的角度来适应变化，同时由于轴流风机调节方式和离心风机的调节方式不同，决定了轴流风机的效率较高。3）轴流风机重量轻、飞轮效应值小，使得启动力矩大大减小。4）与离心式风机比较，轴流风机结构复杂、旋转部件多，制造精度高，材质要求高。华润常熟锅炉送风机和一次风机每炉均为两台，采用液压、动叶可调轴流

9、式风机，由上海鼓风机厂有限公司在引进德国T1.T公司技术的基础上生产。1.2.1轴流风机的工作原理流体沿轴向流入叶片通道，当叶轮在电机的驱动下旋转时，旋转的叶片给绕流流体一个沿轴向的推力（叶片中的流体绕流叶片时，根据流体力学原理，流体对叶片作用有一个升力，同时由作用力和反作用力相等的原理，叶片也作用给流体一个与升力大小相等方向相反的力，即推力），此叶片的推力对流体做功，使流体的能量增加并沿轴向排出。叶片连续旋转即形成轴流式风机的连续工作。假设一较长的圆柱体静止，气流自左向右作平行流动，不计气体的粘性（即气体流动的阻力），那么气体会均匀的分上下绕流圆柱体。气流在圆柱体上的速度及压力分布完全对称，

10、流体对柱体的总的作用力为0,如图51所示。这种流动叫平流绕圆柱体流动。流与环流方向一致，流速加快；圆柱体下部平流与环流方向相反，流速减慢。根据能量方程原理，圆柱体上部与圆柱体下部的总能量相等，而圆柱体上部动能大，压力小，下部动能小，压力大0于是流体对圆柱体产生一个自下而上的压力差，这个压差就是升力。时圆柱体上、下速度及压力分布亦完全对称，示。这种运动为环流运动。T图51平行绕圆柱体流动图52流体对柱体的总的作用力为0,如图52所P环流运动图53机翼的升力原理若圆柱体作顺时针的旋转运动，则圆柱体周围的气体也一起旋转，产生环流运动。这若流体作平行运动，圆柱体作顺时针旋转，这两种流动叠加在一起是：圆

11、柱体上部平机翼上升力产生的原理与圆柱体上升力的原理相同。如图53示。机翼上有一个顺时针方向的环流运动，由于机翼向前运动，流体对于机翼来说是作平流运动。机翼上部平流与环流叠加流速加快，压力降低，机翼下部平流与环流叠加流速减小，压力升高。此时就产生一个升力P。同时在流动过程中有流动阻力，机翼也受到阻力。轴流风机的叶轮是由数个相同的机翼组成的一个环型叶栅，如图54所示。若将叶轮以同一半径展开，如图55示，当叶轮旋转时，叶栅以速度U向前运动，气流相对于叶栅产生沿机翼表面的流动，机翼有一个升力P,而机翼对流体有一个反作用力R,R力可以分解为Rm和Ru,力Rm使气体获得沿轴向流动的能量，力RU使气体产生旋

12、转运动，所以气流经过叶轮做功后，作绕轴的沿轴向运动。图5-5环形叶栅中机翼与流体相互作用力分析图图54轴流风机的叶轮1.2.2型式和参数1）型式送风机：动叶可调轴流式FAF26.613.31级数轮廓内径轮廓外径动叶调节轴流式送风机一次风机：动叶可调轴流式PAF1712.5-2I1级数轮廓内径轮廓外径动叶调节轴流式一次风机2）设计参数（见表51）1.2.3 结构简介图56,57分别为送风机、一次风机的结构图，送风机的结构和一次风机相类似,只是送风机是一级叶轮，一次风机为两级叶轮。送风机和一次风机由以下部件组成：驱动电机、联轴器、主轴承、轴承润滑油系统、消声器、进气箱以及连接管道、风机轴、轴流叶片

13、、液压供油系统、液压缸、调节杆、失速探针等。每台送风机均有润滑油系统，主轴承的润滑油是由位于轴承座上的油槽提供。当主轴承温度超过90时，将会报警，运行人员需监视该温度并分析产生的原因，其原因可能为润滑油中断、冷却水系统故障。如温度继续升高达II（TC时必须立即停机。送风机和一次风机均采用挠性联轴器，即在电动机与风机之间装有一段中间轴，在它们的连接处装有数片弹簧片，其具有尺寸小，自动对中，适应性强的特点。一次风机主轴承采用滚柱轴承并带有一个焊接轴承箱，可承受转子全部的载荷。主轴、轴承箱和动叶调节的液压缸全部位于风机的芯筒内。每台风机均有扩压器，将动能转变成静压能，降低涡流损失，提高风机的效率，同

14、时使空气流更加均匀，风机的出口过渡段允许扩压器和风道相连接。扩压器的出口和过渡段进口的连接均为挠性连接，可以减少风机传给风道的振动。表5-1送风机及一次风机设计参数表项目内容单位送风机一次风机风型号FAF26.6-13.3-1PAF17-12.5-2额定转速rpm9851450动叶角度调节范围度-15-55-15-55机电机额定电压KV66项目内容单位送风机一次风机电机额定电流A133.2211.6电机额定转速rpm9831485电机额定功率Kw11201800液压油系统油泵电机额定电压V380380油泵电机额定功率Kw2.22.2油泵电机额定转速rpm14501450冷却器进油温度也6060

15、冷却器出油温度C4545冷却水压力MPa0.20.30.20.3液压油系统冷却水量m3h2.252.25冷却面积m22.62.6供油压力MPa3.53.5润滑油系统油泵电机电压V380380功率kw2.22.2转速rpm14501450加热单元电压V380380功率kw2.52.5润滑Mh压力Mpa0.80.8润滑油总供油量l/min2525图5-6送风机的结构1.2.4 技术特点1）叶轮叶轮是轴流风机的主要部件之一。气流通过旋转的叶轮，才能得到能量，并沿轴做螺旋的轴向流动。图57为风机的叶轮图，它由动叶、轮毂、叶柄、叶柄轴承、平衡重等组成。叶轮为焊接结构，重量轻，惯性矩小。叶片和叶柄等组装件

16、的离心力通过推力球轴承传递至承载环上。2）液压润滑装置液压油站由油箱、油泵装置、滤油器、冷却器、仪表、管道和阀门等组成，其结构为整体式。工作时，油由齿轮泵从油箱中吸出，经单向阀，双筒过滤器送给叶片调节装置，由于其压力较高，故称为压力油。另一路油经压力调节阀，单向阀、冷却器、节流阀、流量继电器等供轴承润滑。图57一次风机叶轮为了风机的运行可靠，油站中大部分器件均为两套，设两台齿轮油泵，一用一备，正常时工作油泵运行，遇有意外时，压力开关发信启动备用泵，保证继续供油。油泵的出口压力由安全阀来调定，一般在35Mpa0滤油器为双套结构，一只工作，一只备用，当工作滤芯需要清洗或更换时，只要扳动三通阀即可实

17、现。当冷油器发生意外需清洗或调换时，可以切换三通阀来进行旁路。电加热器用于加热油液，使得油保持一定的粘度。3）中间轴和联轴器风机的转子通过风机侧的半联轴器、电动机侧的半联轴器和中间轴同电机相连。1.2.5风机的运行和维护1）风机的启动A.启动前的检查。检查与风机启动有关的润滑油系统、冷却水系统、液压油系统、一些保护和联锁装置、监测装置投入运行。B.风机启动可以采用就地、遥控和程控的方式启动，但是在风机检修后试转时，一般采用就地近控启动，现场有专人检查风机的转向是否符合要求，检查风机的升速和运转情况，以便在异常工况下及时分析处理。同时监测风机的电流和启动时间，并进行风量的调节。一次风机试转时应确

18、认系统内无积粉，以避免大量的可燃物进入炉膛，以防炉膛爆炸或烟道内可燃物再燃烧。C.为保证送、一次风机的安全，风机应在最小负载下启动，即风机的动叶角度为0,出口挡板关闭，这是因为轴流风机的轴功率N是随着风量Q的增加而减小。如图58为带有动叶调节的送风机性能曲线，图19为动叶调节的一次风机性能曲线，从两图中可以知道动叶角度越小、风量越大时风机的轴功率将越小。D.风机启动后逐渐开启动叶，同时注意避开喘振区。启动正常后应全面检查风机的运行工况，包括：电动机及机械部分的振动、轴承温度，电流、风量风压、电机线圈和铁芯温度、转动部件有无卡涩和金属摩擦声以及各附属设备及系统（润滑油系统、冷却水系统等）的运行情

19、况。2）风机的停止.风机的停用应考虑风机联锁的动作范围，并应将机组的负荷减小，开启有关的连通风门；B.逐渐关闭需停运送风机的动叶，将需停用风机的负荷逐步转移至另一台风机。C.关闭送风机出口挡板；D.打开二次风联络门；E.停止送风机；F.根据情况停止风机油系统3）风机正常运行时的注意事项A.调节送风机负荷时，二台风机的负荷偏差不应过大，防止风机进入不稳定工况运行。B.定期将冷油器切换运行。切换时先对备用冷油器充油放气，结束后开启备用冷油器出油门和冷却水进、出口门，正常后再停运原运行的冷油器。C. 当油系统滤网差压过大时，及时切换至备用滤网运行，通知维护人员清理。D. 发现风机各处油位低时，及时联

20、系加油.E. 风机正常运行监视点。风机的电流是风机负荷的标志，同时也是一些异常事故的预报。风机的进出口风压反映了风机的运行工况，还反映了锅炉及所属系统的漏风或受热面的积灰和积渣情况，需要经常分析。运行时需检查风机及电机的轴承温度、振动、润滑油流量、情况及各系统和转动部分的声音是否正常等。图59一次风机性能曲线4）轴流风机的调节轴流式风机的运行调节有三种方式：动叶调节、节流调节、变速调节和入口静叶调节。动叶调节是通过改变风机叶片的角度，使风机的曲线发生改变，来实现改变风机的运行工作点和调节风量。这种调节经济性和安全性较好，每一个叶片角度对应一条曲线，且叶片角度的变化几乎和风量成线性关系。节流调节

21、的经济性很差，所以轴流式风机不采用这种调节方式。变速调节是最经济的调节方式，但需要配置电机变频装置或液力偶和器，电气谐波问题很突出，综合造价和运行维护费用也不低，故现在运行业绩并不多。进口静叶调节时系统阻力不变，风量随风机特性曲线的改变而改变，风机的工作点易进入不稳定工况区域。1.2.6故障分析和处理表52送风机、一次风机常见故障分析故障现象故障原因检查项目主轴承温度过高1、润滑油流量不足2、冷却器的冷却水量不足3、冷却器内粘附污物4、轴承内有异物1、适当调整溢流增加油压2、检查冷却水量，冷却水管是否堵塞。3、清洗水冷管内外部4、检查轴承，有异声则更换系统油压低1、油泵故障2、油泵吸入口不充满

22、3、油箱油位过低4、溢流阀失灵5、液压缸阀芯间隙过大或工作状况不良（排油量大）1、检查维修2、检查是否吸入口带空气3、加油并检查管路是否漏油4、调整或拆开检查5、检查阀芯处间隙并调整液压缸。系统油压过高1、溢流阀工作异常2、溢流阀卸荷管路堵塞1、调整或拆开检查2、检查并维修备用油泵不运行1、电气故障2、叶片被异物卡住1、检查电路2、检查修理异常噪声主机1、风机内有异物2、旋转件与静止件相干涉3、喘振1、检查修理2、检查修理3、减小动叶开度使风机退出喘振区。油泵1、油泵内有空气2、产生空蚀现象1、排出空气2、清洗吸入口振动1、风机未对中2、主轴承故障3、转子不平衡4、喘振5、风筒支板或底座板开焊

23、1、调正风机中心2、检查轴承，若异常则更换。3、检查异常磨损、裂纹或粉尘粘附情况。检查有无螺栓、螺母脱落。4、减小动叶开度使风机退出喘振区。5、补焊主轴承处漏油1、润滑油油量大2、密封圈或密封片损坏3、润滑油回油阻塞或空气闭塞。1、检查润滑油进油管上的溢流阀。2、更换3、检查修理动叶滞卡1、轮毂内部调节机械损坏2、操作机构滞卡3、动叶支撑轴缺油1、修理更换2、修理更换3、换润滑油和动叶支撑轴承动叶角度调节异常1、较接管接头和阀芯、阀套磨损。2、活塞环和齿型密封损坏。3、挠性软管损坏（漏油）4、动叶滞卡1、更换磨损件2、更换3、更换4、按动叶滞卡的故隙处理1.3引风机华润常熟引风机为子午加速风机

24、，调节方式采用静叶调节，型式为轴流式，由成都风机厂在引进德国KKK公司AN系列技术的基础上制造生产。1.3.1 型式和参数1）型式：静叶可调轴流式AN35e6（V19+4o）3）技术和性能参数表53引风机技术参数序号项目单位数值1风机型号AN35e6(V19+4o)2风机调节装置型号A170T003叶轮直径mm35504叶轮级数级15每级叶片数片196叶片调节范围度-75o-30o7转子重量kg35008转子转动惯量Kg.m250009风机的第一临界转速r/min77010风机轴承型式滚动轴承11轴承润滑方式脂润滑12轴承冷却方式冷风机强制冷却13风机旋转方向（从电机侧看）逆时针旋转13风机总

25、重量kg5500014冷却风机型号/数量G9-19N24A/2台15冷却风机电压V38016冷却风机功率kW317冷却风机风量、风压（标准状态下）风量：840-2016m3h风压:38163396Pa18冷却风机的转速rpm2900表54：引风机的性能参数（设计煤种工况）项目TB工况B-MCR工况THA工况风机入口体积流量（11s）486.3425.6386.1风机入口质量流量（kgs）409.2369.6336.6风机入口温度（C）140130130入口空气密度（kgm3）0.8410.8680.872风机入口全压（Pa）-3950-3253-2870风机入口静压（Pa）-4200-3450

26、-3030风机出口全压（Pa）450397330风机出口静压（Pa）200200170项目TB工况B-MCR工况THA工况风机全压升(Pa)440036503200风机静压升(Pa)440036503200风机出口风温(C)146135134风机附件损失(Pa)/Z/风机全压效率()85.485.985.2风机轴功率(kW)251818231465风机转速(rmin)585585585说明：A.TB(testblock)点风量、风压参数为BMCR工况考虑了裕量的数据;B. B-MCR系锅炉最大连续出力工况，此工况点的风量、风压为风机能力考核点;C. THA工况相当于ECR工况。此点为风机性能考

27、核点。1.1.2 结构简介AN风机是一种子午加速风机，它由进气室、前导叶、集流器、叶轮、后叶轮和扩压器组成。(如图510)工作时烟气进入风机进气室，经过前导叶的导向，在集流器中加速,再通过叶轮的作功产生静压能和动压能；后导叶将烟气的螺旋运动转化为轴向运动进入扩压器，并在扩压器中将烟气的大部分动能转化为静压能。图510AN静叶调节引风机结构轴承套管用以减少烟气对轴承的冲刷，保护轴承不受高温烟气的磨损。冷却风机冷却轴承，共两台，由成都风机厂生产。在冷却风道内有一油脂管，可以对风机的轴承加润滑油。1.1.3 技术特点引风机的结构简单，转子重量很轻，叶轮的转动惯性也比较小，如华润常熟的引风机,其叶轮直

28、径为3550mm,但是转子重量仅为3500kg。转动惯量为500Okgm2,相应降低了电机的拖动负荷，增加了轴承和电机的寿命。由于风机的结构特点，检修时叶轮无需与轴承座整体吊装。华润常熟引风机采用滚动轴承、油渍润滑，冷却风机强制冷却，故无需油站、液压系统、冷却水系统及其他附属设施。减少了投资，事故点少，维护量小，运行安全可靠，同时也降低了噪音。引风机在出厂前已采用SKF油脂注满，正常运行后每月加注160220克油脂。1）风机的叶片为三维扭曲等强度叶片；轮毂为锅底形，迎着气流方向是多圆弧面并沿流向收敛，从而使叶轮的气流损失少，效率高，作功能力强。（如图511）2）从图5-12中可以看出TB点、B

29、MCR点以及其他工况点对于失速线的偏离值均在20%以上，运行点的趋势曲线也远离失速区，不会进入喘振危险区域，运行安全可靠，一般认为在偏离值大于8%时就不存在喘振危险。3）引风机的工作工作介质是温度较高，粉尘含量高的烟气，所以要求其有良好的耐磨损性。在相同风机的选型下，静调轴流风机比动调轴流风机转速低，而叶轮的直径相差不大，因叶轮的耐磨寿命与速度的平方成反比，因此转速低，耐磨性就比较好。另外在结构上采取在轴承上加装套管的方式，防止烟气对轴承的冲刷。4）由于前导叶的调节由电动执行器来实现,可以在很短的时间由最小开度到最大开度,同时烟气在前导叶流速低，磨损就小，因此维护量就降低。1.1.4 运行和维

30、护1）引风机启动前应确认有一台冷却风机正常运行，前导叶关闭并保持在一75度位置,进口隔绝门在关闭位置，出口隔绝门在全开位。滚动轴承及其内部空间己充满油脂，油脂无硬化现象，否则需更换油脂。2）运行时需监视主轴承的温度小于70,当温度大于90时发出报警，同时联锁启动另一台冷却风机，使其温度降至小于图511引风机叶轮图512引风机性能曲线3）由于每个月加油脂大约150g左右，而叶片的寿命在40000小时以上，一个轮毂可以更换叶片34次，而后导叶可在运行状态下更换，没有润滑油站，冷却水系统维护，从而降低了维护的费用。4）由于引风机的转速低，气流较平稳，噪音低，无油站，无冷却水冷却，避免了跑、冒、滴、漏

31、现象，有利于维护电厂的运行环境。1.1.5 故障分析和处理1）引风机振动大主要原因是：由于叶轮摩擦、积灰、损坏等使叶轮失去平衡；联轴器不对中或联轴器损坏，失去平衡；地脚螺栓松动或机械连接部分松动；叶轮与外壳摩擦；轴承间隙不正常；轴承损坏或磨损。2）处理方法：将风机切手动，适当降低负荷，并监视振动值，如继续上升至跳闸值，风机自动跳闸，否则手动停运。4）轴承温度高产生的原因：轴承振动大，安装不对，损坏，润滑油过多、缺油或油质恶化，冷却水量不足或水温高。处理方法：如为轴承本身的问题，应停运处理，如为冷却水流量不足，应调整。调整油位或换油，若继续升高达跳闸值应自动跳闸，否则手动停运。1.4 风机的失速

32、和喘振1.4.1 失速由流体力学知，当速度为V的直线平行流以某一冲角（翼弦与来流方向的夹角）绕流二元孤立翼型（机翼）时，由于沿气流流动方向的两侧不对称，使得翼型上部区域的流线变密，流速增加，翼型下部区域的流线变稀，流速减小。因此，流体作用在翼型下部表面上的压力将大于流体作用在翼型上部表面的压力，结果在翼型上形成一个向上的作用力。如果绕流体是理想流体，则这个力和来流方向垂直，称为升力，其大小由儒可夫斯基升力公式确定：F1.=PU一速度环量P一绕流流体的密度其方向是在来流速度方向沿速度环量的反方向转90来确定。轴流风机叶片前后的压差，在其它都不变的情况下，其压差的大小决定于动叶冲角的大小，在临界冲

33、角值以内，上述压差大致与叶片的冲角成比例，不同的叶片叶型有不同的临界冲角值。翼型的冲角超过临界值，气流会离开叶片凸面发生边界层分离现象，产生大面积的涡流，此时风机的全压下降，这种情况称为“失速现象”。如图513。a、风机正常工况时的气体流动状况b、风机脱流工况时的气体流动状况图5-13风机正常工况与脱流工况的气流状况对比泵与风机进入不稳定工况区，其叶片上将产生旋转脱流，可能使叶片发生共振，造成叶片疲劳断裂。现以轴流式风机为例说明旋转脱流及其引起的振动。当风机处于正常工况工作时，冲角等于零，绕翼型的气流保持其流线形状，如图示：当气流与叶片进口形成正冲角时，随着冲角的增大，在叶片后缘点附近产生涡流

34、，而且气流开始从上表面分离。当正冲角超过某一临界值时，气流在叶片背部的流动遭到破坏，升力减小，阻力却急剧增加，这种现象称为“旋转脱流”或“失速”。如果脱流现象发生在风机的叶道内，则脱流将对叶道造成堵塞，使叶道内的阻力增大，同时风压也随之而迅速降低0风机的叶片由于加工及安装等原因不可能有完全相同的形状和安装角，同时流体的来流流向也不完全均匀。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脱流，而不会所有叶片都同时发生脱流。如图514示：假设在叶道2首先由于脱流而出现气流阻塞现象，叶道受堵塞后，通过的流量减

35、少，在该叶道前形成低速停滞区，于是原来进入叶道2的气流只能分流进入叶道1和3。这两股分流来的气流又与原来进入叶道1和3的气流汇合，从而改变了原来的气流方向，使流入叶道I的气流冲角减小，而流入叶道3的冲角增大，由此可知，分流的结果将使叶道1内的绕流情况有所改善，脱流的可能性减小，甚至消失，而叶道3内部却因冲角增大而促使发生脱流，叶道3内发生脱流后又形成堵塞，使叶道3前的气流发生分流，其结果又促使叶道4内发生脱流和堵塞，这种现象继续下去，使脱流现象所造成的堵塞区沿着与叶轮旋转相反的方向移动。试验表明，脱流的传播相对速度Wl远小于叶轮本身旋转角速度W因此，在绝对运动中，可以观察到脱流区以W-Wl的速

36、度旋转，方向与叶轮转向相同。风机进入不稳定工况区运行，叶轮内将产生一个到数个旋转脱流区，叶片依次经过脱流区要受到交变应力的作用，这种交变应力会使叶片产生疲劳。叶片每经过一次脱流区将受到一次激振力的作用，此激振力的作用频率与旋转脱流的速度成正比，当脱流区的数目2、3时，则作用于每个叶片的激振力频率也作2倍、3倍的变化。如果这一激振力的作用频率与叶片的固有频率成整数倍关系，或者等于、接近于叶片的固有频率时，叶片将发生共振。此时，叶片的动应力显著增加，甚至可达数十倍以上，使叶片产生断裂。一旦有一个叶片疲劳断裂，将会将全部叶片打断，因此，应尽量避免泵与风机在不稳定工况区运行。图515在轴流风机QH性能

37、曲线中，全压的峰值点左侧为不稳定区，是旋转脱流区。从峰值点开始向小流量方向移动，旋转脱流从此开始，到流量等于零的整个区间，始终存在着脱流。叶轮旋转方向图514动叶中旋转脱流的形成(畜)田和图5-16轴流风机失速探头安装位置示意图图517轴流风机失速探头性能图旋转脱流对风机性能的影响不一定很显著，虽然脱流区的气流是不稳定的，但风机中流过的流量基本稳定，压力和功率亦基本稳定，风机在发生旋转脱流的情况下尚可维持运行，因此，风机的工作点如落在脱流区内，运行人员较难从感觉上进行判断。因为旋转脱流不易被操作人员觉察，风机进入脱流区工作对风机安全始终构成威胁,所以一般大容量轴流风机都装有失速探头以帮助运行人

38、员及时发现危险工况。如图5-16所示：失速探头由两根相隔约3mm的测压管所组成，安装于叶轮叶片的进口前，测压管中间用厚3mm高（突出机壳的距离）3mm隔片分开。风机在正常工作区域内运行时，叶轮进口的气流较均匀地从进气室沿轴向流入,失速探头之间的压力差等于或略大于零。图5-17中的AP为两测压管的压力差。当风机的工作点落在旋转脱流区，叶轮前的气流除了轴向流动之外，还有脱流区流道阻塞成气流所形成的圆周方向分量。于是，叶轮旋转时先遇到的测压孔，即隔片前的测压孔压力高，而隔片后的测压孔的气流压力低，产生了压力差。一般失速探头产生的压力差达245392Pa时报警。风机的流量越小，失速探头的压差越大，如图

39、517中的BCD段曲线。.当差压达到设定值时，失速探头发信报警，提醒运行人员进行干预消除危险工况。失速探头装好以后，通过调试予以标定，调整探头中心线的角度，使测压管在风机正常运转的差压为最小。1.4.2 喘振轴流风机性能曲线的左半部具有一个马鞍形的区域，在此区段运行有时会出现风机的流量、压头和功率的大幅度脉动，风机及管道会产生强烈的振动，噪声显著增高等不正常工况，一般称为“喘振”，这一不稳定工况区称为喘振区。实际上，喘振仅仅是不稳定工况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脱流或称旋转失速现象。这两种工况是不同的，但是它们又有一定的关系。如图518所示：轴流风机QH性能曲线，若用

40、节流调节方法减少风机的流量，如风机工作点在K点右侧，则风机工作是稳定的。当风机的流量QQk时，这时风机所产生的最大压头将随之下降，并小于管路中的压力，因为风道系统容量较大，在这一瞬间风道中的压力仍为Hk,因此风道中的压力大于风机所产生的压头使气流开始反方向倒流，由风道倒入风机中，工作点由K点迅速移至C点。但是气流倒流使风道系统中的风量减小，因而风道中压力迅速下降，工作点沿着CD线迅速下降至流量Q=O时的D点，此时风机供给的风量为零。由于风机在继续运转，所以当风道中的压力降低倒相应的D点时，风机又开始输出流量，为了与风道中压力相平衡，工况点又从D跳至相应工况点Fe只要外界所需的流量保持小于Qk,

41、上述过程又重第出现。如果风机的工作状态按FKCDF周而复始地进行，这种循环的频率如与风机系统的振荡频率合拍时，就会引起共振，风机发生了喘振。风机在喘振区工作时，流量急剧波动，产生气流的撞击，使风机发生强烈的振动，噪声增大，而且风压不断晃动，风机的容量与压头越大，则喘振的危害性越大。故风机产生喘振应具备下述条件：a）风机的工作点落在具有驼峰形QH性能曲线的不稳定区域内；b）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；c）整个循环的频率与系统的气流振荡频率合拍时，产生共振。旋转脱流与喘振的发生都是在Q-H性能曲线左侧的不稳定区域,所以它们是密切相关图5-18轴流风机的Q-H性能曲

42、线的，但是旋转脱流与喘振有着本质的区别。旋转脱流发生在图518所示的风机QH性能曲线峰值以左的整个不稳定区域；而喘振只发生在Q-H性能曲线向右上方倾斜部分。旋转脱流的发生只决定叶轮本身叶片结构性能、气流情况等因素，与风道系统的容量、形状等无关。旋转对风机的正常运转影响不如喘振这样严重。风机在运行时发生喘振，情况就不相同。喘振时，风机的流量、全压和功率产生脉动或大幅度的脉动，同时伴有明显的噪声，有时甚至是高分贝的噪声。喘振时的振动有时是很剧烈的，损坏风机与管道系统。所以喘振发生时，风机无法运行。轴流风机在叶轮进口处装置喘振报警装置,该装置是由一根皮托管布置在叶轮的前方,皮托管的开口对着叶轮的旋转

43、方向，如图519示。皮托管是将一根直管的端部弯成90（将皮托管的开口对着气流方向），用一U形管与皮托管相连，则U形管（压力表）的读数应该为气流的动能（动压）与静压之和（全压）。在正常情况下，皮托管所测到的气流压力为负值，因为它测到的是叶轮前的压力。但是当风机进入喘振区工作时，由于气流压力产生大幅度波动，所以皮托管测到的压力亦是一个波动的值。为了使皮托管发送的脉冲压力能通过压力开关发出报警信号，皮托管的报警值是这样规定的：当动叶片处于最小角度位置（一30）用一U形管测得风机叶轮前的压力再加上200OPa压力，作为喘振报警装置的报警整定值。当运行工况超过喘振极限时，通过皮托管与差压开关，利用声光向

44、控制台发出报警信号，要求运行人员及时处理，使风机返回正常工况运行。为防止轴流风机在运行时工作点落在旋转脱流、喘振区内，在选择轴流风机时应仔细核实风机的经常工作点是否落在稳定区内，同时在选择调节方法时，需注意工作点的变化情况，动叶可调轴流风机由于改变动叶的安装角进行调节，所以当风机减少流量时，小风量使轴向速度降低而造成的气流冲角的改变，恰好由动叶安装角的改变得以补偿，使气流的冲角不至于增大，于是风机不会产生旋转脱流，更不会产生喘振。动叶安装角减小时，风机不稳定区越来越小，这对风机的稳定运行是非常有利的。防止喘振的具体措施：1）使泵或风机的流量恒大于Qko如果系统中所需要的流量小于QK时，可装设再

45、循环管或自动排出阀门，使风机的排出流量恒大于Q2）如果管路性能曲线不经过坐标原点时，改变风机的转速，也可能得到稳定的运行工况。通过风机各种转速下性能曲线中最高压力点的抛物线，将风机的性能曲线分割为两部分，右边为稳定工作区，左边为不稳定工作区，当管路性能曲线经过坐标原点时，改变转速并无效果，因此时各转速下的工作点均是相似工况点.3）对轴流式风机采用可调叶片调节。当系统需要的流量减小时，则减小其安装角，性能曲线下移，临界点向左下方移动，输出流量也相应减小。4）最根本的措施是尽量避免采用具有驼峰形性能曲线的风机，而采用性能曲线平直向下倾斜的风机。失速和喘振是两种不同的概念，失速是叶片结构特性造成的一种流体动力现象，它的一些基本特性，例如：失速区的旋转速度、脱流的起始点、消失点等，都有它自己的规律,不受风机系统的容积和形状的影响。喘振是风机性能与管道装置耦合后振荡特性的一种表现形式，它的振幅、频率等基本特性受风机管道系统容积的支配，其流量、压力功率的波动是由不稳定工况区造成的，但是试验研究表明，喘振现象的出现总是与叶道内气流的脱流密切相关，而冲角的增大也与流量的减小有关。所以，在出现喘振的不稳定工况区内必定会出现旋转脱流。1.5 空气预热器空气预热器是