轴流式风机失速原因及预防措施

轴流式风机失速原因及预防措施

赵振宇

内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司，呼和浩特， 010206

摘 要：动叶可调式轴流风机具有流量大、效率高、体积小、调节范围广、反应速度较快等特点，在火力发电厂得到普遍应用。由于轴流式风机具有驼峰形性能曲线，其特性决定该类型风机必然存在着不稳定工作区，同时轴流式风机失速特性受诸如风道阻力等诸多因素的影响，风机并不能在任何工作点都稳定运行，当风机工作点移动至不稳定区域内就可能引发风机失速现象发生。本文针对某电厂轴流式风机失速案例进行分析解决，为同类型风机失速的预防、处理、防范提供借鉴意义。

关键字：失速；轴流式风机；措施

Reasons for stall of axial-flow fan and preventive measures

ZhaoZhenYu

(Inner Monglia Datang International Tuoketuo Power Generation Co.Ltd.,Tuoketuo 010206,China)

Abstract：The movable vane adjustable axial flow fan is widely used in thermal power plants because of its high flow rate, high efficiency, small size, wide adjustment range and fast reaction speed.Because of the hump-shaped performance curve of the axial-flow fan, its characteristics determine that there must be an unstable working area for this type of fan. At the same time, the stall characteristics of the axial-flow fan are affected by many factors such as duct resistance, and the fan can not run stably at any working point. When the working point of the fan moves to an unstable area, stall phenomenon of the fan may occur.In this paper, the stall case of an axial-flow fan in a power plant is analyzed and solved, which provides reference for stall prevention, treatment and prevention of the same type of fan.

Key words:Stall;Axial flow fan;Measures

0引言

大唐国际托克托电厂 8号机组为 600 MW 亚临界参数燃煤发电机组，锅炉是由东方锅炉 (集团 )股份有限公司与三井 - 巴布科克公司合作生产的 DG2070 /17. 5 II4 型亚临界、一次再热、前后墙对冲燃烧方式、单炉膛、平衡通风、紧身封闭、固态排渣、自然循环型锅，其配备了2台由豪顿华公司生产的双级动叶可调型轴流一次风机，风机型号为ANT1938/1250N，出口压力14.7kpa,风量143.6m³/s，风机运行过程中转速恒定，通过液压调节系统控制叶片开度从而调整风量，在双级叶片前后分别设置导叶。2020年1月，8号机组一次风机解体检修后启动，B一次风机频繁在叶片开度至70％左右失速，限制机组出力，对锅炉安全稳定运行造成了严重影响。本文以风机失速案列及实际检修过程，对风机失速的机理和原因进行分析，提出了风机失速的解决方案及预防措施。

1 风机失速机理

轴流式风机叶片采用机翼扭曲型叶片，其利用了机翼升力的原理，当气流流经叶片时，气流被上下分开，上表面行程较长，速度快，压强小；下表面行程短、速度较慢、压强大，从而产生一个压力差，根据作用力与反作用力，风机叶轮旋转时叶片对气体做功，在正常状态下，气体流经叶片时保持其流线状态，而当气体流经叶片的方向与叶弦的夹角即冲角α（见图1），超过某一角度时，气体流经叶片时会在叶片背面产生涡流，气体流动阻力增大，气道阻塞，风压降低，即所谓的失速。

图1：叶片冲角

由上图可知，冲角过大是风机产生失速现象的根本原因，因此控制冲角大小对避免风机失速具有十分重要的意义，在一次风机运行过程中，风机以恒定转速μ、叶片角度为β运转，气体以初速度v流经叶片，如下图1所示，由此我们可知：

①当叶片角度保持β不变时，初始气流速度v方向不变、数值越小，气流相对于叶片速度ω与叶弦的夹角即冲角θ越大见图2，风机产生失速的可能性越大;

图2：叶片角度保持不变，气流初始速度大小越小，冲角越大

②当初始气体流速v大小保持不变，如图片所示当初始气流流速v方向变化时，气流相对于叶片速度ω与叶弦夹角即θ也将发生变化，如若θ大于冲角，则风机失速；

图3：叶片角度保持不变，气流初始速度方向变化，冲角不同

3 风机失速案例

2020年1月20日08时05分，机组负荷480MW,A、B一次风机并列运行，动叶投自动，B一次风机动叶开度至68%，风机出口风压10.49kpa突降至7.1kpa，风机电流135A突降至103A，风机发生失速，对一次风机出口挡板、冷一次风挡板、热一次风挡板、磨煤机热一次风挡板进行检查校调，同时翻转一次风出口暖风器，打开风机联络挡板；

同日10点28分，动叶解除自动，手动调节，机组负荷542MW，风机动叶开度至68%，出口风压10.35kpa突降至7.0kpa, 风机电流由144A降至104A，风机再次失速。

对一次风机单侧停运解体检查，主要检查项目有：

①检查风机入口风道、出口风道、消音器处未发现杂物堵塞风道；

②检查风机叶片叶型良好，未发现严重磨损、变形；测量叶片叶柄间隙均在标准范围内；

③测量两级叶片在开度为0％、25％、50％、75％、100％叶片角度，核算两级叶片角度偏差值均小于0.5°，符合标准；

④检查两级叶片在某一角度下同级叶片是否存在异常偏转，测量叶片相同位置之间的距离，其偏差值处于合理范围内，同级叶片未发现异常偏转；

⑤将风机轮毂解体检查，滑块、推力盘等零件无裂纹、变形缺陷，叶片调节芯轴锁母完好未见松动，芯轴也未断裂；

⑥检查比对风机中间段机壳，发现上、下中间段机壳内部二级叶片前置导叶旋向相反，上中间段机壳安装错误，将上中间段机壳调换180°重新安装固定

2020年2月11日19时40分，机组负荷530WM,叶片开度至72％，风机出口压力11kpa,未见失速，风机恢复正常运行。

4 失速原因分析

通常在轴流式风机叶轮前后设置前置导叶，当叶轮高速旋转时，叶片对气体做功，气体产生与叶片扭曲方向相同的旋转速度，在叶片前设置导叶，让气体流通时产生一个与叶片扭曲方向相反的初速度，抵消叶片的旋转速度，提高风机效率。同样，在叶片后设置导叶，对气体整流，将气体旋转流动转化为轴向流动，提高风压。

在双级轴流式一次风机中，中间段机壳布置导叶其作为一级叶片的后置导叶，二级叶片的前置导叶，消除气体旋转速度，同时使气流负预旋。检修过程中将中间段机壳旋转180°安装，中间段机壳上的导叶旋向发生变化，由图3可知导叶旋向变化使气流流动方向也发生变化，冲角随之改变，叶片与叶弦角度大于冲角时，造成风机失速。

图4：一次风机中间段上下机壳导叶方向相反

5 风机失速预防措施

轴流式风机失速时，风机风压瞬间降低，流量为零，风机振动瞬时增大，对风机正常运行危害极大，频繁失速也会造成风机叶片疲劳损坏，严重时将造成风机叶片断裂，在风机检修过程中，加强质量管控，在机组临修、等级检修采取以下措施进行预防：

风机出、入口风道，冷一次风道检查，清除风道、积灰，降低出入口风道阻力，确保风道畅通，焊补、修复风机出、入口风道、膨胀节漏点，减少风机出力损失；

一次\二次风暖风器杂物清理，许多燃煤机组只对一、二次风暖风器设置观察视窗，未设置检修人孔，风机长期运行，视窗模糊不清，无法直接辨识一二次风暖风器运行状态，对一、二次风暖风器加装检修人孔，定期对一、二次风暖风器进行检查，及时清除一二次风暖风器上掉落空预器密封片等杂物，降低风道阻力；

检查、校对风机出口挡板、冷一次风挡板、热一次风挡板，调教挡板开度与实际一致，修复挡板密封，减少漏风；

检查风机叶片、导叶是否完好，叶片及导叶叶型是否完好，叶片磨损是否在合理范围内，风机两级叶片开度偏差应小于1°，叶片调节滑块有无异常磨损，滑块与调节盘间隙是否在合理范围内，同级叶片是否异常偏转，两台并列风机叶片开度偏差小于1°；

风机中间段机壳、内部芯筒左右完全对称导致中间段机壳安装错误，风机中间段机壳结合面设有4条安装定位销，在机壳结合面任一一侧加装定位销，破坏原有对称结构，避免风机中间段机壳安装错误；

加强空预器差压监测分析，利用机组临修、检修对空预器进行冲洗，坚持“逢停必冲，冲必冲净”的原则，将空预器差压控制在合理范围内，避免由于空预器阻力过大导致风机失速；

同时，风机运行过程中，加强对风机电流、动叶开度、风量、风压等参数的监视，操作过程中，减少两侧动叶的开度偏差，发现异常应及时调整，避免风机失速，一旦风机发生失速，应及时采取正确的方法使其脱离失速区，保证风机稳定运行。

参考文献

1. 豪顿华工程有限公司.一次风机安装、运行、维护说明书

2. 田卫朋.轴流一次风机失速与喘振分析及处理[J].科技与企业,2015

3. 刘伟，罗昌福，杨廷明.轴流一次风机失速控制方法讨论[J].西北电建,2019

4. 郭立君.普通高等教育“十五”规划教材《泵与风机》,2004