|
摘要：本文对轴流式风机失速的机理进行了较为具体的探讨，论述了现实运行中发生失速的缘由，介绍了华能年夜连电厂#3、#4机组汽锅送风机的失速特征和失速方面的庇护，并从运行治理的角度提出了失速的紧急处置方案和相关预防措施。
要害词：冲角失速特征曲线失速庇护预防措施
风机的失速现象主要发生于轴流式风机。一般情况下，年夜型火机电组的汽锅送风机均为动叶可调理轴流式风机，失速时经常会引发振动，严重时威胁到机组的平安运行。华能年夜连电厂于上世纪末引进Babcock公司制造的350MW火机电组，本文就其配套的ANN2180/1000N型送风机在运行进程中的失速问题作简要分析。
1 失速发生的机理
1.1 失速的进程及现象
风机处于正常工况时，冲角很小（气流标的目的与叶片叶弦的夹角即为冲角），气流绕过机翼型叶片而连结流线状态，如图1（a）所示。当气流与叶片进口形成正冲角，即α>0，且此正冲角跨越某一临界值时，叶片后背流开工况起头恶化，鸿沟层遭到破坏，在叶片后背尾端泛起涡流区，即所谓“失速”现象，如图1（b）所示。冲角年夜于临界值越多，失速现象越严重，流体的流动阻力越年夜，使叶道阻塞，同时风机风压也随之迅速下降。
风机的叶片在加工及安装进程中由于各类缘由使叶片不成能有完全不异的外形和安装角，是以当运行工况变化而使流动标的目的发生偏离时，在各个叶片进口的冲角就不成能完全不异。假设某一叶片进口处的冲角到达临界值时，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23首先由于失速泛起气流阻塞现象，叶道受梗塞后，经由过程的流量削减，在该叶道前形成低速障碍区，因而气流分流进进两侧通道12和34，从而改变了原来的气流标的目的，使流进叶道12的气流冲角减小，而流进叶道34的冲角增年夜。可见，分流成效使叶道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内部却因冲角增年夜而促使发生失速，从而又形成梗塞，使相邻叶道发生失速。这类现象继续进行下往，使失速所酿成的梗塞区沿着与叶轮旋转相反的标的目的推动，即发生所谓的“旋转失速”现象。风机进进到不稳定工况区运行，叶轮内将发生一个到数个旋转失速区。叶片每经过一次失速区就会遭到一次激振力的作用，从而可以使叶片发生共振。此时，叶片的动应力增加，致使叶片断裂，造成重年夜装备损坏事故。
1.2 影响冲角年夜小的身分
年夜型火机电组的送风机通常为定转速运行的，即叶片周向速度u是一定值，这样影响叶片冲角年夜小的身分就是气流速度与叶片开度角。如图3所示，可以看出：当叶片开度角β一按时，假设气流速度c越小时，冲角α就越年夜，发生失速的可能性也就越年夜。
从图3还可以看出，当流速C一按时，假设叶片角度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。是以，当风机刚启动或低负荷运行时，风机失速的可能性年夜年夜减小甚至消失。
1.3 运行中风机失速的缘由
由于气流速度与流量成正比，是以正常运行中致使风机流量异常下降的身分都可能致使风机失速：
（1）风机出口挡板销子脱落或断裂等缘由致使其突然关闭或部门关闭时。
（2）变负荷进程中由于调理失灵或误操作致使两台风机风量严重不服衡。
（3）风机收支口风道梗塞，如热风器或空预器严重积灰。
2 华能年夜连电厂ANN2180/1000N送风机失速特征及相关庇护
2.1 风机的失速特征曲线
华能年夜连电厂#3、#4机组的送风机是动叶可调轴流式风机，制造商HOWDENVARIAX，风机型号ANN2180/1000N，采用17个机翼型叶片，设计转速1490r/m，BMCR时风机出口风压2.4KPa。风灵活叶片就地现实开度范围15°～55°，对应于控制室动叶开度0～100，其中就地开度25°对应于控制室动叶开度25。
图4是该风机的失速特征曲线，当就地叶片开度角为50°时（控制室动叶开度87.5），A—B是其对应的正常运行区，B—C—D—E为失速区。下面就以风机叶片开度50°时为例说明其失速特征。
当风机由于某种缘由致使出口压力升高时，例如出口门关闭或风道梗塞时，运行工作点将从A向B移动，空气流量减小，冲角α增年夜，到达B点时，叶片将失速，叶轮内将发生一个到数个旋转失速区，风机压力和流量将剧烈下降。由于失速区的不稳定，风机的运行工况点也不会稳定，可能会在C点四周摆动。失速区继续成长，风机工况点将到达D点，此时所有叶片的顶部将形成一个环形失速区域带。假设出口压力进一步升高，空气流量还要减小，风机工作点将到达E点，此时风机整个叶轮将处于失速区。假设现在出口压力下降，空气流量将逐渐增加，工作点将沿E点返回至D点，并沿DCˊBˊ直至脱离失速区域。
2.2 风机的失速庇护
华能年夜连电厂#3、#4机组的送风机装有失速CB（CUTBACK）庇护及失速跳闸庇护装配。
送风机失速CB庇护就是经由过程检测两台送风机收支口差压点PT023AI、PT024AI年夜小，并和响应送风量所对应的风机差压高高值相比力，假设差值都≥0，则认为送风机进进失速危险区域，失速CB庇护发出，控制系统自动将两台送风灵活叶指令方针值设置为0，快速关小动叶开度，同时方针负荷为0，快速减小机组负荷，直至差值＜0为止，失速CB庇护才遏制。正常运行中两台送风机都投自动的情况下，假设仅是一台送风机收支口差压达高高值，则失速CB庇护不会动作，需要手动进行处置。表1是单台送风机负荷和其响应的差压高高动作值。
表1送风机负荷及其响应的收支口差压高高值对照表
失速跳闸庇护是由失速探测器发出的。失速探测器凭据风机失速时压力剧烈波动原理工作，其检测到的差压旌旗灯号送至一个差压开关PSBA027。假设PSBA027>500Pa，且送风机叶片角度＞25°（25）时，则延时120秒跳闸该送风机。假设叶片角度<25°,将取消失速保护功能。
为什么叶片角度<25°,将取消失速保护功能？如前所述，当叶片角度β很小时，则冲角α也很小，风机失速可能性很小。所以该送风机设计为当叶片角度小于30°时，即使发生出口挡板全关，空气流量为零这样恶劣的情况，送风机也不会失速，风机运行还是安全的，如图4中的阴影部分所示。但是假如流量太小，风机出口压力很高，失速保护轻易误动，考虑到一定的裕量，当叶片角度<25°,就将失速保护功能断开。
3 风机失速3的处置及预防措施
从以上分析中可以得出处置失速方式的本质是想法减小冲角，恢复叶片线形绕流。现实运行中当风机发生单侧收支口差压高高报警或失速报警，风机进进危险区域运行时，为避免风机失速，应接纳以下紧急处置方式：
（1）立即检查并确认风道各挡板全数打开。
（2）快速下降机组负荷，同时关小风机导叶开度，直至风机恢复正常运行。
（3）尽量调理两台送风机风量相平衡。
为防患于未然，必需做好预防送风机失速的相关措施：
（1）每次年夜修后次起机时记实下送风机各负荷工况下对应的风机风压/差压值，并以此作为基准参照值，供以后运行中对比使用。
（2）正常运行中，尽量连结两台送风机的风量相平衡，并经常监视动叶开度与风压/差压和风量的关系，检查核对就地风*挡板现实开度情况。假设发现任一台送风机出口压力/差压不正常升高，或送风机出口通道阻力跨越设计值时，则讲明风机正进进危险区域，有可能发生失速。可凭据情况在低谷时代汽锅投半侧运行方式，对响应侧热风器和空预器进行冲洗，恢复风道畅达。
（3）哄骗每次停机的机遇对空预器和热风器进行检查，发现积灰或杂物梗塞都要实时清算。
（4）每次机组检修时应当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，确保庇护动作靠得住。
[参考文献]
[1]吴明强《泵与风机》华北电力学院水利电力出书社1990。
[2]HOWDENVARIAX《送风机运行和维护手册》。
|