電站軸流式風機的失速喘振與防治課件

1、電站軸流風機的失速喘振與防治西安熱工研究院劉家鈺2008年7月1 軸流風機的失速與喘振現(xiàn)象軸流式風機當調節(jié)葉片(動葉調節(jié)風機為動葉片，靜葉調節(jié)風機為入口調節(jié)葉片)角度固定在某一位置時，在正常工作區(qū)域內，風機的壓力隨風機流量的減小而增加，當流量減小到某一值時壓力達到最大、當流量進一步減小時，風機壓力和運行電流突然降低，振動和噪音增大這一現(xiàn)象被稱為風機失速。風機失速后有兩種不同表現(xiàn)，一是風機仍能穩(wěn)定運行，即壓力、風量、電流保持相對穩(wěn)定，但噪音增加；風機及其進、出口氣流壓力承周期性脈動；風機振動常常比正常運行高。這種現(xiàn)象稱之為旋轉失速。另一是風機即壓力、風量、電流大幅度波動，噪音異常之大，風機不能穩(wěn)

2、定運行，風機可能很快遭受滅性損壞，這種現(xiàn)象稱之為喘振。2 失速喘振機理軸流風機是據機翼理論進行氣動設計的，葉型上的壓升取決于翼型的升力，而翼型的升力除與翼型的形狀有關外，主要取決于沖角，當葉型確定后，翼型的升力隨著沖角的增加開始成正比的增長，直到臨界沖角值k時壓力達到最大值。若沖角繼續(xù)增大，升力會突然下降。這是由于氣流氣流突然脫離葉型的凸面(吸力面)，產生很大旋渦所致。見圖1。圖1 機翼失速原理圖4 軸流風機的旋轉失速 由于軸流風機葉柵中各葉片的形線總是有些差異，安裝角度也不可能完全一致。因此，一般不是所有葉片都同時失速，而是一個或多個葉片組成的一個或多個失速區(qū)先失速。且失速區(qū)不是靜止不動的，

3、而是沿著葉片移動，如圖3所示。圖3 軸流風機旋轉失速原理由于失速區(qū)的不穩(wěn)定，風機的運行點也不穩(wěn)定，可能在圖1中的c和c，間移動。如果流量繼續(xù)減小，則失速區(qū)將增加，直到所有葉片頂部都失速，風機運行在圖1中的D點。如果流量再繼續(xù)減少，那么失速區(qū)的徑向范圍將增加(即失速區(qū)從葉片頂部向根部發(fā)展)，直到全部葉片都失速時，風機運行在0流量的E點。5 失速的危害1)失速可導至風機損壞 由上可知軸流風機失速后，通常表現(xiàn)為旋轉失速。由于旋轉失速使風機各葉片受到周期性力的作用，若風機在失速區(qū)內運行相當長的時間(或失速頻率與葉片自振頻率相當時的短時間內)，會造成葉片斷裂，葉輪的其元機械會損害。2)失速可能導至喘振

4、若管道系統(tǒng)的容積與阻力適當，在風機發(fā)生失速壓力降低時，出口管道內的壓力會高于風機產生的壓力而使氣流發(fā)生倒流，同時管道內壓力迅速降低，風機又向管道輸送氣體，但因流量小風機又失速，氣流又倒流。這種現(xiàn)象循環(huán)發(fā)生，稱為喘振。伴隨喘振的發(fā)生，風機電流也大幅度波動，噪聲驚人。風機發(fā)生喘振的破壞性很大，可在很短時間內損壞風機，必須立即停止風機運行。 可見，失速與喘振是兩個不同概念。失速是喘振的必要條件，但不是充分條件。3) 失速可能造成并列運行風機間相互“搶風”，給發(fā)電機組安全運行帶來威脅。兩臺并列運行的風機中的一臺發(fā)生失速后，兩臺風機間可能出現(xiàn)相互“搶風”現(xiàn)象而無法并列運行；或雖兩臺風機能并列運行，但兩臺

5、風機的總出力可能達不到需要值而影響其帶負荷能力。6 軸流風機的失速報警裝置由于軸流風機的失速區(qū)域大，當風機選型不當，或所在風(煙)系統(tǒng)阻力增加較多和漏風變化較大時，很可能落入風機失速區(qū)運行。為保護風機自身安全，目前電站軸流式風機的制造廠都配有失速報警保護裝置。當風機發(fā)生失速時，讓遠行人員及時知曉，并立即進行調整，避免長期在失速狀態(tài)下運行。圖4 NOVENCO失速報警裝置圖6 TLT失速報警裝置7 運行中如何判斷風機失速安裝有失速報警保護裝置的風機，應課持其管路暢通，裝置動作準確。 若該裝置失靈，戓未裝失速報警裝置，則2) 在運行調整過程中，若發(fā)現(xiàn)一臺風機的電流、壓力有突然大輻度的變化，則該風機

6、失速；8 如何防止軸流風機的失速風機選型設計時留足失速裕量； 按電力行業(yè)標準DL/T468-2004電站鍋爐風機選型和使用導則規(guī)定，軸流風機的失速安全系數k1.3。 K=pk/p(q/qk)2式中：p、q為設計工況點的壓力和流量。 pk、qk為對應致計點風機開度下的失速界線點壓力和流量。2) 在軸流風機的進出口之間加旁路再循環(huán)風(煙)道；當風機失速時，打開旁路風道門，使一部分風(煙)量從風機出口流向風機入口，即使一部分風(煙)量在風機內循環(huán)，以增加風機的風(煙)量，使風機脫離失速區(qū)運行。但這增加了風機的耗功，是很不經濟的。加裝防失速裝置 為消除軸流風機的失速，多年來學者們進行了大量的研究和實驗

7、工作，并提出了一些能把失速區(qū)向小風量方向推移，戓者把壓力曲線上的波谷減弱直到完全消除的辦法。但戓因結構復雜，戓因對風機效率影響大，或噪音問題而未能得到廣泛應用。直到1974年原蘇聯(lián)伊萬諾夫提出了一種簡單有效的裝置-空氣分流器來消除旋轉失速，并在礦井局扇上獲得廣泛應用。取得了美、英、法、原西德、印度、丹麥等多國專利后，在軸流風機上加裝防失速裝置才在靜調軸流風機上得到較廣泛使用。如德國kkk公司的KSE、我國淮南煤碳學院和西安熱工院均成功地設計出了類似的防丟速裝置并分別應用到礦井和電站軸流風機上。下面以西安熱工院開發(fā)的該型防失速裝置為例進行介紹 當葉片表面發(fā)生進界層分離阻塞流道時，葉輪葉片進口處壓

8、力升高，其擾動氣流將進入裝置的環(huán)形通道，并在環(huán)形通道內導葉的作用下消除旋轉，再無干擾的引回葉輪前的的主氣流中。從而防止失速擴展，還到大大縮小軸風機失速區(qū)域的目的 圖7 加裝防失速裝置的軸流風機示意圖圖8 軸流風機防失速裝置圖9 軸流風機有無防失速裝置性能曲線比較3)運行人員應了觧當風機調節(jié)裝置固定在某一位置時，風機流量的變化范圍，即從正常運行流量到該角度(動葉角度或調節(jié)靜葉的角度)下的失速流量之間允許的流量變化。在操作風機所在系統(tǒng)的其它設備時(如一次風機所在系統(tǒng)的磨煤機時)，避免瞬時流量減小過大，引起風機失速。4)加裝風機運行點監(jiān)視裝置，使運行人員能看見風機運行在性能曲線上的位置。圖10 電站

9、風機的并列運行圖1 送風機特性曲線二 欽州電廠一次風機失速原因分析1 試驗結果 630MW工況（5臺磨） 500MW工況（5臺磨） 489MW工況（4臺磨） 400MW工況（4臺磨） 300MW工況（3臺磨） 風機與管網的匹配情況在滿負荷條件下(鍋爐蒸發(fā)量臺1842.6t/h)，一次風機的風量和風壓均略小于BMCR工況設計值，說明BMCR工況設計值較準確；但由于TB工況點的裕量選擇過高，造成所選一次風機出力偏大較多，與管網系統(tǒng)的匹配較差，風機運行效率偏低。風機安全性能計算結果名 稱單位2008-2-282008-3-32008-2-292008-3-22008-3-4機組發(fā)電負荷MW(1) 6

10、25.4(2) 496.2(3) 488.8(4) 401.00 (5) 302.80 投磨情況臺5臺磨5臺磨4臺磨4臺磨3臺磨引風機編號ABABABABAB風機表盤開度%38.77 37.11 34.00 30.00 36.00 32.00 31.00 27.00 26.00 22.00 風機就地開度033.00 26.00 36.00 23.00 35.00 24.00 37.00 22.00 40.00 20.00 性能曲線開度026.4327.5727.027.225.8626.4325.325.622.522.8風機秒流量m3/s48.78 53.66 48.06 50.06 48.

11、62 51.14 46.74 47.78 37.36 39.44 風機全壓Pa9906 9774 9387 9262 9855 9698 9039 8892 8882 8742 失速流量m3/s36.0040.0036.8936.8934.6736.0032.8932.8924.8924.89失速全壓Pa14600149001470014700144001450014200142001360013600失速裕度2.72.742.662.922.873.023.173.373.453.90小結 通過本次熱態(tài)試驗及前面的計算分析可以發(fā)現(xiàn)：目前一次風機在滿負荷條件下，風量和風壓都略小于BMCR工況設

12、計流量和設計風壓，能夠保證鍋爐不同負荷的運行要求。但風機的風量裕度和風壓裕度選取過大，導致一次風機在低效區(qū)運行，風機與管網匹配性較差。從本次試驗來看，從300MW-625MW各工況一次工作點均遠離理論失速線，風機能夠安全穩(wěn)定運行。2 兩次失速過程2.1 在2007年11月25日01-02時，發(fā)電負荷為365MW-340MW，當運行人員將原有的四臺磨運行調整為三臺磨運行時，一次風機發(fā)生了失速，表13記錄了風機失速前后一定時間段內一次風機及制粉系統(tǒng)的有關參數。007年11月25日2#爐一次風機失速狀態(tài)集控室表盤參數 時間單位01.25.0701.43.1801.43.2201.43.3101.43

13、.3601.43.4501.44.0301.49.30發(fā)電負荷MW364.57368.43368.86369.88369.37370.10369.66376.66總給煤量t/h144.9144.9144.9144.9144.9144.9144.9/A一次風機開度%34.9632.0831.4531.4531.4532.8435.4929.2B一次風機開度%32.9530.2029.5830.1930.1930.9733.6922.9A一次風機電流A85.0785.0774.0982.4773.2883.6673.9280.3B一次風機電流A82.2782.2182.2182.2182.2182

14、.2182.2179.9A一次風機出口壓力kPa10.1510.318.1310.177.9710.307.739.7B一次風機出口壓力kPa10.0610.208.3310.178.1210.127.939.6失速過程從表盤記錄的參數：運行人員在1點37分開始逐漸關閉B磨的負荷風門，而在此之前B磨的冷風門已經全開，熱風門全關； 39分關閉B磨電機，B磨停運。約在1點42分兩負風門關閉。在此過程中運行人員未對一次風機進行操作，一次風機各參數基本不變。從1點43分10秒開始關閉B磨一次風隔離門，當該操作還在進行時，A一次風機于43分18秒發(fā)生失速(A風機電流驟降且波動，因兩臺一次風機出口有聯(lián)絡風

15、道，故兩臺風機出口壓力也同時驟降且大愊波動)。 這一過程持續(xù)到約49分30秒，兩一次風機電流調平，出口壓力穩(wěn)定，進入安全穩(wěn)定運行。此時兩風機的開度分別約為29.2%和22.9% ，電流約為80A；出口壓力約為9.66kPa，兩風機達到安全穩(wěn)定并聯(lián)運行。 2007年11月17日2#爐一次風機失速狀態(tài)集控室表盤參數 時間單位05.52.0505.54.1505.54.3005.54.3705.54.5505.55.5505.56.3506.03.02發(fā)電負荷MW356.5360.65361.45361.88360.79345.23345.62349.72總給煤量t/h150.84148.31148

16、.31148.31120.61112.8388.79/A一次風機開度%38.0834.6833.2032.6537.1337.6937.6929.61B一次風機開度%38.4834.0433.4432.7638.0448.7553.4723.42A一次風機電流A90.0784.3984.3973.6773.6773.6773.6783.81B一次風機電流A88.2888.2888.2885.4285.4294.39100.4183.81A一次風機出口壓力kPa9.909.7410.297.817.818.358.459.397B一次風機出口壓力kPa9.809.6910.217.887.998

17、.708.929.293從表盤記錄的參數可以看出：運行控制人員于11月17日05時46分開始將原來的A、C、D、E 4臺磨運行，調為三臺磨運行。05時46分29秒切斷了D磨的電源停運D磨。從54分07秒開始，運行人員開始關閉D磨冷風門，兩風機出口壓力同時(兩臺風機出口有聯(lián)絡風道所致)先升高(這是由于一次風機調節(jié)門未動，流量減小風機產生壓力會再升高所致)后(這一操作進行到54分30秒左右)驟降。同時，A一次風機電流驟降，A一次風機失速 失速后運行人員干預，將兩臺一次風機入口調節(jié)門關小(先關A風機后關B風機)，直至A側風機恢復正常運行，并將兩風機電流調平。到6點3分左右，兩一次風機的開度分別為29

18、.61%和23.42% ，電流均為83.81A，出口壓力分別為9.397kPa和9.293kPa，兩風機達到安全穩(wěn)定并聯(lián)運行。2 失速原因分析從兩次A側一次風機失速情況看，失速均是在由4臺磨運行調整到3臺磨運行(即停一臺磨)的操作過程中發(fā)生，且在停磨前、后一次風機均能滿足機組帶指定負荷運行的要求，并且兩臺一次風機能穩(wěn)定運行不失速。這說明一次風機的失速不是風機與一次風系統(tǒng)不匹配，失速裕度不夠造成，而主要是運行操作不當引起的。本廠一次風機為雙級動葉調節(jié)軸流風機，在動葉角度不變時，其壓力與流量的關系曲線很陡，即壓力梯度很大，流量變化范圍很小。也就是說，該類風機在動葉角度不變時，穩(wěn)定運行區(qū)的流量范圍很小，在系統(tǒng)流量減小時易進入不穩(wěn)定的失速區(qū)運行。本廠4臺磨運行時，一次風機運行風量離該角度下的失速流量僅9.75m3/s。從兩次風機失速時的開度均大于停磨后兩風機穩(wěn)定運行時的開度(參見下表)說明：風機失速主要原因是在停磨過程中，在減小磨煤機通風量的同時，未能及時將一次風機的出力降到應有值，即一次風機入口門調節(jié)不到位，造成總一次風量低于兩臺一次風機當時開度下的失速流量，從而導致一臺風機失速。停磨過程中一次風機失速時與停磨后穩(wěn)定運行時風機有關參數比較