高炉轴流风机喘振分析及防喘振控制系统研究
高炉鼓风机喘振事故的原因分析及防范措施
高炉鼓风机喘振事故的原因分析及防范措施1 概述高炉鼓风机防喘振保护、逆流保护是保证机组安全稳定的重要保护之一。
目前控制系统往往由自控人员负责设计完成，由于对设备的经验、工艺理解存在差距，容易出现一些问题。
2 设备简介为解决高炉无备用机组的不利局面。
2001年建设安装了一套电机拖动的全静叶可调轴流鼓风机。
电动机为西门子制造的无刷励磁同步电动机。
额定功率36 140 kW，转速3 000 dmin，采用变频启动方式启动，轴流鼓风机为由陕西鼓风机厂制造，型号为AV100—17。
风机出口压力0．43 MPa。
7 000 mVmin(表压)，控制系统硬件采用西门子产品，由首钢高新公司组态。
3 事故经过2002年9月10日，风机正常给高炉送风，出口压力0．356 MPa，吸入风量5 420 mVmin，静叶角度51。
，电机电流1 340 A。
16：50机组出口风压突然由0．356 MPa下降至0．2 MPa。
16：52由于风机轴振动高报警，机组跳闸停机，17：06大车停止。
停机时。
风机仪表显示：风机轴振动高报警、安全运行报警、急停报警，无其他报警显示。
机组惰走时间较正常停机时明显缩短。
并在风机吸入侧有明显异音，9月11日风机解体后，发现风机转子动静叶损坏严重。
其中风机动叶片顶部第一至第三级严重烧损，第四至第八级磨损较重。
第九至十七级部分磨损，且第一至第十二级动叶片有松动现象。
转子级间主轴外径圆周面上有不同程度擦痕(第十六、十七级除外)，转子进气侧轴封密封片严重磨损。
静叶入口导叶受损严重，叶根部都有直径约40 mm、呈半圆形缺损，第一至第二级静叶片顶部磨损较重，第三至第十七级有不同程度的磨损。
上承缸前三级内壁面有十六道裂纹，最长约100 mm，宽约0．5 mm；下承缸前四级有七道裂纹。
最长约80 mill，宽约0．5mm；上、下承缸均有不同程度变形(风机解体时，转子已无法正常从下承缸中吊出)。
风机两侧静叶伺服缸活塞杆弯曲，联接螺栓损坏。
刍议如何有效控制高炉鼓风机喘振问题
刍议如何有效控制高炉鼓风机喘振问题文章主要针对高炉鼓风机喘振问题进行了分析，并对引发喘振问题的因素进行了深入讨论。
从传感器技术入手，有针对性的提出了改善喘振问题的方法，并最终提出有效的技术方案。
标签：喘振问题；高炉鼓风机；控制；传感器引言大型高炉以及中型高炉运行过程中大多采用轴流式风机或者离心式风机。
相比较于离心式风机，轴流式风机体积小、质量轻且容量相对较大，并且运行中气流阻损相对较小，因而其效率相对较高。
当压力发生改变时，风量不会变化，因而令高炉运行更加稳定。
但是由于其特性曲线相对较陡，因而其稳定工作区相对较窄，运行过程中容易出现喘振问题，并且由于其直接连接高炉，不设置储气罐，因此更易出现喘振问题。
1 影响因素分析分析鼓风机特性可以看出，若鼓风机鼓风量低于某一风压其运行会不稳定。
此时受到周期波动负荷影响，转子会发生轴向窜动，轴瓦烧坏继而将叶片打碎。
这便是鼓风机的喘振现象，相对于鼓风机的常态运行，喘振为鼓风机失常工况，因此对于高炉鼓风机，必须要避免喘振问题的发生，以此确保高炉的正常运行。
通常判断鼓风机发生喘振现象的方法为，当鼓风机风压一定时，对鼓风机风量进行判断，若流量超出喘振流量则发生喘振现象；当鼓风机风压一定时，对鼓风机风压进行判断，若风压超出喘振压力，则判定为喘振发生。
但是宏观分析喘振特征可以看出，出了流浪和风压外，对鼓风机轴位移以及轴振动和风机噪声进行判断也可以及时检测喘振现象。
文章主要以传感器技术为基础，对喘振现象综合判断技术进行了论述，以此提高检测的准确性。
结合实际的工作经验，主要有两方面原因导致喘振现象发生：首先，实际运行流量<喘振流量；其次，出口压力<管网压力。
除此之外，气体入口温差过大以及气体分子量变化较大、静叶角快速变化均可能成为喘振现象发生的原因。
2 控制方法针对高炉鼓风机喘振问题的控制方法主要有两种，一种为开环控制方法，另一种为闭环控制方法。
开环控制方法为被动控制，通过设置防喘振曲线，对防喘振控制进行设定，从而对防喘振阀进行控制，确保鼓风机运行的稳定。
动叶可调轴流风机失速与喘振现象及预防措施分析
动叶可调轴流风机失速与喘振现象及预防措施分析摘要本文就动叶可调轴流风机失速以及喘振现象的原因进行分析，并提出相应的预防措施，以期能够避免或减少失速于喘振的发生。
关键词动叶可调轴流风机；失速；喘振；预防0 引言动叶可调轴流风机能够调节的范围较广，低负荷的区域工作效率比较高且反应的速度比较快，使得动叶可调轴流通风机被广泛应用于电力行业中。
但是由于风机在工作时工作点常出现不稳定的运行，容易导致风机发生失速和喘振等现象。
1动叶可调轴流风机的失速与喘振现象1.1失速现象轴流风机叶片通常是机翼流线型，当冲角<临界冲角或为0时，气流将绕过机翼使其流线平稳，如图1（a）。
而一旦冲角超过某一个临界值，叶片背面的流动恶化，使其边界遭遇破坏，叶片背部的尾端涡流加宽，增加了阻力，降低了升力，阻塞叶道，出现失速现象，如图1（b）。
1.2喘振现象由于瞬间内风机能头及流量发生周期性、不稳定反复变化，使得动叶可调轴流风机产生喘振现象。
动叶可调轴流风机具有驼峰型曲线的性能，使得其存在峰值点，而峰值点左侧是喘振区，右侧是稳定的工作区。
一旦风机工作点掉落到喘振区，就会发生喘振现象，给设备以及建筑物造成危害。
1.3两者之间的区别和联系动叶可调轴流风机发生失速现象时仍可继续运行；而出现喘振现象时无法正常运行。
失速主要是由于叶片结构产生出空气动力的工况，有规律可循，且影响的因素有叶轮自身、气流以及叶片的结构等；但喘振现象的发生主要是由于外界条件造成的。
失速与喘振之间的关系较为密切，失速可以诱发喘振。
2实例分析动叶可调轴流风机失速与喘振的原因2.1实例分析失速原因针对某电厂4号机组中，由于风机的保护系统出现跳闸现象，使得辅机出现减负荷动作的故障，导致一次风管的阻力增加以及一次风量的减少，引发了B侧出现风机失速现象（见图2）。
正常情况下系统的压力通常在P。
处，而A、B两侧一次风机运行的工况点分别是A。
、B。
但当出现减负荷动作故障时，系统的压力将从P。
风机的防喘振控制及优化浅析
风机的防喘振控制及优化浅析摘要：喘振是高炉鼓风机固有特性，喘振将严重危害机组的安全运行。
因此，基于风机喘振原理，分析喘振产生原因与危害,并提出了风机的防喘振控制及优化策略，设计抗喘振控制系统具有重要意义，也为同类机组提供技术参考。
关键词：风机；防喘振控制；优化引言高炉鼓风机一般采用透平压缩机，喘振是透平压缩机的固有特性。
喘振现象对透平压缩机的危害极为严重，必须禁止压缩机处于喘振状态。
如果高炉鼓风机浪涌，空气供应被切断，高炉将无法继续生产铁水。
同时，由于支撑炉内矿石、焦炭等物料的力突然丧失，势必造成炉底的铁水和炉渣飞溅，使风口充满炉渣和铁水，造成高炉重大事故。
因此，高炉鼓风机抗喘振的研究对高炉的稳定生产具有积极意义。
1喘振产生原因与危害大型风机一般采用6KV电机驱动风机转子，动调或静调轴流风机。
轴流风机喘振的主要原因归纳为以下两个方面。
(1)内因:严重失速，气流膨胀。
根据风机失速的机理，正常运行时不会发生旋转失速。
只有在风机启动或停止阶段，转速发生变化时，才会发生旋转失速。
(2)外因:风机与管网联合运行情况。
一般来说，网络容量越大，浪涌频率越低，浪涌幅值越大;反之，当网络容量较小时，浪涌频率较高，浪涌幅值较小。
风机喘振危害很大，性能明显恶化，会出现较大的供气波动，破坏生产工艺系统的稳定性，会造成风机本体严重振动，风机部件承受较高的动应力，容易造成静、动部件的摩擦和损坏，对推力轴承产生很大的冲击力，会使轴承合金疲劳开裂甚至烧毁。
在严重的情况下，它会膨胀成逆流，导致风道内温度急剧上升，导致叶片和轴承损坏。
2防喘振的基本原理风机运行时，当气体介质固定，在一定的转速、压力、温度和压差下，可以计算出一个最小的流点。
当流量低于这个值时，风机的性能就会变得非常不稳定，也就是说风机会出现喘振，这个点也叫喘振点。
喘振点与风机内气体的分子量、进口压力、温度、压差和出口压力、温度和压差有关。
不同条件下浪涌点的位置是不同的，所以可以在不同条件下计算多个浪涌点，然后将这些点连接起来得到一条线，这条线称为浪涌线。
轴流式高炉风机控制系统用防喘振阀的设计
轴流式高炉风机控制系统用防喘振阀的设计(1)时间:2010-02-18 来源:江苏神通阀门股份有限公司编辑:张逸芳1、概述防喘振是各类鼓风机和压缩机的一个特有控制要求。
喘振通常表现为快速的流量振荡或压力振荡, 因而影响风机流量和压力的稳定性。
由于喘振发生时常伴随有反向的轴向推力与反向流动, 从而使风机的效率降低, 寿命缩短, 对风机造成严重危害。
当风机发生喘振或需要放风时, 打开防喘振阀或紧急减压阀, 可以使风机的运行工况点在规定的区域内。
2、工作原理及主要参数2.1、工作原理随着高炉大型化和超高压炉顶的采用, 高炉鼓风系统(图1) 也向着大流量、高压力和自动化方向发展, 每吨铁水的鼓风量达1100～1200m3 , 风压达到0.45MPa。
对于大型鼓风站, 由于放风量变化范围大, 而且要求动作快, 防喘振控制装置采用一个大容量防喘振阀和一个小容量防喘振阀并联组成。
小容量阀响应速度快, 以求得放风平稳。
大容量阀在紧急状态如喘振已经或将要产生时才开启。
2.2、参数最佳答案n:转速N:功率P:压力Q:流量Q1/Q2=n1/n2 P1/P2=(n1/n2)平方N1/N2=(n1/n2)立方1.氧气站2、3.氧气管路 4.空气过滤器 5.脱湿机 6.混合气7.风机8、9.防喘振阀10.防阻塞阀11.紧急减压阀12.热风炉13.高炉14.消音器图1 高炉鼓风系统防喘振阀具有自动调节和快开功能, 其主要性能参数如下。
公称尺寸DN50～500公称压力PN6～16工作介质热空气工作温度300℃ (max)驱动方式气动+手动气源压力0.4～0.6MPa启闭时间调节不限, 紧急快开≤0.5 s流量特性近似等百分比3、结构设计防喘振阀主要由三偏心蝶阀(图2) 、气动装置和控制装置等组成。
蝶板密封圈采用斜板式多层次金属硬密封形式, 此结构密封性好, 流阻小, 启闭灵活。
气动装置采用调节精度高, 运行平稳的齿轮齿条传动结构。
防喘振控制系统在轴流风机中的应用
点越 过 喘振线 ，要得 到 防喘振 线 ，首先 得 到喘振 线 。 轴 流 风机 喘 振 线 、 防 喘 振 线 的度 量 方 法 分 为 ３个
阶段 。
２ １ 喘振 点测 试 ．
２ １ １ 测 试 前 应 具 备 的 条 件 ．． 风 机 经过 ５ ｈ以上 的机 械 运 转 ，机 组 处 于 热 运 行 过
线 时 ，防喘 振 阀 开 始 调 节 。一 般 气 压 机 采 用 前 者 ，轴
流 风 机 （ 称 风机 ） 用 后者 。 简 采
（ ）风机 防喘振基本 特点及 作用 。风机 最大 特点 ：入 ２
口为 大气 ，所 以防喘振 控制阀不是 控制 回流量 ，而是放 空
度 主 要 由调 节 器 的 增 益 值 来 决 定 ，在 调 试 过 程 中 ， 如
实 验 方法 验 证 防 喘 振 调 节 系 统 是 否 达 到 要 求 ，并 根 据
不慎 、高 炉炉 料 下 落 、炉 顶 煤 气 压 力 控 制 不 稳 等 ，这 些 原 因都 可 能 导 致 炉 料 料 层 透 气 性 下 降 、高 炉 工 况 恶 化 。从 维持 高 炉 工 况 的 角 度 出 发 ，在 这 种 情 况 下 ，最
程 ，确保 压 缩 机 及 相 关 设 备 无 异 常 现 象 ； 电气 、仪 表
控 制 系 统 投 入 运 行 ， 显 示 、 控 制 、 连 锁 、 报 警 均 正 常 ；压缩 机 的 静 叶 角 度 能 手 动 灵 活 操 作 ，角 度 显 示 准 确 无 误 ；防喘 振 放 风 阀 的 开 度 能 手 动 灵 活 操 作 ，开 度 显 示 准确 无 误 ， 同 时 能 快 速 全 开 ；防 喘 振 调 节 功 能 正 常 ，调节 参 数 测 量 有 效 。 调 节 参 数 测 量 好 后 ， 应 通 过
防喘振控制方案研究
防喘振控制方案研究一、程序移植的历史背景及现实意义大庆炼化公司180万吨／年ARGG装置三机组（轴流风机、烟机、主电机）控制系统是TRICONEX公司的TS3000控制系统，如图1，自1998年投运以来运行平稳，但自2002年控制系统频繁出现烧卡的现象（参见附表），已更换各类卡件18块，严重地威胁装置的安全生产。
对此，炼化公司领导非常重视，曾多次组织召开专业技术分析会，组织仪表及电气等技术人员对整个系统详细检查，同时联系了北京设计院、陕鼓、美国TRICONEX公司、ELLIOTT公司，及施工单位中油一公司，于2000年6月召开三天专业分析会，分析故障原因。
各单位一致认为对接地系统及电源系统要进行检查、测试和整改。
并于2002年装置停工检修期间进行了彻底整改，耗资约30余万元。
为保证生产，公司成立技术攻关组，利用富士智能调节器及西门子S7－200PLC创建一套应急系统，保证在彻底整改前事故情况下紧急启动备机系统。
借此机会，仪表专业对防喘振的源程序进行了认真的解读，发现在TPS系统中完全可以实现该功能，与源程序相比，技术上更可靠，功能上更丰富，控制精度更高。
在此，笔者对自动化专业应用程序的转化和移植的思路及方案做以详尽的阐述，旨在促进专业技术的交流与应用。
1、防喘振控制方案分析就目前国内外炼化企业来看，防喘振控制通常用两种方法：一是早期专用的防喘振控制器，如WORDWARD公司的505C控制器、ELLIOT公司的ASCC控制器等；二是目前常用的PLC专用软件包。
如GE公司的9070系列PLC（用LogicMaster或Field Control编的软件包）、TRICONEX公司的TS3000（用MSW311或TS1131软件包）等。
但每个厂家出于对知识产权的保护，均不会公开其防喘振控制的算法。
专用的控制器只给用户提供接口参数，专用的软件包是用高级语言编写的软件包（如Ｃ语言）。
用户无法打开，只能在程序中调用。
高炉轴流风机防喘振控制优化及实施
上 ，形成耐磨板 ，然后再根据需 要 卷 制成不 同的衬 套镶嵌在接管 及调 节蝶 阀内 ，从而提 高半净煤 气调压 阀组 抗冲刷的能 力。 通 过 三 维 模 拟 及 用 户现 场 使 用 ，增加 导流柱和耐 磨衬套的半净 煤气调 压阀组使用 寿命较改进前的
用寿命短的瓶颈问题。新型半净煤气调压阀组的研制，可有效降低炼铁高
行 ，另 一方面可能制约 风机供风能力的充分发挥 。
高炉鼓 风机是 高炉炼铁 生产的 关键动 力设备 ，为确保鼓风 机的安 全稳定运 行，在其控制 系统 中必须 配备防喘振 自动控 制 ，并应 兼顾高 炉生产 、机组 安全 、节能 降耗等各
方因 素，高炉作为鼓风 机供风的 负 载 ，Ｉ 炉内状 况瞬息万变 ，鼓风阻 力
【 关 键 词 】 轴 流 风 机 防 喘
振 优化 实 施
振控 制 侧重于保护 鼓风机 ，加之 防喘振控 制品质 不高 ，２ ０ １ ０ 年 投产以 来 ， 防喘振控 制系统运行状况不甚理想 ，主要表现在 以 下几方面。
一
、
前言
１ ）防喘阀开 度基本在 ｌ Ｏ ％左右 ，轴流 风机经常处 于放 风状态 ， 造 成大 量无谓能量损失 ，放风噪声污染严 重。 ２ ）防喘振的控 制品 质有 待提 高 ：一旦高炉路 况不顺 ，鼓 风阻 力增 大使 风机 工况点进 入调节 区时 ，通 常是采 用人 工紧急干预 打开防 喘阀 ，使工况 点 回到稳定工作区 ，保守的安全意识使 工况点总是远 离防喘振线 。 ３ ）不 同人 口温度对 风机 喘振 性能 有较 大影 响 ，采 用 固定 的喘振 性能 曲线 不能真 实地反映 风机喘 振性能 ，一 方面 可能影 响 风机 的安全 、稳定运
为计算依据 ，采用 的常规 的Ｐ Ｉ Ｄ 运
高炉鼓风机防喘振控制系统的分析与研究
高炉鼓风机防喘振控制系统的分析与研究作者：郑海生来源：《科技资讯》2014年第04期摘要：本文首先探讨了轴流压缩机喘振发生机理及其危害，提出了高炉鼓风机防喘振控制的必要性，然后以某钢厂大型高炉鼓风机为例对防喘振控制系统作了详细分析与研究，同时在分析与研究的基础上对湛江钢铁高炉鼓风项目提出了一些合理的优化和改进建议。
关键词：高炉鼓风机喘振防喘振控制优化中图分类号：TH442 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）02（a）-0155-02高炉鼓风机是高炉设备的心脏，所输送的高压风流经热风炉加热到约1300 ℃，由设在高炉炉腹下的环型风管，通过安装在高炉四周的风口吹入高炉内。
万一送风切断，高炉不能继续生产铁水，同时因炉内支撑矿石、焦炭等料物的力突然消失，势必料物下榻，且炉底的铁水、渣就会飞溅，使风口灌渣、灌铁水，这就形成高炉重大事故[1]。
喘振是透平压缩机械的固有特性，对轴流压缩机所造成的危害极其严重，一旦喘振机理发展成逆流，在极短时间使高炉鼓风机毁坏，在世界各国都有事故先例，我国的高炉鼓风机中也发生过逆流事故，造成机组全部损坏[2]。
基于防喘振控制技术的重要性、复杂性和难度性，本课题针对高炉鼓风机防喘振控制系统的分析与研究有着重要的意义。
1 喘振发生机理在生产中，轴流式压缩机总是与管网一起联合工作[3]。
图1为压缩机和管网联合工作性能曲线，曲线I是管网的阻力线，曲线ABC为压缩机的特性线，P为管网压力，Q为压缩机进口流量。
正常工作时，机、网在两曲线交点B工作。
随着高炉炉况的变化或管网阻力增加，则管网阻力线从位置I移到II，机、网系统工作点向上移动，工况向小流量偏移。
当流量减少到正常工作允许最小值时，工作点移到C点，此时压缩机通道受阻堵塞，因失速而造成特性曲线出现断裂，使气流产生强烈脉动，出口压力突然下降至G点。
由C点过度至G点是随外界管路容积的影响，容量越大，过渡状态越复杂，当容量足够大时，这种过渡可能使倒向气流超过极限F点，从而解除失速恢复正常B点。
高炉风机防喘振先进控制技术
高炉风机防喘振先进控制技术高炉鼓风机是炼铁过程中的核心动力设备，对于整个钢铁企业而言，鼓风机的运行状态与企业的产量、效益、安全息息相关，防喘振控制作为高炉风机控制中最重要的一环，其控制效果完善与否，在很大程度上决定了能否充分发挥鼓风机的潜能，为高炉提供一个安全、稳定、高效的风源，保证高炉达到理想的利用系数。
一、目前在炼铁行业高炉风机防喘振控制技术中普遍存在的问题1．“保风机”与“保高炉”之间的矛盾：在防喘振控制回路中，由于缺少完备的数学算法，在工况点接近喘振线时，“保风机”和“保高炉”往往成为一对不可调和的矛盾。
防喘振动作的速度主要由调节器的增益值来决定，在调试过程中，往往对增益值如何设定感到两为其难：如增大数值，防喘振阀在动作时打开得过快、过大势必会产生较大的流量和压力波动，这种波动是高炉正常生产中无法接受的。
如减小数值，又不能保证在工况点上升较快的情况下保证风机不进入喘振区。
产生这一矛盾根本的原因是防喘振控制回路设计的出发点是保护风机本体，对如何在保护风机的同时又保护高炉的正常生产缺少必要的考虑。
目前普遍应用的防喘振控制效果的现实情况是：一旦工况点越过防喘振线，防喘振阀进行调节动作，工况点在2~3秒钟内由接近喘振区域被向下拉至距离防喘线以下，风机出口压力的波动至少会超过40kPa，在高炉憋压比较突然的情况下，压力的波动甚至可能达到100~150kPa，这样幅度的波动远远超过了高炉操作所允许的范围。
一般来说，导致来自高炉的阻力增大、风机工况接近喘振线的原因可能是以下几种：在热风炉切换的过程中操作不慎、高炉炉料下落、炉顶煤气压力控制不稳等，这些原因都可能导致炉料料层透气性下降、高炉工况恶化。
从维持高炉工况的角度出发，在这种情况下，最需要的就是高炉风机能够保证稳定的送风压力，使高炉工况得以好转，而由于防喘振控制的局限性，往往恰是在这一时候，供风压力最不稳定，导致和加剧了高炉座料，而高炉工况一旦变坏后往往需要几天的时间才能逐渐恢复，由此给炼铁企业造成巨大的经济损失。
轴流式高炉鼓风机防喘振
防喘振技术在实际应用中的效果与意义
显著减少喘振现象
采用防喘振技术后，高炉 鼓风机的喘振现象得到了 有效控制，大幅降低了喘 振发生的频率和幅度。
Hale Waihona Puke 延长设备使用寿命通过防止喘振，减少了设 备受到的应力和疲劳损伤 ，从而延长了设备的使用 寿命。
提高生产效率
稳定的鼓风机运行确保了 高炉生产的连续性和稳定 性，提高了生产效率，降 低了生产成本。
行维护和保养，确保防喘振技术的有效实施。
防喘振措施实施前后的性能对比
性能提升
实施防喘振措施后，高炉鼓风机的运行稳定性显著提升，喘振现 象得到有效控制，高炉生产效率大幅提高。
能耗降低
通过优化鼓风机运行参数，降低了能耗，提高了能源利用效率，进 一步降低了生产成本。
维护成本减少
实施防喘振措施后，鼓风机的故障率明显降低，减少了维修和更换 零部件的频率，节约了维护成本。
提高高炉鼓风机的运行稳定性和效率，同时降低炼铁工艺的成本和能耗。
03
防喘振技术与措施
常用的防喘振技术
被动防喘技术
通过改进鼓风机叶轮的设计，增加叶轮的稳定性和气动性能，降低喘振发生的 可能性。
主动防喘技术
采用先进的控制系统，实时监测鼓风机的运行状态，一旦发现喘振迹象，主动 采取控制措施，如调整进口导叶角度、改变转速等，以抑制喘振的发生。
技术。
02
技术方案
通过采用先进的控制策略，实时监测鼓风机的运行状态，并对其进行调
整和优化，以防止喘振现象的发生。具体包括：改进叶片设计、优化进
气结构、增强控制系统稳定性等措施。
03
实施过程
在鼓风机上安装监测设备，实时采集运行数据；通过控制系统对数据进
轴流风机喘振原因及控制措施
轴 流式 风机 是 一种 低 压 大 流量 的 风 机 ，其 优越 性 日益 得 到大 家 的认 可 ，并 且广 泛 应用 于 各个 工 业 领 域 。因为 轴 流 风机 结 构 复 杂 ，旋转 的 动部 件 较 多 ，所 以 它 的可 靠 性 比 离 心式 风 机略 差 一些 ，主要 体 现在 风 机 的 喘振 上 。风 机 喘 振 时 ，气 流 强 烈 的周 期 性 的来 回 流 动 ，会 导致 噪 声 变 大 、 叶 片应 力 加 大 ，对 叶 轮 和轴 承及 其 连 接 部 件 产 生 很 大 冲 力 ，当这 些 力 增 大 到一 定 程 度 ，会 使 风 机 的转 动 与 静 止部 件 发生 断 裂 ，甚 至摧 毁 整 个 风 机 ，因此 我 们 要 避 免 风 机 在 喘 振 区 工 作 。 １ 风 机 喘 振 的 判 断 方 法
风 机入 口流量 突 然 变 小 和 管 网 的 阻 力 系 数 过 大 均 有 可 能 导 致 风机 喘振 的发 生 。 造成 风 机 喘振 有 两 方 面 的原 因 ：从 内部 来 说 ，叶 栅 内 出现 强 烈 的 突 变 性 旋 转 失 速 ；从 外 部 条 件 来 说 ，与 管 网 容 量 和 阻 力 特 性 有 关 。
工 艺 与 装 备
４１
轴 流 风机 喘振 原 因及 控 制措 施
吴 利 云 石 成 江
（辽 宁石 油 化 工 大 学机 械 工 程 学 院 ，抚顺 １１３００１）
摘 要 ：本 文 针 对 轴 流 风 机 喘振 产 生 的危 害 、原 因 ，以及 选 择 防止 喘 振 发 生 的 方 法 ，进 行 了较 为详 尽 的 阐 述 ，为 风机 喘 振 的在 线 监测 与 控 制奠 定 了基 础 。
浅析轴流风机及其防喘振技术
浅析轴流风机及其防喘振技术摘要：轴流风机适用范围非常普遍，生活中随处可见，为人们的生活提供了极大的便利，其虽然结构简单，但是对于数据要求非常高，因此，本文介绍了轴流风机的结构，尤其是防喘振装置，可有效地对风机的喘振进行消除，提高风机的性能。
关键词：轴流风机、防喘振、轮毂、风叶轴流风机通常用在流量要求较高而压力要求较低的场合，可用于冶金、化工、轻工、食品、医药设备、机械设备及民用建筑等场所通风换气或加强散热之用。
1、轴流风机工作原理当叶轮旋转时，气体从进风口轴向进入叶轮，受到叶轮上叶片的推挤而使气体的能量升高，然后流入导叶。
导叶将偏转气流变为轴向流动，同时将气体导入扩压管，进一步将气体动能转换为压力能，最后引入工作管路。
2、轴流风机结构轴流风机主要由叶轮、机壳、电动机等零部件组成，叶轮包括若干风叶和轮毂。
2.1机壳机壳采用圆形，由风筒、机架板和支架组成，其具有直角弯曲形状，使电机可以放在管道外部。
2.2轮毂轮毂包括相互固连的二个轮毂盘，轮毂盘的轴心上设有轴套安装孔，轮毂盘靠近外周端设有一圈固定面，装配时，把二个轮毂盘的固定面相向而固定。
固定面之间设有若干个叶柄抱箍，固定面上设有以轮毂盘轴心为圆心的环状法向定位槽，叶柄抱箍与固定面的连接面对应位置上设有法向定位棱，法向定位槽与法向定位棱相匹配。
叶柄抱箍包括上叶柄抱箍和下叶柄抱箍，上叶柄抱箍和下叶柄抱箍的结合面上分别设有半圆状的叶柄安装面。
为了使叶柄抱箍与沿轮毂盘之间在径向方向上的定位，固定面上还设有若干个径向定位槽，径向定位槽的延长线相交于轮毂盘的轴心，叶柄抱箍与固定面的连接面对应位置上设有径向定位棱，径向定位槽与径向定位棱相匹配，设风叶的数量为N，N≥2，径向定位槽包括一个基准径向定位槽和M个分径向定位槽，M＝N-1，径向定位槽沿轮毂盘的固定面呈圆周均匀分布。
这样，分径向定位槽与基准径向定位槽之间具有一个角度β＝306度÷N或其2至M的整数倍。
矿用轴流式风机的喘振分析及预防措施
FORUM 论坛装备100 /矿业装备 MINING EQUIPMENT矿用轴流式风机的喘振分析及预防措施1 工程背景某公司的一套 300MW 机组锅炉配备的两台动叶可调风机某日发生喘振现象导致风机的叶片断裂。
在发生轴流式风机是煤矿的一个重要通风机，属大型设备，其特征是压力低、流量大，因此必须保证其能安全可靠地运行。
但由于受其本身的特性影响，风机并不能保证时时刻刻都在稳定地工作, 由于其具有驼峰形的性能特征，所以当工作点运行至不稳定区就可能引起风机喘振。
如果风机在运行过程中出现喘振现象，将会影响煤矿整个通风系统的风量，风机的喘振不仅会对煤矿机械和设备造成破坏，严重的还会引发煤矿安全事故。
因此，本文将通过风机个体特性曲线以及工况变化分析喘振发生的原因，防止风机运行在不稳定工况区从而避免喘振现象的发生。
□ 韩佳峰 山西霍尔辛赫煤业有限责任公司 山西长治 046600喘振之前可清晰的听到有铁件撞击后落下的巨响，并且风机产生了剧烈的震动。
经调查是由于叶片安装角度不一致，而且在调换个别叶片时，对叶片进行了略微打磨，表1 机组主要性能参数性能参数单位亚临界供热湿冷、汽泵亚临界供热间冷、汽泵超临界供热直冷、汽泵超临界湿冷、汽泵装机容量MW330300350350汽轮机型式两缸两排汽两缸两排汽三缸两排汽两缸两排汽过热器出口蒸汽流量(t/h 1100116411401100汽轮机制造厂东汽上海东汽哈汽主蒸汽流量(TRL 工况)T/h 104511301014.31045.9主蒸汽压力MPa(a)16.6716.6724.224.2主蒸汽温度℃538538566566再热蒸汽流量(TRL 工况)t/h 799.787940829.93880.82再热蒸汽温度℃538540566566低压缸排汽压力kPa(a) 4.9/11.811/2813/32 6.6/11.8给水温度（TRL）℃276277276.4287.88机组THA 工况下的热耗kJ/kW.h 7800831780567570锅炉效率（ECR工况）%93.593.593.593.5管道效率%99999999机组发电设计标准煤耗g/kW.h 287.9307297.3279.4机组供电设计标准煤耗g/kW.h 304324.2315.6295并没有将一整套叶片一起调换，导致其几何形态不一致、转动应力不均、自震频率改变，发生喘振现象。
高炉鼓风机防喘振控制策略研究的开题报告
高炉鼓风机防喘振控制策略研究的开题报告
一、研究背景和意义：
高炉鼓风机是高炉生产中关键的设备之一，其工作稳定性和运行效率对高炉的生产效率和经济效益有着重要的影响。
但是在工作过程中，高炉鼓风机有时会出现喘振
现象，严重影响了其工作效率和寿命，甚至会对整个高炉生产造成不良影响。
因此，对高炉鼓风机防喘振控制策略的研究具有十分重要的实际意义。
本文将探究高炉鼓风机喘振的成因、防控措施，试图制定一套有效的防喘振控制策略，为高炉
鼓风机的正常工作提供技术保障。
二、研究内容和方法：
1. 喘振成因分析：对高炉鼓风机的工作原理、机械和结构特点进行深入分析，探讨喘振产生的原因，如叶轮不平衡、气流不稳定等。
2. 喘振防控技术研究：研究喘振防控技术的现状，并对其进行归纳总结，探讨其适用性和实用性，并提出针对高炉鼓风机防喘振的控制策略。
3. 控制系统设计：依据前两部分研究成果，设计一套高炉鼓风机防喘振控制系统，包括传感器、控制器、执行器等组成的闭环控制系统，并进行测试验证。
4. 结果分析：对系统测试的结果进行数据分析和实验比对，评估系统的效果和性能，以及控制策略的优缺点和可行性。
三、研究计划和进度：
1. 第一阶段（1个月）：完成高炉鼓风机的工作原理和喘振成因分析，并撰写相关文献综述。
2. 第二阶段（2个月）：综述当前高炉鼓风机喘振防控技术，探讨其适用性和实用性，并提出控制策略。
3. 第三阶段（3个月）：设计高炉鼓风机防喘振控制系统，进行测试验证，并分析实验结果。
4. 第四阶段（1个月）：撰写论文并进行系统综合分析。
以上是本文高炉鼓风机防喘振控制策略研究的开题报告，谢谢审阅。
喘振控制在高炉鼓风机系统中的应用
喘振控制在高炉鼓风机系统中的应用本文概述了喘振控制在高炉鼓风机系统中的应用，并详细地介绍了喘振曲线的形成过程、喘振系统的基本原则以及逆流保护系统的作用。
标签喘振；临界喘振点；喘振线；逆流前言在风机系统中喘振是特有的不正常工况，风机（轴流压缩机）绝对禁止在喘振工况下运行，为此，设置了防喘振控制系统。
当风机接近喘振工况时，控制系统调节放风阀打开某一开度，使风机的工况得以改变，从而避免进入喘振区。
1 喘振控制系统介绍设曲线（1）为管网系统的阻力线，当静叶开度为a时，曲线（1）与特性曲线a的交点A就是压缩机此时稳定工况点。
如果静叶开度a不变，而管网阻力增加，则工况点会沿曲线a上移，当超过某点B，就会发现压缩机输出流量和排气压力出现紊乱，发生如同哮喘病人喘气般的响声，机器发生振动，所以形象地称为喘振。
B点称为临界喘振点。
显然，在不同的静叶开度下重复上述过程，都存在这样一个临界喘振点，将所有喘振点联起来形成的曲线，称为喘振线。
喘振线以上的区域称为喘振区，压缩机只允许在喘振线以下的区域运行。
喘振形成的原因是很复杂的，简单说明如下：当进气量过小时，在叶片凸侧面将出现气流分离现象，当气流分离现象严重时，造成压缩机排气压力降低，如果管网容量较大，压力较高，则管网压力大于排气压力，使压缩机排气量更加减少，加剧气流分离现象，联锁反应的结果会使压缩机排气量为零，甚至为负（管网向压缩机倒流），但管网压力也不是维持不变的，随着管网向工艺排气，它的压力也在下降，当下降到低于压缩机排气压力时（因压缩机仍在旋转，产生压力），压缩机又会向管网排气，使管网压力回升，如果管网阻力线不变，仍是曲线（2），则又会周而复始地重复上述循环，形成气流的忽小忽大，忽进忽出的喘振。
2 喘振系统的基本原则Fig. 2 Anti-surge control system performance curve由上述喘振形成过程可以看出，在一定的排气压力下，防止风机流量过小，就能避免喘振。
轴流式高炉鼓风机防喘振的探究混
轴流式高炉鼓风机防喘振的探究混随着我国经济的发展科技水平的逐步提高，同时也带动了各个领域的发展进步，在钢铁产业的发展上我国已经取得了较好的成绩，在一些大中型的企业中对于生产钢铁的基础设施最常见的一个设备就是轴流式的高炉鼓风机，但是随着时间的推移在轴流式的高炉鼓风机防喘振的实际工作中出现了一些不合理的现象。
文章主要是对于在工作中所出现的问题进行详细的分析探究，并找出适当的解决方法，希望能够对此发展有所裨益。
标签：轴流式；高炉鼓风机；防喘振轴流式风机，就是与风叶的轴同方向的气流（即风的流向和轴平行），比如说电风扇、空调外机等，风扇就是轴流方式运行风机，轴流式风机又叫局部通风机。
它是工矿企业常用的一种风机，它和一般的风机有着一定的区别，轴流式风机的电机和风叶都在一个圆筒里，外形就是一个筒形用于局部通风安装方便，通风换气效果明顯、安全，可以接风筒把风送到指定的区域。
1 喘振的基本含义以及产生原因和表现形式1.1 喘振的基本含义喘振是透平式压缩机（也叫叶片式压缩机）在流量减少到一定程度时所发生的一种非正常工况下的振动。
离心式压缩机是透平式压缩机的一种形式，喘振对于离心式压缩机有着很严重的危害，简单来说就是流体机械及其管道中介质的周期性振荡，是介质受到周期性吸入和排出的激励作用而发生的机械振动[1]。
1.2 喘振的产生原因“喘振”顾名思义就像人哮喘一样，风机出现周期性的出风与倒流，相对来讲轴流式风机更容易发生喘振，严重的喘振会导致风机叶片疲劳损坏。
喘振的产生与流体机械和管道的特性有关，管道系统的容量越大，则喘振越强，频率越低，产品一般都附有压力-流量特性曲线，据此可确定喘振点、喘振边界线或喘振区，流体机械的喘振会破坏机器内部介质的流动规律性，产生机械噪声从而引起工作部件的强烈振动，加速轴承和密封的损坏，一旦喘振引起管道、机器及其基础共振时还会造成严重后果。
1.3 喘振的表现形式轴流式高炉风机的喘振现象主要是表现在两个方面，其一是电流减小且频繁摆动、出口风压下降摆动；其二是风机声音异常噪声大、振动大、机壳温度升高、引送风机喘振动使炉膛负压波动燃烧不稳。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
高炉轴流风机喘振分析及防喘振控制系统研究张红庆 陕西维远科技有限公司 710054摘要：本文介绍了轴流风机喘振现象的形成机理、不同气温条件下喘振曲线的动态补偿方法，分析了常见的传统防喘振控制工艺中存在的不足，以及先进防喘振控制技术应用于高炉轴流风机的优化控制策略。
关键词：轴流鼓风机；防喘振；优化控制引言目前静叶可调式轴流风机在钢铁企业400~2000m3的高炉上已普遍使用。
在高炉风机的控制系统中，防喘振控制系统是最核心的控制环节，必须综合考虑高炉生产、机组安全、节能降耗等多方面需求，如果在控制工艺中采用常规的简单、粗放的设计方法，不仅能耗浪费严重，也是极大的安全隐患。
本文介绍的高精度防喘振控制系统，不仅可以更有效地保证机组和安全和稳定，同时也可以充份发挥机组的最大性能范围，对高炉安全性和产量的提高起到显著的促进作用。
轴流风机喘振现象的本质为了更好地理解和设计防喘振控制系统，有必要对轴流压缩机形成发生喘振现象的本质原因加以说明。
轴流风机转子的叶片呈多级排列，每一级叶片环绕转子形成一组叶栅。
空气流经过多级叶栅逐级压缩传递，最终经末级叶栅到达出口。
在一定的静叶角度下，气体的流量与风机出口的压力有关，压力越高，流量越低。
喘振是指风机达到出口压力极高、流量极低极限后的工况突变。
气流冲角及叶片背面表层气流脱离失速现象气流沿轴向进入叶栅时，气流方向与风机叶片之间的夹角称为气流冲角。
随着压力的增高，入口流量愈小，气流冲角也就愈大。
当气流冲角增大到一定程度时，沿叶片的非工作面将发生气流脱离现象。
这种现象称为脱流或失速。
失速是叶轮式轴流输送设备都会遇到的一种现象，失速又叫旋转脱流，即由于气体对叶片的冲角过大而使得气流的流线脱离叶片表面，结果叶片表面处的气流变为紊流，同时可导致叶片颤振。
失速区沿叶栅旋转传递和不断扩展，就会引起压缩机的工况突变，即喘振。
气流冲角增大至一定程度后，沿叶片背面形成气流脱离现象示意图 当风机发生喘振时，整个风机的管网系统气流周期性振荡现象，这时，轴流风机虽然仍在旋转，但对气体所做的功却不能提高风机的流量和压力，而是基本上转化为空气热能。
风机的气动参数（流量、压力）将作大幅度的纵向脉动，且发出低沉的异常声音和震动。
在轴流风机发生喘振时，纵向推力来回振荡会导致致密封瓦及推力轴承损坏，另外，机组内部温度急聚增加，会造成叶片软熔、变形、碰撞断裂，甚至会在短时间内摧毁风机全部叶片。
高精度防喘振控制系统的实现1、高精度调节回路：防喘振系统的首要目标是确保机组和高炉生产的安全。
高炉轴流风机一旦发生喘振，供风将完全中断，造成高炉塌料影响炉况，严重时可能导致渣铁灌死风口。
因此喘振现象不仅严重威胁机组设备的安全，也有可能对高炉生产造成巨大损失。
防喘振系统对工况变化的反应必须足够灵敏，保证在生产过程中能够避免此类情况的发生。
另外，防喘振调节系统不仅仅要防止风机发生喘振，更要保证生产全过程中供风的稳定。
防喘调节过程必须在无需操作干预的情况下，实现全自动化高精度调节，保证供风压力不因防喘调节而发生变化和波动。
在高炉风机控制应用实践中发现，当由于工艺管网阻力发生扰动，防喘振阀进行调节动作时，要同时做到供风稳定和防止风机喘振这两种后果是非常困难的，“保风机”和“保高炉”似乎是一对不可调和的矛盾。
由于高炉、热风炉存在巨大的管网容量，导致调节对象（排气压力）具有很强的滞后性，如果采用的常规的PID调节回路，无法使工况点被稳定控制在调节线附近。
在高精度防喘振控制回路的设计中，不是将排气压力直接做为调节对象，而是采用工艺阻尼补偿计算的方式做为主要调节手段。
风机出口压力的变化，归根结底是由于高炉工艺阻力的变化引起的。
当高炉料层厚度、密度增加，或出现悬料等工况时，都有可能造成供风压力增加。
另外，TRT和热风炉操作时也有可能造成风压波动。
为了计算工艺阻力的变化情况，我们把整个工艺系统简化成一个容积为800m3左右的气体容器，所有工艺阻力的变化都等价于容器出口的一个假想的调节阀开度的变化，而风机则相当于一个恒量的气流源。
工艺系统内的压力可以用气体方程表示：P=K*ρ/VP 气体压力 kPaK 常数ρ 气体质量总量V 工艺系统管网总容量 m3工艺阻力增大，相当于这个假想的调节阀的开度减小，整个工艺系统的进风流量大于出风流量，气体压力增加，在1秒钟时间内，压力的变化量与管网内的气体总容量变化成正比：⊿P=K*⊿ρ/V = K*(Qin-Qout)/V⊿P: 工况点移动速度 kPa/sQin: 风机供风流量（近似为恒定值） m3/sQout： 工艺出口假想调节阀流量 m3/s根据以上公式，只要我们通过一阶微分计算出工况点的的移运速率⊿P，即可以根据管网容量的大小，使用气体方程反推出工艺阻力在一定控制周期内的实际变化，进而控制防喘阀开度向相反方向等比例调节，补偿工艺阻尼的变化。
实践结果表明，在高炉风机防喘振控制系统中采用工艺阻尼模型的控制效果明显优于将排气压力做为直接调节对象，可以做到在不需要人为干预的情况下，自动将工况点稳定控制在防喘调节线附近，压力没有任何波动、振荡现象。
另外，在高炉偶尔发生异常情况，憋风、憋压时，能够及时迅速地调节调节阀打开一定角度，即能够避免风机喘振，又能保持供风的持续稳定。
2、性能曲线补偿：在不同的气温下，同等体积的空气密度不同，温度越高，气体密度越低，喘振点能达到的实际压力越低。
如果忽略喘振曲线随气温改变产生的实际变化，则无法确保运行的安全，也无法发挥机组的最佳性能。
河北省四季温差较大，冬季极低气温为-10℃，夏季极限高温接近40℃。
下图是一台A V50-13风机在不同气温条件下的理论喘振性能曲线：由上到下，分别是风机入口温度为-10℃，0℃，10℃，20℃，30℃，40℃时的喘振曲线 曲线上的正方形小节点（由左至右）分别表示静叶角度为25、35、45、55、65度由上图可以看出，这台A V50-13轴流风机在-10℃和+40℃两种极端气温条件下，在常用静叶角度55°左右时，喘振点压力分别为448kPa 和338kPa。
在极高和极低温条件下，对应同一喉部差压，喘振点压力值的变化幅度为100kPa 左右，这一数值远远超过了喘振线与防喘调节线之间的裕量。
也就是说，如果喘振曲线的温度补偿被忽略，就有可能无法保证工况控制范围处于安全区域内，也有可能因调节线位置不正确而产生不必要的放风能耗和风机供风能力不足。
在以压缩机入口差压为横座标，压缩机压比为纵座标的防喘振工况图中，对于压比的温度补偿应用以下算式：1111)(1)(221)(1)('2+−⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧+⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡−⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛=ααααA P A P T T A P A P其中P2’/P1为经过温度补偿后的压比，P2/P1为压力实际测量喘振点压比。
α为等熵指数，对于空气而言，数值为1.4。
上式中压力值均为绝对压力（A ），温度值单位为开尔文（K ）。
如果忽略大气压的变化和风机入口滤芯压损，则可近似认为P1=100kPa ，并且以表压值和摄氏度做为计量单位，上式即转换为：1111100100215.273215.2731100100'2+−⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧+⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡−⎟⎠⎞⎜⎝⎛+++=+ααααP T T P对于压缩机入口差压(或喉部差压)来说，也需要进行温度补偿：15.273'115.2731'++=ΔΔT T P P 使用上述公式对轴流风机的喘振性能曲线进行补偿，其结果与实测值能够准确吻合。
通过对同一台A V50-12风机在冬季（平均-5.5℃）和夏季（平均33℃）进行两次喘振性能实验，夏季实测得到喘振点与冬季喘振曲线的理论温度补偿结果非常接近，最大误差不超过5kPa:1 2 3 4 静叶角度（°） 32.2* 41.9* 51.7* 61.7 排气压力（kPa） 264 357.2 423.1 467.8 喉部差压（kPa） 3.62 5.06 6.67 9.37 冬 季 实 测 入口温度（℃） -5.68 -5.66 -5.42 -5.32 静叶角度（°） 32.3* 41.7* 51.9* 62.1* 排气压力（kPa） 219.2 294.5 343.7 380.5 喉部差压（kPa） 3.21 4.50 5.95 8.40 夏 季 实 测 入口温度（℃） 31.20 31.74 33.05 33.57 排气压力（kPa） 216.3 289.2 340.7 375.5 喉部差压（kPa） 3.164.425.838.20根据 冬季 数据 补偿 理论 值平均入口温度（℃）33.0该风机在冬季和夏季实测喘振曲线结果 “ * ” 表示实际达到喘振将上表数据绘制成坐标曲线直观显示如下：上图中两条红色实线分别表示冬季和夏季喘振曲线实测结果，蓝色虚线表示 根据冬季测试结果，补偿计算得到的理论夏季喘振曲线，与实测值基本吻合。
控制效果总结通过技改项目的实施，我公司在高炉风机上相继应用了高精度防喘振调节系统（简称PCBB），与原有的常规控制方式相比，在春秋季（气温20度）风机的最大排气压力提高20~30Kpa左右，冬季（气温10度以下）提高40Kpa左右。
运行过程中风机防喘振阀开度减小或达到完全关闭，消除了大量不必要的放风能耗，节能降耗效益十分显著。
另外，运行过程中，风机在各种工况下都可以向高炉提供稳定的风压，在调节过程中送风压力保持平稳，供风稳定性和持续性良好。
[参考文献][1] 乐志成，吕灿，轴流压缩机，北京：机械工业出版社，1980：138~146[2] 王再英，轴流风机防喘振分析及基于SLPC的防喘振控制系统设计，化工自动化与仪表，2005，32(4)，61~64Analysis of Anti Surge Control System for Blast Furnace Blowers The microcosmic analysis of axial blower surge phenomenon is introduced, as well as the temperature compensating calculation for dynamic anti-surge line. The method of an advanced anti surge control strategy, which works more effectively and safer, can be used to optimize the conventional control system for BF blowers.KEY WORDS: Anti-Surge Control, Axial Blower, Optimized Control。