AV90轴流风机防喘振分析及系统概述

AV90-15 轴流风机防喘振分析及系统概述

摘要：介绍了轴流压缩机运行中发生的喘振及其对相关设备造成的严重影响，分析了宏晟电热公司使用的AV90一l5轴流压缩机防喘振和逆流保护原理，该轴流压缩机的投用满足了对高炉供风的需要。

关键词：轴流压缩机；喘振；逆流；保护

1前言

喘振是轴流风机的固有特性。一旦喘振发生，风机系统将处于不安全的工作状态，甚至严重损坏机体。对于轴流风机，喘振所带来的危害更为严重;尤其是高压轴流风机，如果发生喘振，可能在短时间毁坏设备而造成重大损失，因此严禁在喘振的工况下运行。AV90—15是全静叶可调轴流压缩机，其静叶调节机构采用液压驱动方式，汽轮机驱动。因而讨论汽轮机驱动的压缩机防喘振、逆流的保护是轴流压缩机防喘振和逆流保护的重点。本文将对宏晟电热公司使用的AV90一l5轴流压缩机防喘振和逆流保护原理进行分析。

2轴流风机喘振分析

转速与静叶角度不变时，轴流风机的性能曲线如图1所示。当风机开始工作时，由于管网中的气压小，风机向管网输送的气流量大、压力小，且气流还不能立即充满管网，此时通过管网的流量及其压力均小于风机的送风流量和送风压力。随着风机继续运行，管网中的风压逐渐上升，风机流量逐渐减小，最终在风机性能曲线与管网阻力特性曲线I的交汇点A 达到稳定状态。在A点，风机压力、送风流量与管网阻力、流量达到平

衡，A点就是该风机系统运行的实际工况点。在风机性能曲线压力最高点B的右半部分，如果管网特

性曲线由I改变为I'(I")、

管网阻力减少(增加)时，工

况点偏离A点，工况点移

到A'(A")，并在新的工况点

稳定运行。对这种情况可

作如下解释:管网性能曲线

由I变为I'(I")时，管网的

阻力下降(上升)，导致流量增加(减少)。风机送风压力要与管网压力维持平衡，故风机送风流量沿性能曲线增加(减少)，送风压力下降(上升)，风机性能曲线与管网的阻力特性曲线I'(I")在A'(A")点相交，风机系统在新的工况点A'(A")达到平衡。风机系统运行时，总是存在着各种小扰动，如气流不均匀、流量的微小变化等，这些小扰动都可能使系统工作点偏离平衡工况点。如果小扰动过后，系统仍能回到原来的工况点或到达新工况点，则系统的运行工况是稳定的。管网阻力特性曲线变化时，只要工况点沿着风机性能曲线在最高点B的右下部(即压力上升则流量下降的性能曲线部分)变化，风机系统的工况总是稳定的。

若管网阻力突然大幅度增加，管网的阻力特性曲线由I变为II，使系统理论工况点越过压力最高点落在B左边的C点(风机性能曲线与管网阻力特性曲线的交点)。这时风机系统的工况点C是不稳定的，风机及管网

的流量和压力将出现激烈的脉动，并引起设备与系统的剧烈振动，这种现象就称为喘振。发生喘振时，风机系统不可能在C稳定的运行，对这种情况可作如下解释:在图1中，当管网的阻力特性曲线由I变为II时，风机送风压力上升，工作点沿着风机性能曲线到达最高点B，而随着风机送风压力增加(大于前一时刻管网的压力)，风机送风量逐渐增加，且大于管网的出风量，使管网的压力进一步增加，导致管网压力大于风机送风压力，风机无法向管网送风(风机仍在旋转)，反而便管网中的气流向风机倒流。由于管网中的气体同时从两个方向(进风口和出风口)排出，管网压力很快下降。当管网压力低于风机送风压力时，风机重新向管网送风，使管网压力再次上升。如果管网的阻力特性仍是II保持不变，则系统又会重复上述循环，周而复始，整个系统无法工作在理论工况点C。风机送风压力忽高忽低，流量时正时负;相应地，管网中的气压也是忽高忽低，流量忽大忽小从而导致风机系统喘振。在喘振发生时，激烈的流量、压力脉动，使系统运行极不稳定，并引发强烈的机械振动，甚至导致设备的损坏。高压轴流风机/压缩机若发生喘振，可能在短时间毁坏设备而造成重大损失，因此严禁系统在喘振工况下运行。从上面的分析可知，对于确定的风机性能曲线都存在一个临界点，风机流量低于临界流量，风机系统就要发生喘振。B点就是风机性能上发生喘振的临界点。

转速恒定条件下，静叶调节角度运行时的喘振线与稳定区的性能曲线如图2中的实线所示。在转速恒定条件下，轴流风机不同的静叶角度对应不同的性能曲线;每一条性能曲线都存在一个喘振临界点，将这些喘振临

界点连接起来形成的曲线称为

喘振线;喘振线将轴流风机的工

作特性划分为喘振区(喘振线的

左上部)和稳定工作区(喘振线的

右下部)。在静叶角度不变的条

件下，轴流风机不同的转速也有

不同的性能曲线，每一条性能曲

线同样存在一个喘振临界点，将

这些喘振临界点连接起来也形

成一条喘振线，这条喘振线也将轴流风机的工作特性划分为喘振区(喘振线的左上部)和稳定工作区(喘振线的右下部)。风机变速运行时的喘振线与稳定区的性能曲线如图2中的虚线所示(n为轴流风机额定转速)。防喘振控制的目的就是采用可靠、有效的控制措施，保证风机系统的工况点始终位于稳定工作区(在实际系统中还要考虑风机叶片的阻塞和风机旋转失效等问题，本文只讨论喘振问题)，避免风机系统发生喘振不能正常工作和造成设备的损坏。

3轴流风机防喘振原理

防止喘振发生，就是防止风机系统的工况点越过喘振线进人喘振区。对图1风机性能曲线进行分析可以发现，对于给定的一条性能曲线，若风机理论工作点的流量小于临界点的流量就会发生喘振。如果设法使风机系统的流量始终大于临界流量，就可以避免发生喘振。通过对图2中风机性

能曲线的进一步分析可以发现，对于一个较小的流量Qm，在一些性能曲线上的理论工况点可能进人喘振区，而在另一条性能曲线上则可能位于稳定工作区(图2中等流量线Qm与不同性能曲线的交点可能在稳定工作区，也可能在喘振区)。如果通过选择合适的性能曲线，使对应给定小流量Qm 的工况点始终在稳定工作区，也可以避免发生喘振。

由于喘振线的理论计算和设计喘振线的检测很难做到非常准确，为了保证一定的安全系数，在理论喘振线的基础上，增加一定的喘振裕度，即在理论喘振线之前预先给出一条防喘振线，将工况点控制在防喘振线所限制的稳定工作区，一方面保证喘振控制有一定的安全系数，另一方面也可避免由于理论喘振线存在偏差或性能曲线变化、临界点偏移等因素使防喘振系统失效而导致轴流风机发生喘振的潜在危险。