#1 机引风机失速分析

#1机引风机失速分析

我公司的1A引风机于2008年8月0点30分启动时发生明显异音，就地紧急停运，检修开票检查发现1A引风机入口静叶脱落一片，脱落的静叶撞击风机动叶片导致动叶片打弯变形。经联系厂家处理后1A引风机于2008年8月11日09点10分重新并入系统运行。在运行中发现容易发生风机失速现象。仅9月份就已发生4次，严重危险着机组的安全运行和引风机的安全安运行。为防止事故的发生，我们应该分析出引风机发生失速的原因；总结出风机失速时正确的处理方法；并针对风机易失速进行预防性的工作。

一、风机失速产生的机理

1.1失速的过程及现象

风机处于正常工况时，冲角很小（气流方向与叶片叶弦的夹角即为冲角），气流绕过机翼型叶片而保持流线状态，如图1（a）所示。当气流与叶片进口形成正冲角，即α>0，且此正冲角超过某一临界值时，叶片背面流动工况开始恶化，边界层受到破坏，在叶片背面尾端出现涡流区，即所谓“失速”现象，如图1（b）所示。冲角大于临界值越多，失速现象越严重，流体的流动阻力越大，使叶道阻塞，同时风机风压也随之迅速降低。

图1.失速时气流冲角的变化

风机的叶片在加工及安装过程中由于各种原因使叶片不可能有完全相同的形状和安装角，因此当运行工况变化而使流动方向发生偏离时，在各个叶片进口的冲角就不可能完全相同。如果某一叶片进口处的冲角达到临界值时，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首先由于失速出现气流阻塞现象，叶道受堵塞后，通过的流量减少，在该叶道前形成低速停滞区，于是气流分流进入两侧通道12和34，从而改变了原来的气流方向，使流入叶道12的气流冲角减小，而流入叶道34的冲角增大。可见，分流结果使叶道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内部却因冲角增大而促使发生失速，从而又形成堵塞，使相邻叶道发生失速。这种现象继续进行下去，使失速所造成的堵塞区沿着与叶

轮旋转相反的方向推进，即产生所谓的“旋转失速”现象。风机进入到不稳定工况区运行，叶轮内将产生一个到数个旋转失速区。叶片每经过一次失速区就会受到一次激振力的作用，从而可使叶片产生共振。此时，叶片的动应力增加，致使叶片断裂，造成重大设备损坏事故。

图2. 风机失速时各叶片工作状况的变化

1.2影响冲角大小的因素

由于风机一般是定转速运行的，即叶片周向速度u是一定值，这样影响叶片冲角大小的因素就是气流速度与叶片开度角。如上图所示，可以看出：当叶片开度角β一定时，如果气流速度c越小时，冲角α就越大，产生失速的可能性也就越大。

从图2还可以看出，当流速C一定时，如果叶片角度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。因此，当风机刚启动或低负荷运行时，风机失速的可能性大大减小甚至消失。同样，对于动叶可调风机，当风机发生失速时关小失速风机的动叶，可以减小气流的冲角，从而使风机逐步摆脱失速状态。

1.3风机失速和喘振的关系

轴流风机性能曲线的左半部具有一个马鞍形的区域，在此区段运行有时会出现风机的流量、压头和功率的大幅度脉动，风机及管道会产生强烈的振动，噪声显著增高等不正常工况，一般称为“喘振”，这一不稳定工况区称为喘振区（参见附图我厂一次风机的特性曲线）。实际上，喘振仅仅是不稳定工况区内可能遇到的现象，而在该区域内必然要出现的则是旋转脱流或称旋转失速现象。这两种工况是不同的，但是它们又有一定的关系。如图3所示：轴流风机Q－H性能曲线，若用节流调节方法减少风机的流量，如风机工作点在K点右侧，则风机工作是稳定的。当风机的流量Q < Q K时，这时风机所产生的最大压头将随之下降，并小于管路中的压力，因为风道系统容量较大，在这一瞬间风道中的压力仍为H K，因此风道中的压力大于风机所产生的压头使气流开始反方向倒流，由风道倒入风机中，工作点由K点迅速移至C点。但是气流倒流使风道系统中的风量减小，因而风道中压力迅速下降，工作点沿着CD线迅速下降至流量Q=0时的D点，此时

风机供给的风量为零。由于风机在继续运转，所以当风道中的压力降低倒相应的D点时，风机又开始输出流量，为了与风道中压力相平衡，工况点又从D跳至相应工况点F。只要外界所需的流量保持小于Q K，上述过程又重复出现。如果风机的工作状态按F－K－C－D－F周而复始地进行，这种循环的频率如与风机系统的振荡频率合拍时，就会引起共振，风机发生了喘振。

风机在喘振区工作时，流量急剧波动，产生气流的撞击，使风机发生强烈的振动，噪声增大，而且风压不断晃动，风机的容量与压头越大，则喘振的危害性越大。故风机产生喘振应具备下述条件：

1.风机的工作点落在具有驼峰形Q－H性能曲线的不稳定区域内；

2.风道系统具有足够大的容积，它与风机组成一个弹性的空气动力系统；

3.整个循环的频率与系统的气流振荡频率合拍时，产生共振。

旋转脱流与喘振的发生都是在Q－H性能曲线左侧的不稳定区域，所以它们是密切相关的，但是旋转脱流与喘振有着本质的区别。旋转脱流发生在图3所示的风机Q－H性能曲线峰值以左的整个不稳定区域；而喘振只发生在Q－H性能曲线向右上方倾斜部分。旋转脱流的发生只决定叶轮本身叶片结构性能、气流情况等因素，与风道系统的容量、形状等无关。旋转对风机的正常运转影响不如喘振这样严重。

风机在运行时发生喘振，情况就不相同。喘振时，风机的流量、全压和功率产生脉动或大幅度的脉动，同时伴有明显的噪声，有时甚至是高分贝的噪声。喘振时的振动有时是很剧烈的，损坏风机与管道系统。所以喘振发生时，风机无法运行。

图3. 风机喘振曲线

失速和喘振的主要区别如下：

1.失速是叶片结构特性造成的一种流体动力现象，它的一些基本特性，例如：失速区的旋

转速度、脱流的起始点、消失点等，都有它自己的规律，不受风机系统的容积和形状的

影响。

2.喘振是风机性能与管道装置耦合后振荡特性的一种表现形式，它的振幅、频率等基本特

性受风机管道系统容积的支配，其流量、压力功率的波动是由不稳定工况区造成的，

但是试验研究表明，喘振现象的出现总是与叶道内气流的脱流密切相关，而冲角的增大也与流量的减小有关。所以，在出现喘振的不稳定工况区内必定会出现旋转脱流。

二、我公司目前引风机存在的主要问题

1.引风机8月份检修后实际特性曲线可能不同于风机厂家所提供的特性曲线，易发生失速。

建议对我厂一次风机进行性能测试，了解我厂一次风机的真实特性。

2.两台引风机动叶角度存在一定偏差：同样的负荷下（电流相同）1B引风机静叶角度比

1A引风机大10%左右，导致两台风机并列运行特性不好，从而容易导致失速情况的发生。

3.对引风机动叶进行检查时发现引风机动叶间角度存在一定的偏差，这样会导致部分叶片

首先进入失速区，随后波及至相邻的叶片；

4.目前两台引风机均未进行失速开关定值试验，风机失速时无任何报警。

5.目前1B引风机出口压力未投用，不利于对判断风机失速。

6.引风机静叶易卡涩，静叶连杆销子易脱落。