#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。

三、我公司引风机失速的原因
风机运行中由于气流速度与流量成正比，因此正常运行中导致风机流量异常降低的因素都可能导致风机失速，而运行中有可能导致风机流量下降的因素主要有以下几个方面：
1.两台风机并列运行时风机特性相差过大，致使两台风机风量严重不平衡；
2.风机出入口风道堵塞
3.风机出口挡板销子脱落或断裂等原因导致其突然关闭或部分关闭时；
4.对于带脱硫系统的机组来说，增压风机入口静叶操作导致引风机出口管路压力突然上
升时。

经查阅曲线，我们发现9月份几次引风机失速均与增压风机的操作有关，具体见下表：
通过上表可以看出每一次引风机失速均和脱硫增压风机在旁路挡板关时入口静叶关到30%左右导致引风机出口压力高，101077
四、我厂一次风机发生失速的情况介绍及处理方法：
我厂＃3机组分别于2006年10月19日及24日两次发生一次风机失速情况。

10月19日，＃3机组负荷150MW，一次风机3A、3B处于自动方式，值班人员发现两台一次风机动叶开度逐步开足，而一次风母管压力变化不大，同时一次风机3B振动上升，巡检人员至就地进行检查，发现一次风机3B就地有异声，同时一次风机外壳温度较高，判断
一次风机3B发生失速，手动关小一次风机3B及3A动叶，一次风机3B动叶关至60%后，一次风压明显上升，振动恢复正常数值，同时一次风机3B出口温度显示明显上升（最高至65︒C，说明一次风机3B彻底脱离失速区，机壳热量被带至风机出口）。

图5. 10月19日＃3机一次风机3B失速时的参数曲线
10月24日，＃3机600MW，给煤机3A跳闸，手动停运磨煤机3A后联关磨煤机出口关断阀，一次风流量下降100t/h后导致一次风机出口压力上升（从8.84 kPa上升至9.25kPa），一次风机3A电流从66A下降至61A，振动从52μm上升至86μm，出口温度从30︒C上升至35︒C并有上升趋势，就地检查一次风机3A有异声。

判断一次风机3A发生失速后，手动关小一次风机3A动叶开度，在动叶关小时过程中一次风机出口压力有逐步上升的现象，此时逐步关小正常运行的一次风机动叶开度，降低背压，以助于发生失速的一次风机尽快脱离失速区。

（降低正常运行的一次风机动叶开度时应注意各台磨煤机一次风量的变化，以防一次风量过低造成磨煤机跳闸）。

当一次风机3A动叶开度从63%关至49%时，一次风压快速上升，一次风机振动恢复正常，同时出口温度出现回落现象，一次风机就地外壳温度及振动也恢复正常，风机运行正常后逐步提高两台一次风机出力。

图5. 10月24日＃3机一次风机3A失速时的参数曲线
五、总结以上两次失速的情况，一次风机发生失速主要有以下现象：
1、发生失速时一次风压下降；
2、DCS上发生失速的一次风机出口温度上升；
3、发生失速的一次风机振动上升；
4、发生失速的一次风机电流下降；
5、就地检查一次风机有异声，外壳温度上升，振动加剧。

六、发生风机失速时的处理：
从以上分析中可以得出处理失速方法的本质是设法减小冲角，恢复叶片线形绕流。

实际运行中当风机发生失速时应采取以下紧急处理方法：
1、通过以上介绍的风机失速时的现象迅速判断哪一台发生失速；
2、快速降低机组负荷，降低运行磨煤机的煤量，减少一次风系统阻力，以防一次风量低造成
磨煤机跳闸；
3、缓慢降低发生失速风机的动叶角度，注意风机出口压力变化，当风机出口压力上升时，说
明该风机已开始逐步脱离脱流区域，此时可逐步关小另一台一次风机的动叶，并注意一次风母管压力以及各台磨煤机一次风量的变化；（由于风机发生失速时出力已大幅度下降，关小失速风机不会造成一次风机母管压力下降，相反，关小动叶后由于冲角下降，风机失速程度降低，风机出口压力会有所上升，当风机出口压力上升后关小另一台风机动叶开度会有利于失速风机快速脱离失速区）
4、注意发生失速的一次风机振动及出口风温、风压变化，并对一次风机进行就地检查，当一
次风机出口风温及风机振动恢复正常时，说明一次风机已脱离失速区，此时可逐步调平两台一次风机的出力。

七、防止一次风机发生失速的预防措施
1、目前一次风压自动暂不投入，以防在自动情况下风机动叶开度大后进入失速区域；
2、正常运行中，尽量保持两台送风机的出力相平衡，注意维持两台一次风机电流、开度及
出口压力尽量接近，建议不同工况下一次风机开度如下：
3、建议正常情况下保持一台停运的磨煤机一次风量有约30t/h的通流量，以加大总一次风
的流量，降低一次风系统的阻力，使一次风机的工作点远离失速区。

此外，采取这一措施一方面发生一次风压低时可快速关闭该磨通道，保持正常运行磨煤机的风量，另一方面也可减少暖磨时间，一旦发生一台磨煤机跳闸，可迅速启动该台备用磨煤机，满足调度的负荷需求；
4、机组运行过程中注意两台一次风机出口温度，当出口温度有上升现象后应及时到现场进
行检查，注意风机壳体温度及振动情况的变化，并注意检查风机是否有异声；
5、机组运行过程中，巡检人员加强对两台一次风机的检查，注意风机壳体温度及振动情况
的变化；
6、建议热工一次风压自动时一次风压应根据磨煤机运行台数改变定值（控制策略可参照＃2
机组），这样可保证各个不同工况下一次风机运行均具有较大的安全性。

八、目前有待于解决的问题：
1、要求沈阳鼓风机厂尽快解决一次风机及送风机零位偏差及两侧风机特性偏差问题，消除一
次风机动叶角度偏差的现象；
2、一次风机及送风机零位解决后应尽快正常投用喘振报警；
3、解除磨煤机停运自动关磨煤机出口关断阀的逻辑，防止磨煤机正常停运后出口关断阀关闭
后造成一次风压波动过大，使一次风机进入失速区；
4、增加三大风机外壳温度测点，并将信号送至DCS，以便于运行人员及时发现风机失速现
象；
5、尽快进行一次风机性能试验，确定实际风机特性和厂家所提供数据的偏差。

附：我厂一次风机特性曲线。