轴流式风机原理和运行

轴流式风机原理及运行
一．轴流式风机的结构特点
轴流送风机为单级风机，转子由叶轮和叶片组成，带有一个整体的转动轴承箱和一个液压叶片调剂装置。

主轴承和转动轴承同置于一球铁箱体内，此箱体同心地安装在风机下半机壳中并用螺栓固定。

在主轴的两头各装一只支承轴承，为经受轴向力。

主轴承箱的油位由一油位指示器在风机壳体外示出。

轴承的润滑和冷却借助于外置的供油装置，周围的空气通过机壳和轴承箱之间的间隙的自然通风，以增加了它的冷却。

叶轮为焊接结构，因为叶轮重量较轻，惯性矩也小。

叶片和叶柄等组装件的离心力通过推力轴承传递至较小的承载环上，叶轮组装件在出厂前进行叶轮整套静、动平稳的校验。

风机运行时，通过叶片液压调剂装置，可调剂叶片的安装角并维持这一角度。

叶片装在叶柄的外端，叶片的安装角能够通过装在叶柄内的调剂杆和滑块进行调剂，并使其维持在必然位置上。

调剂杆和滑块由调剂盘推动，而调剂盘由推盘和调剂环所组成，并和叶片液压调剂装置的液压缸相连接。

风机转子通过风机侧的半联轴器、电动机侧的半联轴器和中间轴与电机连接。

风机液压润滑供油装置由组合式的润滑供油装置和液压供油装置组成。

此系统有2台油泵，并联安装在油箱上，当主油泵发生故障时，备用油泵即通过压力开关自动启动，2个油泵的电动机通过压力开关联锁。

在不进行叶片调剂时，油流经恒压调剂阀而至溢流阀，借助该阀成立润滑压力，多余的润滑油经溢流阀回油箱。

风机的机壳是钢板焊接结构，风机机壳具有水平中分面，上半能够拆卸，便于叶轮的装拆和维修。

叶轮装在主轴的轴端上，主轴承箱用螺钉同风机机壳下半相连接，并通过法兰的内孔保证对中，此法兰为一加厚的刚性环，它将力(由叶轮产生的径向力和轴向力)通过风机底脚靠得住地传递至基础，在机壳出口部份为整流导叶环，固定式的整流导叶焊接在它的通道内。

整流导叶环和机壳以垂直法兰用螺钉连接。

进气箱为钢板焊接结构，它装置在风机机壳的进气侧。

在进气箱中的中间轴放置于中间轴罩内。

电动机一侧的半联轴器用联轴器罩壳防护。

带整流体的扩压器为钢板焊接结构，它布置在风机机壳的排气侧。

为避免风机机壳的振动和噪声传递至进气箱和扩压器以至管道，因此进气箱和扩压器通过挠性连接(围带)同风机机壳相连接。

为了避免过热，在风机壳体内部围绕主轴承的周围，借助风机壳体下半部的空心支承使其同周围空气相通，形成风机的冷却通风。

主轴承箱的所有转动轴承均装有轴承温度计，温度计的接线由空心导叶内腔引出。

为了幸免风机在喘振状态下工作，风机装有喘振报警装置。

在运行工况超过喘振极限时，通过一个预先装在机壳上位于动叶片之前的皮托管和差压开关，利用声或光向操纵台发出报警信号，要求运行人员及时处置，使风机返回到正常工况运行。

轴流风机如以下图所示
1．叶轮
叶轮是轴流送风机的要紧部件之一，气体通过叶轮的旋转才能取得能量，然后离开叶轮作螺旋线的轴向运动。

叶轮由动叶片、轮毂、叶柄、轴承及平稳重锤等组成。

将许多相同翼型的叶片，排列成彼其间距离相等的一组叶片，称为叶栅。

轴流送风机轮毂上装有叶片，组成环列叶栅。

轴流风机叶片通流部份高度，轴流式引风机的叶片通流部份高度要比送风机大些，如此能够保证引风机通过较送风量大些的烟气量。

轴流送风机的动叶是扭曲的，整个叶片沿着径向扭曲必然的角度，而且沿着叶片的翼展方向，其叶片宽度及叶片厚度是慢慢减小的。

咱们在前面已经表达了，为了使风机叶片的不同半径的各个断面所产生的能头相同，即各断面上的速度环量相等。

因此靠近轮毂处叶片半径小、栅距也小，圆周速度亦减小。

为了使速度环量与叶片顶部相同，那么必将要增大叶片根部的安装角和叶弦长度，因此叶片制成空间扭曲形状。

固然沿着翼展方向的叶片宽度及厚度的减少，如此也能够减少叶片所产生的离心力，不使叶柄和推力轴经受力过大，同时又保证了叶片的足够强度。

轴流风机叶片做成扭曲形，它的效率也较高，损失较小。

因为叶轮转动时，叶顶处的速度大于叶根的圆周速度，圆周速度大产生的风压大，圆周速度小产生的风压小，如此在叶片的流道中沿着叶片的径向气流的能量不相等，于是产生了从叶顶向叶根部份的流动，形成轴向旋涡造成能量损失。

而将叶片做成扭曲形状，叶根处的叶片安装角大一些，那么产生风压
可增大些；反之，叶顶处叶片的安装角小一些，风压可降低些。

叶根处叶片安装角大一些，但圆周速度小；叶顶处叶片安装角小一些，但圆周速度大，这两个因素彼此制约，使叶顶与叶根处产生的风压几乎相等，幸免了轴向旋涡。

轴流风机的动叶片表面要求滑腻，这能够降低气流的摩擦损失与气流离开翼型表面流动所产生的分离损失。

叶片的根部用螺栓与叶柄连接起来，叶片和叶柄放入轮毂的圆孔中，然后装上平稳重块、支承轴承、导向轴承、平安环、保险片与调剂杆。

轴流风机动叶片的支承轴承是经受动叶片、叶柄所产生的离心力。

而动叶片上的导向轴承，因为动叶片及叶柄较长，导向轴承是保证它们中心不偏斜，导向轴承还能经受必然的离心力。

为了使动叶片在调剂时能转动灵活，导向轴承和支．承轴承均采纳摩擦力小的滚珠轴承。

每只动叶片的叶柄部位装有一平稳重块，平稳重块的中心线与动叶片的翼型平面近乎垂直，它的作用能平稳动叶片所产生的较大关闭力矩，使动叶片在旋转时亦能动作轻快。

在保证密封及润滑，在导向轴承、支承轴承内注有润滑剂，在叶柄穿过轮毂处的间隙内亦充有润滑脂。

动叶片与外壳的径向间隙要求小于3mm，那个间隙不能太大，不然会造成较大的漏风损失，降低风机的效率。

为了保证整个叶轮的动平稳，在改换叶片时，相同重量的叶片可放在对称位置，并进行动平稳校验。

动叶外壳为钢板焊接的机壳，机壳上设有检视孔，能够检查并能拆、装动叶片。

风机外壳的上半部是能够拆卸的，便于快速装卸叶轮。

2．导叶
从动叶片流出的气流为螺旋状沿轴向流动，那个气流运动能够分解为沿轴向的运动和圆周方向的运动。

沿轴向的运动是咱们所要求的，但圆周方向的运动是一个能量损失。

为了减少能量损失，回收圆周方向运动的能量，因此在动叶片出口端装置导叶——后置导叶。

大容量轴流风机较多采纳叶轮(动叶)加后置导叶的结构。

导叶是静止不动的，装置在动叶片的后面。

气流在叶轮的入口是沿轴向的(如不考虑先期旋绕)，通过叶轮动叶的旋转运动，气体取得了能量，尔后再进人导叶。

导叶的入口角与气体从叶片流出时的方向一致，导叶的出口角与轴向一致，因此气流从导叶流出时也是轴向的。

如此气流的圆周运动分量在导叶中完全转换成轴向运动。

动叶片是扭曲的，而且动叶片的高度也大，因此气流从动叶片流出时，沿着叶片高度方向气流的流出角也是转变的。

为了减少导叶人口处的气流撞击、旋涡损失，提高风机效率，因此轴流风机的出口导叶沿着叶片高度方向也是扭曲的，其安装角沿着叶片高度慢慢减小。

气流通过导叶流人扩压器，扩压器是一个截面慢慢扩大的圆锥体，为了避免气体在扩压器中流过时在扩压器壁周围产生旋涡；造成局部能量损失，因此一样气流通过导叶后的流动可不能绝对沿着轴向，而略带有旋绕运动，由于旋绕运动会产生必然的离心力，气流充满扩压器，减少旋涡的产生，限制旋涡及脱流区的扩大，改善了扩压器的工作，提高流动的效率。

导叶的静叶片数量不能与动叶片数相一致，如此能幸免气流通过时产生共振现象。

轴流风机当工况变更时，动叶角度发生转变，气流从叶片出来进入导叶的入口角也发生转变。

可是导叶是固定在导叶外环和内环间，安装角度不能有相应的转变。

因此，在工况变更时，气流在导叶的入口处产生撞击和旋涡能量损失是不可幸免的，动叶调剂角度范围越大，撞击、旋涡的能量损失亦越大。

3．扩压器(扩散管)
经由导叶流出的气体具有必然的风压及较大的动能。

依照流体力学知识可知，气流的动能越大，那么气流流动时所产生阻力损失也越大，阻力损失与气流的速度平方成正比。

为了提高风机的流动效率，适应锅炉工作的要求，应将气流的动能部份转换为压力能。

因此轴流
风机在导叶出口处都设置了扩压器，扩压器是一个截面沿气流方向不断扩大的容器，因此气流的速度不断下降，压力不断上升。

扩压器由外锥筒、圆柱形内筒组成，全数为焊接结构。

轴流送风机的扩压器型式为外扩压(若是扩压器的外筒为圆柱形，内筒是沿着气流方向直径慢慢缩小的圆锥简体，那么称为内扩压)。

轴流风机扩压器的内、外筒体均有检视门，若是要进行动叶机构及内部检修，能够从外锥筒体及内筒体的检视门而进入筒体。

为了避免风机机壳振动和物体声音传递至扩压器以至风道，因此导叶与扩压器的外壳连接处为挠性联接(围带)，而扩压器与风道联接处设置一节膨胀节作热胀冷缩的补偿。

轴流送风机的动叶、导叶及扩压器的外壳均装设隔音层，减少噪声。

4. 进气室
气体的能量是在叶轮中取得的，气体在叶轮中的运动情形对风机工作阻碍较大。

风机进气室的气体运动状况，关于气流正确进入叶轮有专门大阻碍，因此进气室形状的好坏对风机效率有较大的阻碍。

进气室的大小、形状应该考虑气流在损失最小的情形下，平稳地同时充满整个流道而进入叶轮，如此气流在叶轮入口的速度与压力散布才能均匀。

轴流送风机进气室的进风口为长方形，而一样进风口面积约为叶轮入口面积的一倍左右，其目的使气流在进气箱及收敛器内有一个加速，有利达到叶轮入口处速度及压力散布均匀的目的。

气流由进风口沿着径向入内，在收敛器前的局部区域产生漩涡，引发能量损失。

由于进气室的双侧钢板为圆弧形，近电动机侧的钢板亦为弧形，这种形状有利于减少旋涡，既可达到减少能量损失，又可使气流流动平顺。

气体通过收敛器取得一个合理的加速，并使气流转向。

收敛器的形状应为流线型，以使气流平顺通过。

轴流送风机进气室在有气体流动的空间是没有加—强筋等支撑件，只有在进气室与大气接触侧的钢板上
焊接了许多有规那么形状的增强筋以提高进气室外壳钢板的刚度。

如此的结构对气流流动极为有利。

因为在气流流动的空间里如装设圆管形(一样采纳的形状)的支撑件，那么其一增加了气流流动的阻力，造成能量损失；其二气流流过支撑件时会产隼许多旋涡，而这些旋涡又以必然频率释放，若是条件适合，风机遇产生振动和噪声，乃至会损坏风机设备。

为避免风机机壳的振动物体声传递至进气室，那么进气室和风机机壳通过挠性连接(围带)。

进气室和消声器、进风道的连接处设置膨胀节，作为热胀冷缩之补偿。

轴流送风机进气室入口装设消声器，消声器是卧式水平放置在送风机进气室的入口处风道上。

消声器内有许多按必然距离排列栅格的吸声片，气流通过吸声片后，它能吸收气流噪声的能量，从而使噪声降低。

为了取得好的消声成效，必然要完全地使复板中的孔畅通，而且如此还可降低消声器的阻力。

5．轴与轴承
轴流送风机的叶轮装在主轴上，风机的轴通过中间轴与电动机轴连接。

轴与轴之间的联轴器为一种平稳联轴器，能够平稳运行时所引发的轴挠度和轴向变形等所带来的误差。

此弹性联轴器的连接是紧固的，正确公差的弹簧片是由特种高级弹簧钢制成，弹簧片是成对配置，可使连接部件在三个方向自由移动。

这种联轴器不用润滑，风机运行温度在150℃以下可不能发生故障。

轴流送风机转轴的支承形式为悬臂式，在叶轮的进气侧装有径向轴承，风机轴与电动机轴间的中间轴上无径向轴承。

在电动机的两个轴端各有一道径向轴承。

这种悬臂式的结构，省去了动叶出气侧的轴承，有利于风机结构布置。

但悬臂式结构的轴经受力状况不佳，因此应采纳双轴承的结构。

在叶轮进气侧的主轴上装有支承轴承，它们同置于一个箱体内，此箱体同心地安装在风机下半机壳中，并用螺栓固定。

在轴承箱的两头各装有两列支承轴承，支承轴承的形式为转动轴承。

转动轴承具有启动摩擦阻力小、轴向尺寸小、轴承摩擦系数小，保护简便等优势。

但转动轴承承载能力不够大，经受冲击、振动载荷能力低于滑动轴承。

而滑动轴承径向尺寸小，能经受冲击振动载荷，适用于高速、高载荷的需要。

轴流风机在运转中，由于叶片对气流作功使气流的能量提高，因此在动叶片的入口侧和出口侧存在着一个压力差，此压力差指向为逆气流方向。

由于压力差作用在叶片上，使叶轮产生了轴向推力，使转子向进气侧窜动。

要经受叶轮上的轴向推力，在靠联轴器端的轴承箱上布置一个能够经受二个方向上的轴向推力的止推轴承。

径向轴承与止推轴承全由润滑油润滑与冷却。

润滑油与压力油由齿轮油泵供给，齿轮油泵有2台，其中一台备用。

当油管压力降低，那么备用油泵通过压力开关能自动启动投入运行。

油泵供给的压力油，一路送至伺服阀(液压缸、动叶调剂机构)，另一路送至风机的主轴承进行润滑。

在不进行动叶调剂时，油经恒压调剂阀送至轴承。

在动叶调剂时，由于恒压阀的作用，油自动流向液压缸，保证动叶能顺利地进行调剂。

调剂油泵出口的平安阀的设定油压，可限制油泵的最高压力；调剂恒压阀，可限制液压缸最高进油压力；调剂全轴承前油管上平安阀，可限制进主轴承的润滑油的压力。

二.轴流风机的运行
(一)、风机特性曲线与工作点
风机特性曲线确实是风压、效率和功率与流量之间的关系曲线，如下图。

图中p-Q曲线为风压一流量特性，它说明风机的风量在有效范围内减小时全风压升高，风量增大时全风压降低。

在运行中只要测出全风压后就可从曲线上查出(单风机运行)或计算出(并联运行)流量的多少。

风机的轴功率P与风压p和流量Q的乘积成正比，与效率η成反比。

离心式风机随着Q的增大p降低，但p与Q的乘积是增大的，因此P随着Q的增大而增加。

轴流风机的特性曲线较陡，风量增加时风压下降专门快，故P随着Q的增大是减小的。

当风量增加时，风机效率η开始上升，过了最高点后随着风量的增加而下降。

只有当系统在风机的设计工况下运行时，才能有最高效率，运行中偏离设计工况时，都会使风机效率降低。

必需指出，上述各曲线的定量关系是风机转速或动叶角度的函数。

当风机转速或动叶角度变更到另一个值时那么各特性曲线均随着转变，但定性的关系不变，如下图。

风机特性曲线关于选择风机、了解风机性能及风机经济运行，起着很重要的作用。

将管路通流量Q与压头损失△p之间的关系称为管路特性，其一样方程为
△p=K0+K1Q+K2Q2
式中K0、K1、K2——常数。

如图中阻力曲线所示，当Q增加时，压头损失△p近似按平方关系增加。

在运行中，管路特性可能由调剂风量挡板而改变(如燃烧器各层小风门)，或因为风、烟道积灰、沾污使阻力增大而改变。

当进、出口风量挡板误动作时，也相当于使管路特性曲线上移。

单台风机运行时，由于管路流量与风机流量相等、管路压降与风机的全压相等，因此，其工作点只能是风机的p-Q特性曲线与管路特性曲线的交点(见图中B点)。

两台风机并联运行时，由于管路流量为两台风机的流量之和，因此工作点与管路特性曲线并非相交，但维持流阻相等(见图中A点)。

风机的各个性能参数由工作点确信。

(二)、风机的运行调剂
在运行中，风机的工作状况不可幸免地要依照锅炉负荷而常常变更。

为此，应付风机的工作状况进行调剂，也即改变风机工作点的位置，使风机输出的工作流量与实际需要的数值相平稳。

调剂的大体方式有以下几种。

1．节流调剂
节流调剂确实是在通风管路上装置节流挡板，依如实际需要来改变节流挡板的开度，以达到调剂风机风量的目的。

节流挡板能够装在风机的出口管路上或入口管路上。

节流挡板动作时，管路的阻力特性将随之改变，而风机的特性曲线不改变。

因此风机的工作点也就相应改变。

假设需减小流量，可关小风机入口挡板，这种调剂方式简单靠得住，但由于关小挡板增加了局部阻力，因此不经济。

2．变速调剂
变速调剂是通过改变风机的转速，使风机的特性曲线转变的，用以改变风机的工作点，达到调剂风量的目的。

3．入口导叶调剂
离心式风机常采纳入口导叶调剂方式。

这种调剂方式是在风机入口的前面装置人口导叶(导流器)，它的角度可操纵进入风机前的气流所产生的预旋的强弱。

导叶开得越大，那么入口气流的切向速度越大，部份静压变成速度能，风机性能曲线越陡直。

这种调剂的经济性，在低负荷时，比变速调剂稍差，在高负荷时，比变速调剂高，但都优于节流调剂。

入口导叶的安装方向必需与风机的旋转方向一致。

不然，气流在通过导叶后要转一个急弯进入叶轮，
损失专门大，使风机出力大大下降。

运行中假设发觉风机带不上负荷，或导叶开大时电流指示值反而减小等不正常现象，那么往往是导叶装反的结果。

4．可动叶片调剂
轴流风机的流量调剂普遍采纳可动叶片调剂方式。

它是通过运行中改变更叶的安装角，变更风机的性能曲线而达到调剂风量的目的的。

当动叶的安装角增大时，特性曲线位置向右上角移动，工作点转变，结果是流量、风压和功率都增大。

因此轴流风机启动时，均采纳减小或关闭动叶安装角的方式来降低启动功率。

(三)、风机工作的稳固性
风机工作的稳固性是指当风机的工作条件波动时，风机的流量、压力能在原工作点周围稳固下来，而一旦工况波动排除，又恢恢复工作点的性能。

反之，假设工况扰动后，风机的流量、压力急剧转变，即便扰动排除也不能稳固下来的情形，称为不稳固工作或进入不稳固区。

如图(a)所示，风机具有单调下降的性能曲线，工作点为A点。

假设电网频率扰动使风机转速减小(风机特性变成曲线2)，开始管路空气压力因其容量大，压力来不及转变，在某一时期内维持不变，因此管路输出的流量仍为Q，，但风机流量确已减少到口。

，这将引发管路压力降低，随之会增加风机流量，管网中压力下降以后，风机的压力、流量将沿BC转变，管路中的压力、流量将沿AC转变，在C点达到新的平稳状态。

当转速增加到原先的转速时，按一样的分析，工作点又恢复到A点。

若是是管路的阻力特性扰动，见图4-50(b)，如挡板扰动使特性曲线由1变成2，那么在压力F‘下，管路的输出流量当即减至Q。

，现在风机的输出流量仍为口+，因为口a<Q+，故管路的压力升高。

随之，管路的压力、流量将沿BC转变，风机的压力、流量将沿AC转变，在C点达到新的平稳。

以上说明，只要风机工作点是落在一个单向下降的风机特性曲线上，其工作确实是稳固的。

一样，风机的特性曲线都是有转折的。

例如轴流风机的压力性能曲线见图。

左侧呈马鞍型，右边呈下坡型，其分界点为K点。

K点左侧为不稳固区，K，点右边为稳固区。

轴流风机的最高效率点位置与不稳固工作区K点相当接近。

假设风机苹作点移动到K点左侧的不稳固区内，就会发生失速、喘振、抢风等现象，使风机工作恶化。

(四)、风机的并联运行
为提高锅炉运行的灵活性和靠得住性，大型锅炉的送、引风机和一次风机等均采纳两台并联运行方式。

风机并联后的性能曲线如下图。

图中曲线1为单台风机的性能曲线，曲线2为并联后总的性能曲线，曲线2表示的是两台风机的总流量与管路压降的关
风机并联运行时的流量特性
系，它是由单台的性能曲线在压力相等的情形下，各流量叠加而取得的。

曲线3为管路特性曲线。

利用这些曲线，参考图中虚线，能够取得整个管路系统的运行工况和各台风机输出的流量。

风机并联运行时的特点是压头相等，总流量等于各风机流量之和。

若是在图中标出一台风机在管路中单独运行时的工作点(C点)，和并联运行时的工作点(B点)，进行比较，可明白并联运行的一个重要流量特性，即在风机不调剂的情形下，两台风机并联后的总流量小于一台风机单独工作时流量的两倍，而大于一台风机工作的流量。

并联时的管路压降也比一台风机单独工作时要高。

其缘故是管道的摩擦损失随流量的增加而增大，需要每台风机都提高它的压头来克服，故风机流量就相应减少了。

风机在并联运行时，尤其是锅炉的送、引风机在并联运行时，为了保证两台风机都能平平稳固运行，维持两台风机的压头和流量的相等是很重要的。

当两台风机在流量不相等的情形下运行，流量小的风机可能会因为系统压头相对较高，而显现“喘振”现象，这种现象在轴流风机中尤其严峻。

因此运行人员在运行中应始终维持两台风机的流量相等。

并联运行中的风机有一台停运时，需将它的进、出口风门挡板关闭，与系统隔间。

不然，可能会发生部份气流通过停用风机而循环的现象，使运行风机的有效出力降低，影。

向锅炉的负荷，并使风机电耗增大。

当一台风机已运行，而再启动另一台风机时，要注意避免两台风机因压头的不平稳而产生“抢风”的现象。

通常采纳第一台已投运的风机投入自动，第二台风机启动后手动慢慢开大动叶角度或人口导叶，现在第一台风机依照自动偏置，自动关小动叶角度或人口导叶；直至两台风机负荷相等。

当流量减至一台风性能知足要求时，一样应采取一台风机单独运行，因为如此可节约一台风机的空载耗功，运行经济性较好。

如下图，在较低负荷下，两台风机并联运行时的效率老是低于单台风机运行。

离心风机与轴流风机相较，由于低负荷下效率降低更多，故及时切换的成效要更大些。

单台风机的带负荷能力与管路特性和风机特性都有关。

管路的特性曲线越峻峭，或风机的特性曲线越平坦，风机单独工作时的流量就越大于并联时总流量的一半。

固然，低负荷下的风机运行方式，还要考虑机组的靠得住性和其他要求。

(五)、风机运行的几个问题
1.风机的启动和避免启动过载
离心式风机必需在关闭调剂挡板后进行启动，以避免启动过载。

待达到额定转速、电流回到空载值后，慢慢开大调剂挡板，直到知足规定的负荷为止。

动叶可调式轴流风机应在关。