通過闡述軸流風(fēng)機失速和喘振的機理，分析實際生產(chǎn)中軸流風(fēng)機失速和喘振的發(fā)生原因，并對600MW機組雙級軸流一次風(fēng)機運行中葉片漂移的原因進(jìn)行討論，提出在檢修工作中應(yīng)注意的問題及其解決措施。
風(fēng)機是火力發(fā)電廠中的關(guān)鍵輔機，軸流風(fēng)機因效率高和能耗低而被廣泛采用。
鍋爐采用正壓直吹式制粉系統(tǒng)，一臺鍋爐配備六臺HP983型中速磨煤機，五臺磨煤機運行可帶鍋爐MCR負(fù)荷，一臺備用。燃燒器四角布置，切向燃燒，每臺磨煤機有四根煤粉管連接至爐膛同一層煤粉噴嘴。
鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)配備兩臺上海鼓風(fēng)機廠生產(chǎn)的單級動葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機，型號為SAF-35.5-21.1-1；配有兩臺四平鼓風(fēng)機廠生產(chǎn)的單級動葉可調(diào)軸流式風(fēng)機作為送風(fēng)機，型號為FAF-27.5-12.5-1；配有兩臺四平鼓風(fēng)機廠生產(chǎn)的雙級動葉可調(diào)軸流風(fēng)機作為一次風(fēng)機，型號為PAF19-11.8-2。
有一天，4號機組一次風(fēng)機在運行過程中氣流發(fā)出突突異常響聲，檢查發(fā)現(xiàn)一次風(fēng)機二級葉片角度發(fā)生漂移，運行過程中動葉角度不一致，造成氣流紊亂發(fā)出異常響聲。本文針對一次風(fēng)機出現(xiàn)的問題進(jìn)行原因分析并提出相應(yīng)的解決措施。
失速、喘振的成因機理分析
1）風(fēng)機失速
軸流風(fēng)機動葉片前后的壓差，在其他情況都不變的情況下，其壓差的大小決定于動葉沖角的大小，在臨界沖角值以內(nèi)，上述壓差大致與葉片的沖角成比例，不同葉片的葉型有不同的臨界沖角數(shù)值。
翼型的沖角不超過臨界值，氣流沿葉片凸面平面平穩(wěn)的流過，但葉片的沖角超過壓降，氣流會離開葉片的凸面，發(fā)生過界層分離現(xiàn)象，產(chǎn)生大區(qū)域的渦流，此時風(fēng)機的全壓下降，這種情況稱為風(fēng)機的“失速”。
由于軸流風(fēng)機葉片存在一定的加工誤差，安裝動葉片時存在一定的角度誤差以及氣流的流向在葉輪入口不完全一致，所以當(dāng)氣流的沖角達(dá)到臨界值時，可能在某個或某些葉片上發(fā)生失速產(chǎn)生脫流。如圖1所示。
若在葉柵中的流道3首先發(fā)生失速，產(chǎn)生脫流。脫流形成的漩渦區(qū)阻塞流道，原先流入3的氣體只能分流至流道2和4，這分流來的氣流使流入流道2的氣流沖角減小，而使流入流道4的氣流沖角變大，使流道4發(fā)生脫流，導(dǎo)致流道4阻塞，如此反復(fù)，葉道中的脫流由3、4、5逐漸傳播。
軸流風(fēng)機的環(huán)形葉柵上，失速的數(shù)目少則1個，多則十多個。旋轉(zhuǎn)失速的頻率，亦即激振力的頻率等于或接近于葉片的固有振動頻率時，它將使葉片發(fā)生共振，共振時的交變應(yīng)力有可能到達(dá)使葉片折斷的程度。
2）風(fēng)機的喘振
根據(jù)軸流風(fēng)機的特性,通過試驗方法測得數(shù)據(jù)繪制的風(fēng)機性能曲線如圖2所示，圖中軸流風(fēng)機的性能曲線Q-H是呈駝峰形狀，對應(yīng)高的效率的Q-H曲線上工況點A是好的工作點，它是由風(fēng)機和管路共同決定的。
具有駝峰曲線的軸流風(fēng)機存在不穩(wěn)定的工作區(qū)，當(dāng)風(fēng)機運行到不穩(wěn)定工作區(qū)時，會出現(xiàn)風(fēng)機失速，進(jìn)而出現(xiàn)風(fēng)機喘振。如處理不好導(dǎo)致軸流風(fēng)機退出運行，嚴(yán)重出現(xiàn)風(fēng)機損壞的事故。
風(fēng)機若用節(jié)流調(diào)節(jié)方法減少風(fēng)機風(fēng)量，如風(fēng)機的工作點在B點右側(cè)，則風(fēng)機運行是穩(wěn)定的。當(dāng)風(fēng)機的流量Q<QB時，這時風(fēng)機所產(chǎn)生的大壓力將隨之下降，并小于管路中的壓力，因風(fēng)道的容量較大，這一瞬間風(fēng)道中的壓力仍為HB，因風(fēng)道中的壓力大于風(fēng)機所產(chǎn)生的壓頭使氣流開始反方向倒流，由風(fēng)道倒入風(fēng)機中，工作點由B迅速移至D點。
但是氣流倒流使風(fēng)道系統(tǒng)的風(fēng)量減小，因而風(fēng)道中的壓力迅速下降，工作點沿DC線迅速下降至流量Q=0時的C點，此時風(fēng)機流量為零，由于風(fēng)機在繼續(xù)運轉(zhuǎn)，所以當(dāng)風(fēng)道中的壓力降低相應(yīng)的C點時，風(fēng)機又開始輸出流量。
為了與風(fēng)道中的壓力相平衡，工況點又從C點跳至相應(yīng)的工況點F，只要外界所需的流量保持小于QB，上述過程又重復(fù)出現(xiàn)。如果風(fēng)機在工作狀態(tài)按FBDCF周而復(fù)始地進(jìn)行，這種循環(huán)的頻率如與風(fēng)機系統(tǒng)的振蕩頻率合拍時，就會引起共振，風(fēng)機發(fā)生喘振。
風(fēng)機在喘振工作區(qū)工作時，流量急劇波動，產(chǎn)生氣流的撞擊，使風(fēng)機發(fā)生強烈的振動，噪聲加大，而且風(fēng)壓不斷波動，風(fēng)機的容量與壓頭越大，則喘振時的危害性也越大。
風(fēng)機產(chǎn)生喘振應(yīng)該具備的條件：
風(fēng)機的工作點位于具有駝峰形Q－H性能曲線的不穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)；
風(fēng)道系統(tǒng)具有足夠大的容積，它與風(fēng)機組成一個彈性的空氣動力系統(tǒng)；
整個循環(huán)的頻率與系統(tǒng)氣流振蕩頻率合拍，產(chǎn)生共振。
風(fēng)機運行過程中失速、喘振發(fā)生的原因
由于風(fēng)機處于復(fù)雜的風(fēng)煙系統(tǒng)中，制粉系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)與之相連，鍋爐的許多操作都會對風(fēng)機造成影響。特別是在配備在中速磨的直吹式制粉系統(tǒng)中運行，出現(xiàn)喘振的幾率更大。風(fēng)煙系統(tǒng)的內(nèi)外因素都會誘發(fā)風(fēng)機的失速、喘振。
1）外部因素
（1）運行人員操作不當(dāng)。根據(jù)風(fēng)機特性曲線可以看出，當(dāng)風(fēng)機高壓力、低流量運行時，其管道阻力特性曲線變陡，風(fēng)機工作點上移，并逐漸進(jìn)入駝峰區(qū)域，此時風(fēng)機運行的不穩(wěn)定性增加，當(dāng)工作點到達(dá)B點左邊區(qū)域，風(fēng)機進(jìn)入不穩(wěn)定工作區(qū)，從而發(fā)生喘振。
（2）直吹式制粉系統(tǒng)中速磨切換或跳閘引起一次風(fēng)機喘振。為保證制粉的安全運行，防止?fàn)t膛滅火對制粉系統(tǒng)的影響，直吹式中速磨制粉系統(tǒng)出口門具有快關(guān)的功能，設(shè)置氣動執(zhí)行機構(gòu)，當(dāng)一臺或多臺磨煤機跳閘或鍋爐輔機觸發(fā)RB動作時，其出口門迅速關(guān)閉，磨煤機的通風(fēng)量90～120t/h迅速降至0；一次風(fēng)流量的急速變化引起風(fēng)道和風(fēng)機出口的壓力迅速上升，在自動狀態(tài)下單臺一次風(fēng)機進(jìn)入不穩(wěn)定工作區(qū)，從而誘發(fā)風(fēng)機喘振。
2） 內(nèi)部因素
（1）系統(tǒng)管道設(shè)計阻力過大。部分機組在設(shè)計中風(fēng)煙系統(tǒng)管路阻力較大，鍋爐密封不嚴(yán)，會導(dǎo)致風(fēng)機在高負(fù)荷區(qū)域運行時，風(fēng)煙管路阻力特性改變，風(fēng)機運行的工作點偏移，從而出現(xiàn)風(fēng)機喘振。
（2）風(fēng)煙系統(tǒng)管路在運行過程中阻力加大。如空氣預(yù)熱器蓄熱元件堵塞，空氣預(yù)熱器漏風(fēng)系數(shù)增加，造成一次風(fēng)機、送風(fēng)機、引風(fēng)機出力增加，風(fēng)機進(jìn)入不穩(wěn)定工作區(qū)，發(fā)生喘振。
（3）風(fēng)機入口阻力過大。風(fēng)機由于設(shè)計原因或異物堵塞入風(fēng)口，入口阻力急劇升高，流量降低，風(fēng)機進(jìn)入不穩(wěn)定工作區(qū)，容易發(fā)生喘振。
（4）風(fēng)機動葉角度不一致或風(fēng)機葉片線形發(fā)生改變。風(fēng)機動葉安裝角度不一致或風(fēng)機葉片線性不一致（如風(fēng)機葉片結(jié)垢），氣流流過葉片沖角發(fā)生改變，造成風(fēng)機失速。
一次風(fēng)機出現(xiàn)葉片漂移的主要原因分析
1）風(fēng)機失速
葉片較長的軸流風(fēng)機，旋轉(zhuǎn)脫流一般發(fā)生在葉片的頂部，葉片較短的軸流風(fēng)機，旋轉(zhuǎn)脫流很快擴展到整個葉片高度。旋轉(zhuǎn)失速會產(chǎn)生激振力，破壞風(fēng)機葉片角度的一致性，擴大風(fēng)機不穩(wěn)定工況區(qū)的范圍，加大風(fēng)機喘振的可能。
2）風(fēng)機葉片在運行過程的卡滯
軸流風(fēng)機動葉調(diào)節(jié)是通過傳動機構(gòu)帶動滑閥改變液壓缸兩側(cè)油壓55實現(xiàn)的。在軸流風(fēng)機的運行中，有時會出現(xiàn)部分動葉調(diào)節(jié)困難或完全不能調(diào)節(jié)的現(xiàn)象。檢修實際中主要有兩種情況，一種情況是在風(fēng)機動葉片和輪轂之間有一定的空隙以實現(xiàn)動葉角度的調(diào)節(jié)，但不完全燃燒造成碳垢或灰塵堵塞空隙造成動葉調(diào)節(jié)困難。
動葉卡澀的現(xiàn)象在燃油鍋爐、采用水膜除塵的鍋爐和電除塵效果較差的燃煤鍋爐的引風(fēng)機比較普遍。另外一種情況是風(fēng)機檢修停運時間較長，空氣潮濕的環(huán)境中葉柄軸座發(fā)生銹蝕，也會出現(xiàn)風(fēng)機運行過程中葉片調(diào)節(jié)困難，部分葉片因卡滯出現(xiàn)角度不一致，葉片角度漂移，多發(fā)生在送風(fēng)機、一次風(fēng)機。
3）葉片滑塊的磨損
軸流風(fēng)機葉片的安裝角是通過調(diào)節(jié)桿和滑塊進(jìn)行調(diào)節(jié)，并使其保持在一定的位置上。在風(fēng)機運行過程中部分滑塊會發(fā)生摩擦逐漸磨損，調(diào)節(jié)桿在調(diào)節(jié)盤內(nèi)有較大的活動空間，部分葉片在運行過程中角度也會發(fā)生改變。
葉片漂移的解決措施
1）減少風(fēng)機失速情況的出現(xiàn)。現(xiàn)場運行調(diào)節(jié)盡量維持較低風(fēng)壓運行，避開風(fēng)機不穩(wěn)定點工作區(qū)，避免出現(xiàn)誘發(fā)風(fēng)機喘振的客觀條件；對經(jīng)常發(fā)生失速的風(fēng)機應(yīng)考慮對系統(tǒng)進(jìn)行改造，如直角彎頭管路改為圓弧角，四平鼓風(fēng)機入口加裝導(dǎo)流板等措施。
2）風(fēng)機葉片檢修過程中清理葉片表面的積垢，保證葉片表面光滑。
3）更換風(fēng)機磨損的滑塊，保證同級葉片安裝角度一致，兩級葉片的角度按照說明書進(jìn)行調(diào)整；并列運行的兩臺風(fēng)機葉片角度調(diào)整一致。動葉執(zhí)行機構(gòu)的動作范圍與風(fēng)機動葉的可調(diào)范圍建立對應(yīng)關(guān)系，消除風(fēng)機失速的誘因。
4）風(fēng)機檢修中每次應(yīng)對風(fēng)機調(diào)節(jié)桿鎖緊螺母的緊固按照說明書進(jìn)行力矩檢查，防止螺母松動導(dǎo)致的葉片角度漂移；鎖緊螺母使用次數(shù)嚴(yán)格按照風(fēng)機說明書的要求進(jìn)行。
5）風(fēng)機檢修過程對葉片軸座部位進(jìn)行檢查、檢修，大小修期間更換葉柄軸座處的密封，對葉柄座處進(jìn)行防銹處理，保持靜止?fàn)顟B(tài)下葉片調(diào)節(jié)靈活。適時調(diào)整動葉開度，防止葉片長時間在一個開度造成結(jié)垢或銹蝕，風(fēng)機停運后動葉應(yīng)間斷地活動。
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四平市萬通鼓風(fēng)機制造有限公司(原萬通鼓風(fēng)機制造廠)簡稱“四平鼓風(fēng)機廠”，是風(fēng)機行業(yè)的骨干企業(yè)，專業(yè)生產(chǎn)各類通風(fēng)機和鼓風(fēng)機。四平鼓風(fēng)機廠是以高溫風(fēng)機和大型離心通風(fēng)機為主產(chǎn)品的風(fēng)機制造專業(yè)公司。四平鼓風(fēng)機廠主要產(chǎn)品有：工業(yè)爐用高溫風(fēng)機；水泥窯用高溫風(fēng)機；冶金行業(yè)用燒結(jié)風(fēng)機；大型除塵風(fēng)機；化工用防腐風(fēng)機；電廠用循環(huán)硫化床風(fēng)機；煤粉風(fēng)機；水泥廠用冷機風(fēng)機、斜槽風(fēng)機、氣固兩相流風(fēng)機；一般鍋爐用鼓引風(fēng)機及其他通用風(fēng)機和各種用途的高溫風(fēng)機等。
