维普资讯 http://www.cqvip.com 第３Ｏ卷第１期 黑龙江电力 ２００８年２月 静叶可调轴流引风机失速原因分析 柬继伟，黄朝阳，李景植 （黑龙江省电力科学研究院，黑龙江哈尔滨１５００３０） 摘要：阐述了静叶可调轴流引风机失速原因，以及旋转失速的特点及危害，结合风机的工作原理，找到了该厂 ’ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００２—１６６３（２００８）０１—０３ 引风机出现问题的根本原因，并提出了相应的解决措施。 关键词：失速；阻力；轴流引风机 中图分类号：ＴＫ２２３．２６ Ｒｅａｓｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｓｔａｌｌ ｆｏｒ ｖａｒｉａｂｌｅ ｓｔａｔｉｃ ｂｌａｄｅ ａｘｉａｌ——ｆｌｏｗ ｉｎｄｕｃｅｄ ｄｒａｆｔ ｆａｎ ＳＨＵ Ｊｉｗｅｉ，ＨＵＡＮＧ Ｚｈａｏｙａｎｇ，ＬＩ Ｊｉｎｇｚｈｉ （Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｈａｒｂｉｎ １５００３０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎｓ ｏｆ ｓｔａｌｌ ｆｏｒ ｖａｒｉａｂｌｅ ｓｔａｔｉｃ ｂｌａｄｅ ａｘｉａｌ—ｆｌｏｗ ｉｎｄｕｃｅｄ ｄｒａｆｔ．ｆａｎ，ｔｈｅ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｓｔａｌｌ ａｎｄ ｉｔｓ ｈａｒｍ．Ｓｏｍｅ ｍｅａｎｓ ｗｅｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｉｔ ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｕｌｔｉｍａｔｅ ｒｅａｓｏｎｓ ｗｅｒｅ ｆｏｕｎｄ ｏｕｔ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｈｅ ｆｔａｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｔａｌｌ；ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ；ａｘｉａｌ—ｆｌｏｗ ｉｎｄｕｃｅｄ ｄｒａｆｔ ｆａｎ 某火力发电厂锅炉引风机采用成都电力机械 能，并使其沿轴向运动的一种机械。轴流式风机 的叶片通常是机翼流线型的，在零冲角下，它们的 阻力主要为表面摩擦阻力，绕翼型的气流保持其 流线形状。随着冲角的增大，在叶片后缘附近产 生涡流，气流开始从上表面分离。图ｌ为叶片的 厂生产的静叶可调轴流式风机，由于引风机运行 异常，导致锅炉无法满出力运行。在锅炉配备的 ２台引风机中，始终有１台引风机在失速状态中 运行，而另外ｌ台经常保持满出力运行（引风机 可调静叶全开、引风机提升压头到额定出力）。 经现场测试分析，发现锅炉运行过程中的空气预 正常工况和失速工况示意图。当冲角很小时，气 流分离点Ａ接近后缘。随着冲角的增大，分离点 从Ａ向前移动，在升力增加的同时，尾部涡流变 热器阻力（电除尘的运行阻力也有类似的现象） 随运行时间的增加而增大，锅炉烟风系统阻力明 显偏离设计值。停炉以后，对锅炉尾部烟道及引 风机进行了检查，电除尘内部粘结大量灰尘（潮 湿），风门档板及风机未见异常。 宽，阻力增加。当冲角增加到某一临界值时，气流 在叶片背部的流动遭到破坏，升力减小，阻力急剧 增加，风压迅速降低，这个现象称为“失速”。冲 １ 轴流风机失速原因 轴流式风机是利用旋转叶轮将能量传给流 体，并输送流体或提高其压能的一种机械。但是， 流体在机械中的流动方式与离心式风机不同，离 心式风机中的流体是径向运动，依靠离心力来增 加其压能；轴流式风机中的流体是籍升力增加压 收稿日期：２００８—０１—１１ 气流方向 （ａ）正常工况 —．冲 （ｂ）冲角增大，尾部出现涡流 （ｃ）失速工况 图１ 叶片的正常工况和失速工况 作者简介：束继伟（１９７１一），男，１９９３年毕业于哈尔滨工业大学热能工程专业，高级工程师。 －－－——４５－－－—— 维普资讯 http://www.cqvip.com Ｖｏ１．３０，Ｎｏ．１ Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｆｅｂ．２００８ 角再增大，失速现象更为严重，甚至出现部分流道 阻塞的情况。 速的叶轮，开始出现旋转失速时的流量和旋转失 速消失时的流量是固定不变的，但两者之间不一 定重合。消失点的流量总是比开始点的大一些， 即所谓的“滞延性”。 由于生产厂家对轴流式风机各叶片加工时存 在误差，叶片的安装角度不一致，气流的流向不均 匀，因此，在风机进入不稳定工况区运行时，不是 所有叶片同时能达到失速角。图２为动叶中旋转 失速的形成示意图。假定叶道２由于失速而出现 气流堵塞现象，进入叶道２的气流只能分流进入 叶道ｌ和３。这两股分流来的气流又与原来进入 ｅ．旋转失速的存在对风机的运行不一定影响 较大。尽管失速区局部的气流是不稳定的，但流 经风机的总流量是基本稳定的，压力和功率也基 本稳定，这时风机还可以维持运行。 ｆ．如果没有灵敏的仪器探测，旋转失速不易 叶道ｌ和３的气流汇合，改变了原来的气流方向， 使流人叶道ｌ的气流冲角减小，流人叶道３的冲 角增大。这样就使叶道ｌ保持正常流动，叶道３ 由于冲角增大而发生失速和阻塞，叶道３的阻塞 又使其向叶道４和２分流，其结果又触发叶道４ 出现失速和阻塞；同时减小了进入叶道２的气流 冲角，使之恢复正常流动工况。叶道中的失速现 象从叶道２逐个向叶道３、４……传播。实验表 明，失速的传播速度∞ 小于叶轮角速度 。在绝 对运动中，可以观察到失速区以△ ＝ 一 的速 度旋转，方向与叶轮转向相同，这种现象称之为 “旋转失速”。 ，’ ＼ 姥 ｌ叶Ｃ轮０转向 ２旋转失速的特点及危害 旋转失速的基本特点： ８．旋转失速的绝对转向总是与叶轮转向相 同。 ｂ．旋转失速的绝对转速总是小于叶轮的转 速，两者保持比例关系。 ｃ．在风压性能曲线上，从最高风压点向小流 量侧转折向下，表明旋转失速的开始；从开始点到 流量等于零的整个区间，旋转失速始终存在。 ｄ．旋转失速的产生仅与叶片的结构有关，而 与外界管道、叶片的自然频率无关。对于一定转 ——４６—— 被察觉。只有全叶长型旋转失速时，才能听到明 显的节奏音响。 ｇ．旋转失速造成叶片附近的压力波动，进气 侧比出气侧压力波动大 风机进入不稳定工况区运行，叶片上就会产 生旋转失速，失速区的个数视风机的结构和工况 而异。叶片流道的阻塞造成叶片前后压力变化， 改变了叶片原先的受力关系。叶片依次经过脱流 失速区，受到交变力的作用，这种交变力会使叶片 产生疲劳。叶片本身存在固有的振动频率，叶片 每经过一次脱流区：就使其受到一次激振力的作 用。这种激振力的作用频率与旋转失速的转速成 正比，当脱流区的数目为２、３……时，则作用于每 个叶片的激振力频率也作２倍、３倍……的变化。 如果这一激振力的作用频率与叶片的固有频率成 整倍数关系，或接近、等于叶片的固有频率，就会 使叶片发生共振。此时叶片的动应力显著增加， 甚至可达几十倍以上，使叶片很快断裂。轴流式 风机是高速旋转的机械，只要一个叶片断裂，就会 将全部叶片打断。轴流式风机长期在不稳定工况 区运行，易使叶片疲劳断裂，造成严重破坏事故。 ３ 轴流式风机性能曲线分析 轴流式风机的性能曲线如图３所示。可以看 出轴流风机性能曲线具有以下特点： ０ Ｏ 图３轴流式风机性能曲线 ａ ｏ风压特性曲线Ｈ—Ｑ右侧相当陡峭，左侧 呈马鞍形，ｃ点的左侧称为不稳定工况区。 维普资讯 http://www.cqvip.com 第３Ｏ卷第１期 黑龙江电力 ２００８年２月 ｂ．当风量减小时，功率Ⅳ反而增大；在Ｐ＝０ 运数据表明，随着运行时间的增加，空气预热器的 时，Ⅳ达到最大值。 阻力也在增加。该厂没有装备具有良好吹灰效果 ｃ．最高效率点的位置相当接近不稳定工况区 的“空气预热器蒸汽吹灰器”，被粘结的灰尘无法 的起始点ｃ。 及时清除，加剧了空气预热器的堵塞，直接增加了 轴流式风机的性能特点与风机不同工况下叶 烟风系统的阻力（与电除尘器阻力增加原因类 轮内部的气流流动状况有着密切的关系。轴流式 似），导致引风机无法正常工作（系统阻力的改变 风机的具体工作点应该是系统阻力曲线（对于风 导致引风机的运行工况点偏离）。因此，该厂引 机性能曲线而言，该特性曲线是一条通过原点的 风机失速问题（导致机组无法满出力运行）是由 抛物线）与风机性能曲线的交点。当烟风系统阻 于烟风系统阻力增加、偏离设计值，使引风机工作 力改变时，系统阻力曲线也随之改变，即系统阻力 点偏离造成的。 增加，系统阻力特性曲线随之上移，接近风机的不 稳定工作区。 ５ 结论 ４ 烟风系统问题原因分析 综上所述，烟风系统阻力偏离设计值是导致 锅炉无法正常满出力运行的根本原因。彻底解决 设计院（锅炉厂）提供的资料表明：空气预热 或降低烟风系统（空气预热器及电除尘）阻力，是 器的阻力在ＢＭＣＲ工况为１．２ ｋＰａ，电除尘器的 引风机正常运行的有力保证。由于燃料中收到基 设计阻力小于０．３ ｋＰａ。在实际运行过程中，空气 硫分较高，使空气预热器冷端金属表面形成酸露 预热器阻力和电除尘器设计阻力远远超出设计 的几率增加，建议在适当的时候对空气预热器进 值。 行碱冲洗，同时增加“空气预热器蒸汽式吹灰 煤质设计资料表明，锅炉收到基硫分为１．０１％， 器”，改善吹灰效果。此外，该发电厂应定期测试 由此计算得到空气预热器出口烟气酸露点温度较 空气预热器的漏风，漏风超标时，应及时予以调 高，空气预热器的冷端金属平均温度（按照实际 整。 运行参数）约为８８℃。烟气中的ＳＯ 将会很快 被氧化成ｓＯ，，ｓＯ，与烟气中的水分结合将生成 参考文献： Ｈ ｓＯ ，Ｈ ｓＯ 的特点是具有很轻的吸潮性。因 ［１］吴民强、泵与风机节能技术［Ｍ］．北京：中国电力出版社， 此，在这种运行环境下很容易形成酸露，对空气预 １９９４． 热器的冷端金属进行腐蚀，同时酸露也会粘结烟 （编辑侯世春） 气中的灰尘，造成空气预热器传热元件堵塞。试 （上接第４４页） 右。根据表３可看出对煤耗的影响。１号机２００７ 价昂贵，投资回报的周期较长，因此节能降耗工作 年１月与２００６年１月相比，耗电率下降了０．２７２％， 还需采取多种方式和途径。针对目前基建的机组 可降低煤耗０．９０６ （ｋＷ・ｈ）；凝汽器压力下降 建议考虑直接上相应的节能系统，在设备整体投 ０．１５ ｋＰａ，可降低煤耗０．４６６ ５ （ｋＷ・ｈ）。如按 入和设备安装上较便利，早投入、早回报。 １１月至下一年１月计，平均降低１．５ （ｋＷ・ｈ） 发电量按１２．２６亿ｋＷ・ｈ计算，可节约标准煤 参考文献： １ ８３９ ｔ标准煤，节能效果明显。 ［１］孙宝成，金哲．现代节电技术与节电工程［Ｍ］．北京：中国水利 水电出版社，２００５． ５ 结束语 ［２］程金．火电厂循环水泵变频驱动控制系统［Ｊ］．变频器世界， ２００３（６）． 从变频改造近一年的运行来看，在北方电厂， ［３］王利国，吴小洪．一种实现火电厂循环水泵变频调速的方法 变频改造的效果在冬季、早春和晚秋以及启停机 ［Ｊ］．变频器世界，２００５（８）． 时节电效果非常明显，值得大力推广。 变频改造是降低厂用电率、辅机耗电率的一 （编辑李世杰） 种方式，而且节电效果明显，但是目前变频设备造 －———４７－———
