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摘要：轴流式风机在火力发电厂中应用广泛，轴流式风机失速与风机本身特性有关，同时受到流体管路特性和运行调整因素的影响。为了防止在日常运行中发生轴流式风机失速的异常，本文在介绍轴流式风机失速产生机理的基础上根据运行经验提出自己的一些预防措施，仅供大家参考。
关键词：轴流式风机；失速；防备
轴流式风机得名于流体从轴向流入叶轮并沿轴向流出，流体不受离心力的作用，因而它所产生的压头远低于离心式风机，其性能特点是流量大，扬程(全压)低。轴流式式风机常见的调节方式包括静叶可调、动叶可调、变频调节等。动叶片可调的轴流式风机由于动叶片角度可随外界负荷变化而改变，因而变工况时调节性能好，可保持较宽的高效工作区且性价比最高，因此在大型火力发电厂中应用较多。
1. 轴流式风机失速产生的机理
轴流式风机的工作原理基于机翼理论，风机叶片通常是流线型的，流体与叶片之间的相对运行就是翼型绕流：流体由一个冲角α（相对运行方向与翼型前后缘曲率中心连线的夹角）进入叶轮时，在叶背上产生一个升力，而叶片同时给流体一个与升力大小相等方向相反的反作用力，称为推力，该力使流体排出叶轮呈螺旋形沿轴向向前运动。同时，风机进口处由于压差的作用气体不断地被吸入。轴流式风机叶片气流方向如下图所示：
风机正常运行时，气流冲角α很小，气流绕过机翼型叶片而保持流线状态。冲角越大，叶背的周界越大，则升力越大，风机的压差就越大，而风量越小。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，气体脱离叶背的线性在叶背尾端出现涡流区，发生所谓“失速”现象。冲角大于临界值越多，失速现象越严重，气流的流动阻力越大，风机压头也随之迅速降低。
由于风机各叶片存在加工误差、安装角不完全一致、气体流场不均匀等差别，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，就首先在该叶片上首先发生失速，这种现象持续下去，使失速所造成的阻塞区沿着与叶轮旋转相反的方向周期性推进，即产生所谓的“旋转失速”现象。旋转失速除了影响风机正常工作，使其性能下降之外，还由于叶片受到一种高频率、有一定变幅的交变应力作用，而使叶片产生疲劳损坏。当这一交变应力频率等于或接近叶片的固有频率时，叶片将产生共振甚至断裂。
2. 轴流式风机失速的特性
轴流式风机的失速特性是由风机的叶型等特性决定的，同时也受到风道阻力等系统因素的影响，目前国内大型火力发电厂常用一次风机、送风机、引风机多数都是动叶可调轴流式风机，动叶可调相比于静叶可调有经济、高效的优点，常见的动叶可调轴流式风机的特性曲线如下图所示：
上图中，X轴和Y轴对应风机的流量和压头。叶片角度弧线是风机特性曲线，阻力曲线是管路特性曲线,圆圈是效率性能曲线。风机特性曲线和管路特效曲线的交点就是风机运行的工况点。
当风机管道阻力大、动叶开度大时，风机的工况点就有可能落入到失速区。马鞍型曲线M为风机不同工况下的失速点连线，工况点落在马鞍型曲线的左上方均为不稳定工况区，这条线也称为失速线。当轴流式风机进入不稳定区运行时，在轴流式风机叶片附近会产生一个到数个失速区，继而发生旋转失速。根据特性曲线我们可以看出：
2.1 在同一动叶角度下，管路阻力越大，风机出口风压越高，风机运行点越接近于不稳定工况区；
2.2 在管路阻力特性不变的情况下，风机动叶开度越大，风机运行点越接近不稳定工况区。
3. 轴流式风机失速的现象
为了及时处理风机失速的异常，必须认识风机失速的现象和特点。而根据我个人的运行经验，当下列现象出现时，说明风机发生了失速：
3.1 风机失速时出力下降，表征是风机的压头、流量、电流大幅降低；
3.2 风机失速时噪声明显增大，风机附近有脉动气流，严重时机壳、风道、烟道发生共振；
3.3 并联运行的轴流式风机，在投入“自动”的情况下，与失速风机并联运行的另一台风机电流、动叶开度明显增大；
3.4 与风机的喘振现象不同，风机失速后，压头、流量、电流降低后不发生脉动。
以一起动叶可调轴流式一次风机并列过程中发生失速的现象为例，如图3：
机组负荷500MW，A一次风机检修后重新并列。从时间轴来分析：
19:37 在A一次风机启动后准备并列的过程中，由于母管风压较高（冷一次风母管压力10.7kPa，热一次母管压力10.3kPa），且通流截面较小，A一次风机的动叶开度在增加过程中即进入了低流量、高压头的失速区。
19:38 运行人员增加A一次风机动叶开度，减小B一次风机动叶，但此时A一次风机已经失速，A一次风机电流一直保持较低的水平，A一次风机实际并没有出力，所以一次风母管压力开始呈现快速下降的趋势，各磨煤机出现堵磨的迹象。
19:42 热一次风母管压力低至6.4kPa，冷一次风母管压力低至6.7kPa。运行人员通过开大备用C磨煤机的冷一次调门的方式（由0%开大到43%）来增加通流截面，此时一次风母管压力虽然瞬时有所降低，但使得A一次风机出口压头降低，风机脱离了失速区。
19:44风机脱离失速区后，两台风机的动叶仍保持较大的开度，运行人员控制不及时，出力瞬间增加,冷热一次风母管压力均出现了阶跃性的突增，热一次风母管压力高达11.3kPa，冷一次风母管压力达12.1kPa，造成了炉膛瞬时煤水比失调，过热度快速上涨。
19:45 经过调整，两台一次风机的动叶开度渐趋合理，风机出力相当，一次风母管压力得到控制，风机并列运行。
轴流式风机并列过程中，应避免使风机进入低流量、高压头的失速区。这时候的操作应该首先通过增加通流截面，适当降低母管风压，然后一方面增加待并列风机的动叶开度的同时，一方面减少运行风机的动叶开度，维持母管压力不发生突变，防止燃烧工况发生剧烈变化，锅炉燃烧不稳MFT，待两台风机出力一致时风机并列就成功了。
4. 轴流式风机失速的危害
风机的失速现象是风机的一种不稳定运行工况，对于风机的运行安全危害很大：
4.1 风机失速时，风量、风压大幅降低，引起炉膛燃烧剧烈变化等一系列反应，处理不当极易于发生锅炉MFT事故；
4.2 并联运行的另一台风机投入“自动”时，出力自动增大容易造成风机、电机过负荷；
4.3 失速风机振动明显增高，可能造成风机设备、风道的损坏；
4.4 失速风机处理过程不正确时，容易引发风机“喘振”，损坏设备。
5. 轴流式风机失速的原因分析
因为流量的大小与气流的行至速度是正比的关系，在日常运行中造成风机流量偏低的因素，也是造成风机失速的常见因素：
5.1 风机在一定的动叶角度下运行,如果由于某种原因,母管风压突升,风机流量下降,这样在动叶角度还未发生变化之前,压力迅速攀升,以致于超出失速线而进入失速区运行。对于并联运行的两台风机,如果其中一台动叶调节性能不好或调节手段不当,这台风机就有可能先失速；
5.2 风机正常运行中流量异常降低、风压突升都可能导致风机失速；
5.3 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,动叶调节未能跟上压力的突变,在压力波动及动叶自动调整过程中,造成并列运行的其中一台风机失速；
5.4 变负荷过程中由于调节失灵或误操作致使两台风机风量、风压严重不平衡而失速；
5.5 风机出入口风道堵塞,如空预器严重积灰,两侧空预器积灰或堵灰情况不一致,在风烟系统有轻微扰动的情况下,就可能造成阻力大的一侧风机失速；
5.6 运行磨煤机突然跳闸,磨煤机出入口关断挡板全关及冷热调节风门全关,造成一次风压突升而导致轴流式的一次风机失速；
5.7 在磨煤机加减负荷过程中,因磨煤机风量的改变,两侧风机存在流量偏差,在一次风机入口动叶调节过程中,使流量和电流出现过大的偏差,从而使其中一台动叶调节工况不好的风机失速；
5.8 配煤掺烧造成的煤种的多样性、燃烧不稳，炉膛负压波动较大，使风机风压测量值突变，风机动叶摆动产生失速；
5.9 某些厂配置的脱硝脉冲吹灰器在尾部烟道内，由于脉冲吹灰产生的瞬时冲击波使炉膛负压波动较大，风机动叶摆动产生失速。
6. 风机失速的预防措施
轴流式风机在运行避免工况点进入失速区是防止失速发生的最直接手段。
6.1 轴流式风机的启动前检查并确认风道各挡板全部打开，启动后及时调整风压至正常值，尤其是风机并列的时候要提前调整，避免风机在高压头、低流量的工况下运行而进入失速区；
6.2 风机失速后可以快速降低机组负荷，关小失速风机动叶开度，直至风机恢复正常运行。如关小失速风机仍不能恢复正常运行时，可将失速风机动叶关至零，从最小动叶开度开始并入，这时候要注意负荷的匹配；
6.3 风机失速时适当降低母管风压，能使风机较易并入。操作要平稳，保持机组运行稳定；
6.4 对于配备脉冲吹灰的锅炉，吹灰时加强对炉膛负压、风机电流的监视，发现负压波动较大时及 时的将风机动叶解“自动”进行手动调整；
6.5 严格执行空预器的定期吹灰，利用每次停机的机会对空预器进行检查，发现积灰或杂物堵塞都要及时清理。对于脱硝氨逃逸率较高的锅炉，由其要加强空预器堵塞的预想；
6.6 每次机组检修时应该对轴流式风机失速探测器和相关压力变送器、差压开关进行检查，确保测量可靠；
6.7 对于轴流式的一次风机，在锅炉点火启动初期应保证足够的通流量，保持至少有两台磨煤机一次风门开启，这也是防止风机运行进入失速区的手段。
7. 结束语
在火力发电厂实际运行中，锅炉尾部空预器受热面积灰严重或风门、挡板操作不当误关、风机并列过程操作不当，造成风道阻力增大，促使风机运行在不稳定工况区域是轴流式风机失速的主要原因之一。根据运行经验，轴流式风机风压、风量、电流大幅降低后未发生脉动，风机振动、动叶开度突增是判断送风机发生失速的重要依据。一旦发生送风机失速，应迅速关小失速风机的动叶，相应关小未失速风机的动叶，使并联运行的两台风机动叶开度、电流相接近，是使风机快速脱离失速工况的解决办法。
参考文献
[1]王俊辉.轴流式风机失速及对策.广东科技，2009，（04）
[2]郑福国.轴流式送风机失速原因分析及预防措施.电力设备，2006，（1）
[3]周军.动叶可调轴流一次风机失速分析及预防措施.发电设备，2008，（6）
论文作者:戚友同
论文发表刊物:《电力设备》2017年第7期
论文发表时间:2017/6/28
标签：风机论文; 工况论文; 叶片论文; 轴流式论文; 风压论文; 压头论文; 发生论文; 《电力设备》2017年第7期论文;