电站轴流式风机的失速喘振与防治

发电厂轴流风机失速喘振及预防。刘家峪，安热工学院，2008.1 7轴流风机的失速和喘振现象。当轴流风机的调节叶片(动叶调节风机为动叶，静叶调节风机为进口调节叶片)的角度固定在某一位置时，在正常工作区域，风机的压力随着风机流量的减少而增加。当流量降低到一定值时，压力达到最大值。当流量进一步降低时，风扇的压力和工作电流突然降低，振动和噪音增加。这种现象称为风扇失速。失速后，风扇有两种不同的表现。一是风机仍能稳定运行，即压力、风量和电流保持相对稳定，但噪声增加。风机及其进出口气流压力承受周期性脉动；风扇振动通常高于正常运行。这种现象被称为旋转失速。二是风机的压力、风量和流量波动较大。噪音太大，风扇无法稳定运转。风扇可能很快就会遭受破坏性损坏。这种现象被称为浪涌。2失速喘振机理，轴流风扇是根据机翼理论气动设计的，翼型上的压力上升取决于翼型的升力，除了翼型的形状外，翼型的升力主要取决于攻角。当翼型确定后，翼型的升力开始随着迎角的增加成正比增加，直到压力在临界迎角 k达到最大值。如果迎角继续增加，升力将突然下降。这是由于气流突然从翼型的凸面(吸力面)分离，导致一个大的涡流。参见图1。图1机翼失速原理图，3轴流风机压力特性曲线原点，轴流风机压力特性呈马鞍形。这是因为轴流风扇的压力遵循机翼升力理论。如图2所示。轴流式风力涡轮机叶片的冲击角随着流量的减小而增大。轴流式通风机压力特性的形成机理。4轴流风扇的旋转失速不可能完全一致，因为轴流风扇叶栅中每个叶片的轮廓有些不同。因此，通常不是所有叶片同时失速，而是由一个或多个叶片组成的一个或多个失速区域首先失速。并且失速区不是静止的，而是沿着叶片移动，如图3所示。图3，轴流式风扇旋转失速原理，如图3所示，如果叶片2、3或4失速，这些叶片之间的气流减少或完全停止。因此，这些区域没有压力上升，这将导致在风扇叶轮入口处测得的反向流动。从而在叶片周围形成气流变化大的区域。这个区域是地图上的阴影区域。当叶片5进入该区域时，冲击角将增大，叶片将失速。相反，叶片2的角将减小，这将导致该叶片脱离失速。这种现象被称为旋转失速。由于失速区在叶轮中移动的速度总是小于叶片的移动速度，因此失速区的移动方向与风扇相对于定子的旋转方向相同。由于失速区的不稳定性，风扇的工作点也不稳定，可能在图1中的c和c之间移动。如果流速继续降低，失速区将增加，直到所有叶尖失速，风扇在图1中的点d运行。如果流量继续降低，失速区的径向范围将增加(即失速区将从叶片顶部发展到根部)，直到所有叶片失速，风扇将在零流量的e点运行。5失速危险，1)失速会导致风扇损坏。从上面可以看出，轴流风扇在失速后通常会出现旋转失速。由于旋转失速会使风扇的每个叶片受到周期性的力，如果风扇在失速区长时间运行(或在失速频率等于叶片自然振动频率的短时间内运行)，叶片将会断裂，叶轮的组成机械将会损坏。2)失速可能导致喘振。如果管道系统的容积和阻力合适，当风扇的失速压力降低时，出口管道中的压力将高于风扇产生的压力，导致气流流动风扇喘振极具破坏性，会在短时间内损坏风扇。风扇必须立即停止。可以看出失速和喘振是两个不同的概念。失速是喘振的必要条件，但不是充分条件。3)失速可能导致并列运行的风机“抢风”，对发电机组的安全运行构成威胁。当两个风扇中的一个平行运行后，两个风扇可能会互相“抢风”，不能平行运行。或者尽管两个风扇可以并联运行，但两个风扇的总输出可能达不到要求的值，从而影响它们的承载能力。6、轴流风机失速报警装置，由于轴流风机失速面积大，如果风机选择不当，或其所在风(烟)系统阻力增加较多，漏风变化较大，很可能会落入风机失速区。为了保护风机自身的安全，目前，电站轴流风机生产厂家都配备了失速报警保护装置。风机失速时，应及时通知运行人员，并立即调整，避免在失速状态下长时间运行。图4NOVENCO失速报警装置，图5失速探针压力的变化，图6LT失速报警装置，以及图7在运行期间如何判断风扇失速。对于装有失速报警保护装置的风机，必须确保管道畅通和设备运行准确。如果该装置发生故障，并且没有安装失速报警装置，则2)在运行调节期间，如果发现风扇的电流和压力突然发生大幅度变化，则风扇失速；(3)当两台风机并联运行时，如果其中一台风机的电流和其他参数突然大幅度降低而没有调整，则该风机会失速。4)两台风机并联运行时，两台风机的开度和电流应基本相同。如果不进行调节操作，但是两个风扇的电流相差很大，并且调节电流小的风扇的输出不工作，则风扇会失速。8、如何防止轴流风机失速，风机选型设计留有足够的失速裕度；根据电力行业标准DL/T468-2004 电站锅炉风机选型和使用导则，轴流风机的失速安全系数k1.3。K=pk/p(q/qk)2公式：p和q是设计工作点的压力和流量。Pk和qk是对应于起始点的风扇开口处的失速边界点压力和流量。2)在轴流风机入口和出口之间增加旁路再循环空气(烟)管道；当风扇失速时，打开旁路风门，使一部分空气(烟)从风扇出口流向风扇入口，即使一部分空气(烟)在风扇中循环，以增加风扇的空气(烟)并使风扇远离失速区域。然而，这增加了风扇的功耗，并且非常不经济。为了消除轴流风机的失速，学者们多年来进行了大量的研究和实验工作，提出了一些方法，可以将失速区向小风量方向移动，杀手可以削弱压力曲线上的波谷，直至完全消除。然而，由于其结构复杂，对风扇效率影响大，或者存在噪音问题，所以还没有得到广泛应用。直到1974年，前苏联的伊万诺夫提出了一种简单有效的装置空气分流器来消除旋转失速，并被广泛应用于矿井局部通风机。在获得美国、英国、法国、前西德、印度、丹麦等国家的专利后，防失速装置在轴流风机上安装，然后才广泛应用于静态轴流风机。例如，德国kkk公司的KSE、中国淮南煤碳研究所和Xi安热工研究所成功地设计了类似的防损失装置，并分别应用于矿井和电站的轴流风机。下面以Xi安热工研究院开发的防失速装置为例进行介绍。当流道被叶片表面边界层的分离所堵塞时，叶轮叶片入口处的压力增加，扰动气流将进入装置的环形通道，在环形通道中的导向叶片的作用下消除旋转，然后无干扰地返回到叶轮前方的主气流中。从而防止失速扩散，并大大减小轴流风扇的失速面积。图7是装备有防失速装置的轴流式风扇的示意图。图8是具有防失速装置的轴流式风扇的示意图。图9是具有和不具有防失速装置的轴流式风扇的性能曲线的比较。图9是防止轴流风扇在运行期间失速的措施。1)运行人员应了解风机所在系统的阻力组成，尤其是设备(如预热器、加热器、消声器等)的正常阻力范围。)具有大的阻力并且容易堵塞。2)在实际运行中，如果这些装置的阻力超出范围，可能导致风机失速，应控制风机的输出，并及时采取措施消除堵塞。3)当风机调节装置固定在某一位置时，操作者应检查风机流量的允许流量变化范围，即从正常运行流量到该角度的失速流量(动叶片角度或调节静叶片角度)。当操作风机所在系统的其他设备时(如一次风机所在系统的磨煤机)，避免瞬时流量过度减少，导致风机失速。4)安装风机运行点监控装置，使操作人员可以看到风机运行在性能曲线上的位置。图10电站风机并列运行，图1风机特性曲线，2台钦州电站一次风机失速原因分析，1项试验结果，630 MW运行(5台机组)500MW运行(5台机组)489MW运行(4台机组)400MW运行(4台机组)300 MW运行(3台机组)，风机与管网匹配，满负荷工况下(锅炉蒸发量1842.6t/h)，一次风机风量和风压略小于然而，由于TB运行点的高裕度选择，所选一次风机的出力相对较大，与管网系统的匹配较差，风机的运行效率相对较低。通过本次热试验和之前的计算分析，可以得到风机安全性能的计算结果和总结。目前，一次风机的风量和风压略小于全负荷工况下BMCR工况的设计流量和设计风压，可以保证锅炉在不同负荷下的运行要求。但是，风机风量裕量和风压裕量选择过大，导致一次风机运行在低效率区域，风机与管网匹配不良。从本次试验来看，300 625 MW各工况的主要工作点远离理论失速线，风机能够安全稳定运行。2两个失速过程，2.1 2007年11月25日，01-02，发电负荷为365兆瓦-340兆瓦。当操作员将原来的四个磨机调整为三个磨机时，一次风机停止运转。表13记录了风机失速前后一定时间内一次风机和制粉系统的相关参数。007年11月25日，2#锅炉一次风机失速状态下集控室刻度盘参数及失速过程从刻度盘上记录下来：1: 37操作员开始逐渐关闭b磨负荷风门，在此之前b磨冷风门全开，热风门全关；磨b的电机在39分钟关闭，磨b关闭。两个负减震器大约在1: 42关闭。在此过程中，操作人员没有操作一次风机，一次风机的参数基本保持不变。从1: 43: 10开始，b磨的一次空气隔离门将关闭。当运行仍在进行时，一次风机a将在43: 18失速(一次风机a的电流将突然下降并波动，并且由于两个一次风机出口处的连接风道，两个一次风机的出口压力也将突然下降并大幅波动)。这个过程持续了大约49分30秒，二次风机电流水平、出口压力稳定，进入安全稳定运行。此时，两个风扇的开度分别约为29.2%和22.9%，电流约为80A。出口压力约为9.66千帕，两台风机并联运行安全稳定。2007年11月17日，集控室的表盘参数在同时，一次风机电流直线下降，一次风机失速，失速后操作员干预，两次风机入口调节门关闭(先关闭一次风机，再关闭二次风机)，直到一次侧风机恢复正常运行，且两次风机电流持平。到6: 03左右，两台一次风机的开度分别为29.61%和23.42%，电流为83.81安，出口压力分别为9.397千帕和9.293千帕，两台风机达到安全稳定的并联运行。2、失速原因分析：根据A侧一次风机两次失速的情况，从4台磨机运行到3台磨机运行(即停止一台磨机)期间会出现失速，一次风机在磨机停止前后能满足机组规定负荷运行的要求，两台一次风机能稳定运行而不失速。这表明一次风机的失速不是由于风机与一次风系统不匹配和失速裕度不足造成的，而是主要由于操作不当造成的。我厂的一次风机是两级动叶调节轴流风机。当动叶片的角度不变时，压力与流量的关系曲线很陡，即压力梯度很大，流量变化范围很小。也就是说，当转子角不变时，稳定运行区的流量范围很小，当系统流量减小时，很容易进入不稳定失速区运行。当我厂的四台磨机运行时，一次风机的运行风量与该角度的失速流量之比仅为9.75m3/s。根据下表，停止研磨后，两台风机的失速开度大于稳定运行的两台风机的失速开度(见下表)。风机失速的主要原因是停止磨矿时，在降低磨煤机风量的同时，未能及时将一次风机的出力降低到应有的值，即一次风机的进风门调节不当，导致总一次风量低于当前开度下两个一次风机的失速流量，导致一台风机失速。在停磨过程中，将停磨时一次风机的相关参数与停磨后风机稳定运行时的相关参数进行比较，并采取措施避免失速(供讨论和参考)。1减少研磨和空气量时，必须小心操作。在观察磨煤机相关运行参数变化的同时，还应密切关注一次风总管压力和一次风机运行参数的变化。我们建议在整个停磨过程中，磨煤机入口一次风总管的压力应保持不变，甚至略低。2。降低(甚至提前降低)二次风机调节门的开度，同时降低停磨机的通风量，以确保一次风机出口压力逐渐降低(尽可能避免短期增长)。当调节每个风门时，速度