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轴流式风机道理及运转

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轴流式风机道理及运转

  

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轴流式风机道理及运转

  轴流式风机原理及运行_能源/化工_工程科技_专业资料。目前大型电厂的送风机和引风机常用轴流式风机,了解其结构原理及运行方法是很有必要的。

  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,带有一个整体的滚动轴承箱和一个液 压叶片调节装置。主轴承和滚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。在主轴的两端各装一只支承轴承,为承受轴向力。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空隙的自然通风,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、动平衡的校验。 风机运行时,通过叶片液压调节装置,可调节叶片的安装角并保持这一角度。叶片装在 叶柄的外端,叶片的安装角可以通过装在叶柄内的调节杆和滑块进行调节,并使其保持在一 定位置上。调节杆和滑块由调节盘推动,而调节盘由推盘和调节环所组成,并和叶片液压调 节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。在不进行叶片调节时,油流经恒压调节阀而至溢流阀,借助 该阀建立润滑压力,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,上半可以拆卸,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 底脚可靠地传递至基础,在机壳出口部分为整流导叶环,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。为防止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。 为了防止过热,在风机壳体内部围绕主轴承的四周,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。 主轴承箱的所有滚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 避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,利用声或光向控制台发出报警信 号,要求运行人员及时处理,使风机返回到正常工况运行。 轴流风机如下图所示 1.叶轮 叶轮是轴流送风机的主要部件之一,气体通过叶轮的旋转才能获得能量,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、轴承及平衡重锤等组成。 将许多相同翼型的叶片,排列成彼此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分高度,轴流式引风机的叶片通流部分 高度要比送风机大些,这样可以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一定的角度,并且沿着叶片的翼展 方向,其叶片宽度及叶片厚度是逐渐减小的。我们在前面已经叙述了,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,则势必要增大叶片根 部的安装角和叶弦长度,所以叶片制成空间扭曲形状。当然沿着翼展方向的叶片宽度及厚度 的减少,这样也可以减少叶片所产生的离心力,不使叶柄和推力轴承受力过大,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,这样在叶片 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分的流动,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,这两个因素相互制约,使叶顶与 叶根处产生的风压几乎相等,避免了轴向旋涡。 轴流风机的动叶片表面要求光滑,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 后装上平衡重块、支承轴承、导向轴承、安全环、保险片与调节杆。轴流风机动叶片的支承 轴承是承受动叶片、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,导向轴承还能承受一定的离心力。为了使动叶片在调节时 能转动灵活,导向轴承和支.承轴承均采用摩擦力小的滚珠轴承。 每只动叶片的叶柄部位装有一平衡重块,平衡重块的中心线与动叶片的翼型平面近乎垂 直,它的作用能平衡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,这个间隙不能太大,否则会造成较大的漏风 损失,降低风机的效率。 为了保证整个叶轮的动平衡,在更换叶片时,相同重量的叶片可放在对称位置,并进行 动平衡校验。 动叶外壳为钢板焊接的机壳,机壳上设有检视孔,可以检查并能拆、装动叶片。风机外 壳的上半部是可以拆卸的,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,这个气流运动可以分解为沿轴向的运动和圆 周方向的运动。沿轴向的运动是我们所要求的,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 量轴流风机较多采用叶轮(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。气流在叶轮的进口是沿轴向的(如不考虑先 期旋绕),经过叶轮动叶的旋转运动,气体获得了能量,尔后再进人导叶。导叶的进口角与 气体从叶片流出时的方向一致,导叶的出口角与轴向一致,所以气流从导叶流出时也是轴向 的。这样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,所以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变化的。为了减少导叶人口处的气流撞击、旋涡损失,提高风机效率, 因而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逐渐减小。 气流经过导叶流人扩压器,扩压器是一个截面逐渐扩大的圆锥体,为了防止气体在扩压 器中流过时在扩压器壁附近产生旋涡;造成局部能量损失,因此一般气流经过导叶后的流动 不会绝对沿着轴向,而略带有旋绕运动,由于旋绕运动会产生一定的离心力,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。 导叶的静叶片数目不能与动叶片数相一致,这样能避免气流通过时产生共振现象。 轴流风机当工况变动时,动叶角度发生变化,气流从叶片出来进入导叶的进口角也发生 变化。但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变化。所以,在工况变 动时,气流在导叶的进口处产生撞击和旋涡能量损失是不可避免的,动叶调节角度范围越大, 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一定的风压及较大的动能。根据流体力学知识可知,气流的动 能越大,则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,应将气流的动能部分转换为压力能。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,所以气流 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,全部为焊接结构。轴流送风机的扩压器型式为外扩 压(如果扩压器的外筒为圆柱形,内筒是沿着气流方向直径逐渐缩小的圆锥简体,则称为内 扩压)。轴流风机扩压器的内、外筒体均有检视门,如果要进行动叶机构及内部检修,可以 从外锥筒体及内筒体的检视门而进入筒体。 为了防止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获得的,气体在叶轮中的运动情况对风机工作影响较大。风机进 气室的气体运动状况,对于气流正确进入叶轮有很大影响,因而进气室形状的优劣对风机效 率有较大的影响。 进气室的大小、形状应该考虑气流在损失最小的情况下,平稳地同时充满整个流道而进 入叶轮,这样气流在叶轮进口的速度与压力分布才能均匀。轴流送风机进气室的进风口为长 方形,而一般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,有利达到叶轮进口处速度及压力分布均匀的目的。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,引起能量损失。由于进气室的两侧钢板为圆弧形,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。 气体经过收敛器得到一个合理的加速,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 焊接了许多有规则形状的加强筋以提高进气室外壳钢板的刚度。这样的结构对气流流动 极为有利。因为在气流流动的空间里如装设圆管形(一般采用的形状)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 又以一定频率释放,如果条件合适,风机会产生振动和噪声,甚至会损坏风机设备。 为防止风机机壳的振动物体声传递至进气室,则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。 轴流送风机进气室进口装设消声器,消声器是卧式水平放置在送风机进气室的进口处风 道上。消声器内有许多按一定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。为了获得好的消声效果,一定要彻底地使复板中的孔畅通,而 且这样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 轴器为一种平衡联轴器,能够平衡运行时所引起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℃以下不会 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。但悬臂式结构的轴承受力状况不佳,所以 应采用双轴承的结构。 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。 在轴承箱的两端各装有两列支承轴承,支承轴承的形式为滚动轴承。滚动轴承具有启动 摩擦阻力小、轴向尺寸小、轴承摩擦系数小,维护简便等优点。但滚动轴承承载能力不够大, 承受冲击、振动载荷能力低于滑动轴承。而滑动轴承径向尺寸小,能承受冲击振动载荷,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,因而在动叶片的进口侧和 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。要承受叶轮上的轴向推力,在靠联轴器端的轴承箱 上布置一个能够承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,则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、动叶调节机构),另一路送至风机的主轴承进 行润滑。在不进行动叶调节时,油经恒压调节阀送至轴承。在动叶调节时,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节。调节油泵出口的安全阀的设定油压, 可限制油泵的最高压力;调节恒压阀,可限制液压缸最高进油压力;调节全轴承前油管上安 全阀,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 风机特性曲线就是风压、效率和功率与流量之间的关系曲线,如图所示。图中 p-Q 曲 线为风压一流量特性,它表明风机的风量在实用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,所以 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很快,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。必须指出,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 角度变动到另一个值时则各特性曲线均跟着变化,但定性的关系不变,如图所示。风机特性 曲线对于选择风机、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,其一般方程为 △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 路特性可能由调节风量挡板而改变(如燃烧器各层小风门),或者因为风、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,所以, 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,所以工作点与管路特性曲线并不相交,但保持 流阻相等(见图中 A 点)。风机的各个性能参数由工作点确定。 (二)、风机的运行调节 在运行中,风机的工作状况不可避免地要根据锅炉负荷而经常变动。为此,应对风机的 工作状况进行调节,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 相平衡。调节的基本方法有以下几种。 1.节流调节 节流调节就是在通风管路上装置节流挡板,根据实际需要来改变节流挡板的开度,以达 到调节风机风量的目的。节流挡板可以装在风机的出口管路上或进口管路上。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。若需减小流量,可关小风机入口挡板,这种调节方法简单可靠,但由于关小挡 板增加了局部阻力,所以不经济。 2.变速调节 变速调节是通过改变风机的转速,使风机的特性曲线变化的,用以改变风机的工作点, 达到调节风量的目的。 3.入口导叶调节 离心式风机常采用入口导叶调节方式。这种调节方法是在风机进口的前面装置人口导叶 (导流器),它的角度可控制进入风机前的气流所产生的预旋的强弱。导叶开得越大,则入口 气流的切向速度越大,部分静压变为速度能,风机性能曲线越陡直。这种调节的经济性,在 低负荷时,比变速调节稍差,在高负荷时,比变速调节高,但都优于节流调节。入口导叶的 安装方向必须与风机的旋转方向一致。否则,气流在通过导叶后要转一个急弯进入叶轮,损 失很大,使风机出力大大下降。运行中若发现风机带不上负荷,或导叶开大时电流指示值反 而减小等不正常现象,则往往是导叶装反的结果。 4.可动叶片调节 轴流风机的流量调节普遍采用可动叶片调节方式。它是通过运行中改变动叶的安装角, 变动风机的性能曲线而达到调节风量的目的的。当动叶的安装角增大时,特性曲线位置向右 上角移动,工作点变化,结果是流量、风压和功率都增大。因此轴流风机启动时,均采用减 小或关闭动叶安装角的方法来降低启动功率。 (三)、风机工作的稳定性 风机工作的稳定性是指当风机的工作条件波动时,风机的流量、压力能在原工作点附近 稳定下来,而一旦工况波动消除,又恢复原工作点的性能。反之,若工况扰动后,风机的流 量、压力急剧变化,即使扰动消除也不能稳定下来的情况,称为不稳定工作或进入不稳定区。 如图(a)所示,风机具有单调下降的性能曲线,工作点为 A 点。若电网频率扰动使风机 转速减小(风机特性变为曲线),开始管路空气压力因其容量大,压力来不及变化,在某一 时期内保持不变,所以管路输出的流量仍为 Q,,但风机流量确已减少到口。,这将引起管路 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 变化, 管路中的压力、流量将沿 AC 变化,在 C 点达到新的平衡状态。当转速增加到原来的转速 时,按同样的分析,工作点又恢复到 A 点。如果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,则在压力 F‘下,管路的输出流量立即减至 Q。,此时风机 的输出流量仍为口+,因为口 aQ+,故管路的压力升高。随之,管路的压力、流量将沿 BC 变化,风机的压力、流量将沿 AC 变化,在 C 点达到新的平衡。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,其工作就是稳定的。一般,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,右侧呈下坡型,其分界点为 K 点。K 点左侧为不稳定区,K,点右侧为稳 定区。轴流风机的最高效率点位置与不稳定工作区 K 点相当接近。若风机苹作点移动到 K 点左侧的不稳定区内,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可靠性,大型锅炉的送、引风机和一次风机等均采用两台并 联运行方式。风机并联后的性能曲线 为单台风机的性能曲线,曲线 为并联后总的性能曲线,曲线 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况下,各流量叠加而得到的。曲线 为管路特性 曲线。利用这些曲线,参考图中虚线,可以得到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。如果在图中标出一 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 知道并联运行的一个重要流量特性,即在风机不调节的情况下,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。其原因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安 全稳定运行,保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 况下运行,流量小的风机可能会因为系统压头相对较高,而出现“喘振”现象,这种现象在 轴流风机中尤为严重。因此运行人员在运行中应始终保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,与系统隔绝。否则, 可能会发生部分气流经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,要注意防止两台 风机因压头的不平衡而产生“抢风”的现象。通常采用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,此时第一台风机根据自动偏置,自动关小 动叶角度或人口导叶;直至两台风机负荷相等。当流量减至一台风机能满足要求时,一般应 采取一台风机单独运行,因为这样可节约一台风机的空载耗功,运行经济性较好。如图所示, 在较低负荷下,两台风机并联运行时的效率总是低于单台风机运行。离心风机与轴流风机相 比,由于低负荷下效率降低更多,故及时切换的效果要更大些。单台风机的带负荷能力与管 路特性和风机特性都有关。管路的特性曲线越陡峭,或者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。当然,低负荷下的风机运行方式,还要考虑机 组的可靠性和其他要求。 (五)、风机运行的几个问题 1.风机的启动和防止启动过载 离心式风机必须在关闭调节挡板后进行启动,以免启动过载。待达到额定转速、电流回 到空载值后,逐渐开大调节挡板,直到满足规定的负荷为止。动叶可调式轴流风机应在关闭 动叶及出口挡板的情况下启动。风机达到额定转速后,打开出口挡板,并逐渐开大动叶安装 角度。若在较小动叶角度下打开出口挡板,则可能会遇到不稳定区。当一台风机已在运行, 需并列另一台风机时,应先降低运行侧风机的压头至最低喘振压力以下,然后启动风机。待 风机挡板打开后,逐渐增加启动风机的动叶开度,相应减小已运行风机的动叶开度,保持总 风量相等,直至两风机流量相等。 2.风机电流、参数的监视与分析 风机在正常启停和运行中,首先要监视好风机电流值。因为电流的大小不仅是标志风机 负荷的大小,也是发生异常事故的预报器。此外,运行人员还应经常监视风机的进、出口风 压。根据 p-Q 曲线,正常情况下流量下降,压头上升。因此监视好风压有助于更好监视风 机的安全稳定运行。例如,若运行中动叶开度、风机电流和风压同时增大,说明锅炉管路的 阻力特性发生改变,可判断是烟、风道发生了积灰堵塞。 风机的通流介质密度按一次方关系对风机特性和管路特性同时发生影响,如图所示。因 此对于一次风机和引风机,若运行中介质密度升高(如一次风温降低或排烟温度降低),也会 使风压和风机电流升高,但风量和动叶安装角(或风量挡板)不变。 (六)风机的运行异常 1.喘振 风机的喘振是指风机在不稳定工况区运行时,引起风量、压力、电流的大幅度脉动,噪 音增加、风机和管道激烈振动的现象。以单台运行为例,喘振发生的原因可用下图加以说明。 当风机在曲线的单向下降部分工作时,其工作是稳定的,一直到工作点 K。但当负荷降到低 于 QK 时,进入不稳定区。此时,只要有微小扰动使管路压力稍稍升高,则由于风机流量大 于管路流量,工作点向右移动至 K 点,当管路压力 PA 超过风机正向输送的最大压力 PK 时, 工作点即改变到 B 点(与 A 点等压),风机抵抗管路压力产生的倒流而做功。此时管路中的 气体向两个方向输送,一方面供给负荷需要,一方面倒送给风机,故压力迅速降低。至 C 点时停止倒流,风机增加流量。但由于风机流量仍小于管路流量,即 QCQD,所以管路压 力仍下降至 E 点,风机的工作点将瞬间由 E 点跳到 F 点(与 E 点等压),此时风机输出流量 为 QF。由于 QF 大于管路的输出流量,因此管路风压转而升高,风机的工作点又移到 K 点。 上述过程重复进行就形成风机的喘振。喘振时,风机流量在 QB-- QF 范围内变化,而管路的 输出流量只在少得多的 QE—QA 间变动。 只要运行中工作点不进入上述不稳定工作区,就可避免风机喘振。轴流风机当动叶安装 角改变时,K 点也相应变动。因此不同的动叶安装角下对应的不稳定工作区(负荷)是不同的。 大型机组一般设计了风机的喘振报警装置。其原理是将动叶(或静叶)各角度对应的性能曲线 峰值点平滑连接,形成该风机的喘振边界线(如喘振预报警示意图中的实线所示),再将该喘 振边界线向右下方移动一定距离,得到喘振报警线。为保证风机的可靠运行,其工作点必须 在此边界线的右下方。一旦在某一角度下的工作点由于管路特性一的改变或其他原因,沿曲 线向左上方移动到喘振报警线时,即发出报警信号提醒运行人员进行处理,将风机工作点移 回稳定区。并联风机的风压都相等,因此负荷低的风机的动叶开度小,其性能曲线峰值点(K 点)要低于另一台风机,负荷越低,K 点低得越多,因此负荷低的风机的工作点就容易落在 喘振区以内。所以调节风机负荷时,两台并列风机的负荷不宜偏差过大,以防止负荷低的风 机进入不稳定的喘振区(但发生“抢风”时例外)。当一台风机运行,另一台风机启动时,要 求运行风机工况点压力比风机最低喘振压力(见图静压性能曲线%,否则不能 正常启动。如图所示,当原运行风机工况点在 A 点时,并列过程中运行风机的工况点将沿 直线 移动。因为 AAl 线在稳定运行区,故并联过程不会出现喘振。但当原运行风机在 B 点运行,而另一台风机与之并联时,则原风机的工况点将沿 BB,线 线和 喘振失速区相交。 运行中烟、风道不畅或风量系统的进、出口挡板误关或不正确,系统阻力增加,会使 风机在喘振区工作;并列运行的风机动叶开度不一致或与执行器动作不符、自控失灵等情况, 则将引起风机特性发生变化,也会导致风机的“喘振”。此外,应避免风机长期在低负荷下 运行。由于风机特性不同,轴流式风机的喘振故障比离心式风机更容易发生。 2.旋转失速(脱流) 轴流式风机叶片通常是流线型的,设计工况下运行时,气流冲角。(即进口气流相对速 度ω 的方向角与叶片进口安装角之差)约为零,气流阻力最小,风机效率最高。当风机流量 减小时,ω 的方向角改变,冲角逐渐增大。当冲角增至某一临界值时,叶背尾端产生涡流区, 即所谓的脱流工况(失速),阻力急剧增加,而升力(压力)迅速降低;冲角再增大,脱流现象 更为严重,甚至会出现部分叶道阻塞的情况(见下图) 。 由于风机各叶片存在加工误差,安装角不完全一致,气流流场不均匀相等,因此,失速 现象并不是所有叶片同时发生,而是首先在一个或几个叶片出现。若在叶道 2 中先出现脱流, 叶道由于受脱流区的排挤变窄,流量减小,则气流分别进入相邻的 1、3 叶道,使 1、3 叶道 的气流方向改变,结果使流入叶道 1 的气流冲角减小,叶道 1 保持正常流动;叶道 3 的冲 角增大,加剧了脱流和阻塞。叶道 3 的阻塞同理又影响相邻叶道 2 和 4 的气流,使叶道 2 消除脱流,同时触发叶道 4 出现脱流。这就是说,脱流区是旋转的,其旋转方向与叶轮转向 相反。这种现象称为旋转失速。与喘振不同,旋转失速时风机可以继续运行,但它引起叶片 振动和叶轮前压力的大幅度脉动,往往是造成叶片疲劳破坏的重要原因。从风机特性曲线来 看,旋转失速区与喘振区一样都位于马鞍型峰值点的左边的低风量区。为避免风机落入失速 工况下运行,在锅炉点火及低负荷期间可采用单台风机运行以提高风机流量。另外,在风机 启动时减小或关闭动叶,也可使安装角与气流冲角同向变化,限制失速工况的危害。 轴流式风机旋转脱流工况 3.风机“抢风” 所谓“抢风”是指并联运行的两台风机,突然一台风机电流(流量)上升,另一台风机电 流(流量)下降。此时若关小大流量的风机风门,试图平衡风量时,则会使另一台小流量风机 跳至大流量运行。在风门投自动时则风机的动叶频繁地开大、关小,严重时可能导致风机超 电流而烧坏。 “抢风”现象的出现,是因为并列风机存在较大的不稳定工况区。如下图两台相同特性 的轴流风机的并联后总性能曲线。从图中看到,风机的并联特性中有一个∞字形区域,若两 台风机在管路系统 1 中运行,则 P1 点为系统的工作点,每台风机都将在 E1 点稳定运行,此 时“抢风”现象不会出现。如果由于某种原因,管路系统阻力改变至系统 2 时(如一次风机 下游的磨入口挡板开度关小),则风机进入∞字形区域内运行。我们看 P2 点的情况,两台风 机分别位于 E2a 和 E2 点工作。大流量的风机在稳定区工作,小流量的风机则在不稳定区工作, 两台风机的工作平衡状态极容易被破坏。因此便出现两台风机的“抢风”现象。 为了消除“抢风”现象,对于送、引风机,可在锅炉点火或低负荷运行时采用单台运行 方式,待单台风机不能满足锅炉的负荷需要时,再启动另一台投入并列运行。对于一次风机, 可适当提高一次风母管压力;此外,一旦发生“抢风”,应手操两台风机保持适当的风量偏 差(此时,风机并列特性的∞字形区域收缩),以避开“抢风”区域。 两台轴流风机并联运行性能曲线

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