從風(fēng)機(jī)的性能曲線分析風(fēng)機(jī)失速及預(yù)防措施
一、風(fēng)機(jī)失速
風(fēng)機(jī)的葉片在制造及安裝過(guò)程中，由于各種客觀因素的存在，使葉片不可能有完全相同的形狀和安裝角，因此當(dāng)運(yùn)行工況變化而使流動(dòng)方向發(fā)生偏離時(shí)，在各個(gè)葉片進(jìn)口的沖角就不可能完全相同。
當(dāng)某一葉片進(jìn)口處的沖角達(dá)到臨界值時(shí)，就可能首先在該葉片上發(fā)生失速，并非是所有葉片都會(huì)同時(shí)發(fā)生失速，失速可能會(huì)發(fā)生在一個(gè)或幾個(gè)區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)也可能包括一個(gè)或多個(gè)葉片；由于失速區(qū)不是靜止的，它會(huì)從一個(gè)葉片向另一個(gè)葉片或一組葉片擴(kuò)散。
如圖1所示，若在葉道2中出現(xiàn)脫流，葉道由于受脫流區(qū)的排擠變窄，流量減小，則氣流分別進(jìn)入相鄰的1、3葉道，使1、3葉道的氣流方向改變。
結(jié)果使流入葉道1的氣流沖角減小，葉道1保持正常流動(dòng)；葉道3的沖角增大，加劇了脫流和阻塞。葉道3的阻塞同理又影響相鄰葉道2和4的氣流，使葉道2消除脫硫，同時(shí)引發(fā)葉道4出現(xiàn)脫流。也就是說(shuō)，失速區(qū)是旋轉(zhuǎn)的，其旋轉(zhuǎn)方向與葉輪旋轉(zhuǎn)方向相反，這種現(xiàn)象稱為旋轉(zhuǎn)失速。
二、風(fēng)機(jī)性能曲線
為此在通風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)時(shí)，要充分考慮其經(jīng)濟(jì)性和安全性。
1)動(dòng)葉角度變化對(duì)通風(fēng)機(jī)性能曲線的影響軸流式通風(fēng)機(jī)葉片一般為機(jī)翼型的。在零沖角時(shí)，其阻力主要是表面摩擦阻力，而繞翼型的氣流保持其流線形狀。隨著沖角的不斷增大，葉片尾跡損失也隨之增加。
軸流式通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變時(shí)，在一定流量下氣流的相對(duì)速度和葉片進(jìn)口角相吻合，即為正常工況。當(dāng)流量減少，軸向進(jìn)口流速降低，而圓周速度不變。這時(shí)，使氣流與葉片之間形成較大的沖角。如果流量再減少，沖角達(dá)到甚至超過(guò)臨界沖角，此時(shí)，葉片背面出現(xiàn)脫離現(xiàn)象，軸流式通風(fēng)機(jī)的壓力迅速下降，甚至出現(xiàn)部分流道阻塞的情況。軸流式通風(fēng)機(jī)動(dòng)葉片的調(diào)節(jié)，就是利用改變?nèi)~片安裝角度來(lái)適應(yīng)流量的變化，使其能在小流量工況區(qū)內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)動(dòng)葉片的角度改變時(shí)，效率變化不大，而功率卻隨著葉片角度的減小而降低。流量的調(diào)節(jié)范圍很大，在設(shè)計(jì)工況點(diǎn)兩側(cè)都有較大的調(diào)節(jié)余地。因此，動(dòng)葉片角度的調(diào)節(jié)是軸流式通風(fēng)機(jī)最理想的調(diào)節(jié)方法。
2)動(dòng)葉片的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)軸流式通風(fēng)機(jī)的動(dòng)葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)有機(jī)械傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)兩種。
a.機(jī)械傳動(dòng)的動(dòng)葉調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu):
軸流式通風(fēng)機(jī)的機(jī)械傳動(dòng)，由電動(dòng)執(zhí)行器推動(dòng)各種聯(lián)杠、鉸鏈移動(dòng)來(lái)完成。從而達(dá)到改變?nèi)~片安裝角度的目的，一般情況下葉片角度在40°范圍內(nèi)變動(dòng)。這種調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)由于存在調(diào)節(jié)空行程大;需要較大的調(diào)節(jié)力矩和轉(zhuǎn)換器易磨損等問(wèn)題，應(yīng)用中尚有不成熟之處。
b.液壓傳動(dòng)的動(dòng)葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu):
該調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)由調(diào)節(jié)缸、活塞、掖壓伺服機(jī)構(gòu)等主要部件組成。通過(guò)滑閥左右移動(dòng)，將機(jī)械輸人信號(hào)轉(zhuǎn)換為液壓信號(hào)，并驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)缸移動(dòng)，最后達(dá)到調(diào)節(jié)動(dòng)葉片角度的目的。液壓傳動(dòng)動(dòng)葉調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)品質(zhì)良好，動(dòng)葉片角度與流量呈線性關(guān)系。
3)軸流式通風(fēng)機(jī)動(dòng)葉片調(diào)節(jié)的特點(diǎn):在高效區(qū)范圍內(nèi)調(diào)節(jié)范圍寬廣;每個(gè)葉片角度對(duì)應(yīng)一條性能曲線，葉片角度由最小角度調(diào)節(jié)到最大角度.幾乎與流量全部呈線性關(guān)系。動(dòng)葉片調(diào)節(jié)是工作中隨著管網(wǎng)困力的變化，隨時(shí)來(lái)適應(yīng)流量的變化，調(diào)節(jié)的經(jīng)濟(jì)性最好。
綜合上述:動(dòng)葉片調(diào)節(jié)是軸流式通風(fēng)機(jī)性能調(diào)節(jié)范圍寬、調(diào)節(jié)經(jīng)濟(jì)性好、調(diào)節(jié)可靠性好的調(diào)節(jié)方法。
三、軸流風(fēng)機(jī)的喘振
圖3
當(dāng)系統(tǒng)管網(wǎng)阻力突然增大使得流量和流速減小，或風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開(kāi)度過(guò)大，都會(huì)使進(jìn)入風(fēng)機(jī)葉柵的氣流沖角α增大 , 沖角α超過(guò)臨界值時(shí)，在葉片背面尾端就會(huì)出現(xiàn)渦流（脫流）區(qū)，沖角超過(guò)臨界值越多，則失速越嚴(yán)重，在葉片背部形成的渦流區(qū)也會(huì)迅速擴(kuò)大，使葉片流道出現(xiàn)阻塞現(xiàn)象，此時(shí)流動(dòng)阻力增加，風(fēng)機(jī)輸送的壓能則大為降低，發(fā)生旋轉(zhuǎn)失速，流動(dòng)工況大為惡化 , 風(fēng)機(jī)出口壓力明顯下降。此時(shí)若管網(wǎng)容量較大，且反應(yīng)不敏感，管網(wǎng)中的壓力不會(huì)同時(shí)立即下降而維持較高值，這使得管網(wǎng)中壓力大于風(fēng)機(jī)出口壓力，壓力高的氣體有一種回沖趨勢(shì)，使風(fēng)機(jī)中氣體流動(dòng)惡化，當(dāng)氣流前進(jìn)的動(dòng)能不足以克服回沖趨勢(shì)時(shí)，管網(wǎng)中的氣流反過(guò)來(lái)向風(fēng)機(jī)倒流（圖3中A→K→D→C），這種倒流結(jié)果使得葉柵前后壓力差逐漸消失，此時(shí)氣流又在葉片的推動(dòng)下做正向流動(dòng)，風(fēng)機(jī)又恢復(fù)了正常工作，向管網(wǎng)輸氣（圖3中C→D→K）；管網(wǎng)壓力升高到一定值后，風(fēng)機(jī)的正常排氣又受到阻礙，流量又大大減小，風(fēng)機(jī)又出現(xiàn)失速，出口壓力又突然下降，繼而又出現(xiàn)倒流；如此不斷循環(huán)，于是出現(xiàn)了整個(gè)風(fēng)機(jī)管網(wǎng)系統(tǒng)的周期性振蕩現(xiàn)象，即形成風(fēng)機(jī)“喘振現(xiàn)象”。
理論上對(duì)軸流通風(fēng)機(jī)喘振的的闡述與實(shí)際的喘振現(xiàn)象存在著差異，現(xiàn)有的喘振型理論是建立在大容量系統(tǒng)單風(fēng)機(jī)運(yùn)行方式的基礎(chǔ)上，工程上應(yīng)用的是兩臺(tái)風(fēng)機(jī)并列運(yùn)行的方式。在實(shí)際運(yùn)行中，軸流風(fēng)機(jī)喘振的發(fā)生在增加風(fēng)機(jī)出力的過(guò)程中；并列運(yùn)行的風(fēng)機(jī)只是單臺(tái)風(fēng)機(jī)發(fā)生喘振，不會(huì)兩臺(tái)同時(shí)喘振；風(fēng)機(jī)喘振時(shí)電機(jī)電流下降 , 并無(wú)擺動(dòng)現(xiàn)象，最明顯特征是喘振風(fēng)機(jī)的風(fēng)量被壓制、急劇下降，系統(tǒng)空氣倒流入風(fēng)機(jī)。
軸流風(fēng)機(jī)的P - Q性能曲線是一組帶有駝峰形狀的曲線（見(jiàn)圖3），風(fēng)機(jī)動(dòng)葉處的每一角度下都有一條與之對(duì)應(yīng)的曲線，每一條曲線都具有一個(gè)最高風(fēng)壓點(diǎn)，通常稱為臨界點(diǎn)；不同動(dòng)葉角度下曲線臨界點(diǎn)左半段有重合的部分，臨界點(diǎn)右半段則為動(dòng)葉角度與曲線相對(duì)應(yīng)。
以A、B兩臺(tái)并列運(yùn)行的軸流風(fēng)機(jī)為例，假設(shè)兩臺(tái)風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)存在微小差別 (實(shí)際運(yùn)行中兩臺(tái)風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)也不會(huì)完全相同，可能交替變化或者保持一定的差值)，通風(fēng)系統(tǒng)正常狀態(tài)下，A、B兩臺(tái)風(fēng)機(jī)風(fēng)量為QA、QB，對(duì)應(yīng)風(fēng)機(jī)出口全風(fēng)壓為p1，風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)分別在
圖3中a、b 位置上，這時(shí)的工作點(diǎn)都處在各自動(dòng)葉角度下 P - Q性能曲線臨界點(diǎn)的右半段,風(fēng)機(jī)處在穩(wěn)定狀態(tài)運(yùn)行；即使兩臺(tái)風(fēng)機(jī)動(dòng)葉角度不一致或風(fēng)量有較大偏差 , 也能穩(wěn)定運(yùn)行。若由于某種因素導(dǎo)致通風(fēng)系統(tǒng)阻力增加，A、B風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)將出現(xiàn)上移現(xiàn)象，如圖3所示，
假設(shè)這時(shí)2臺(tái)風(fēng)機(jī)仍需要保持風(fēng)量QA、QB，由于通風(fēng)系統(tǒng)阻力增加，勢(shì)必要開(kāi)大風(fēng)機(jī)的動(dòng)葉角度，提高出口全風(fēng)壓來(lái)維持QA、QB不變，這時(shí)相應(yīng)工作點(diǎn)要上移，當(dāng)通風(fēng)系統(tǒng)阻力增大到一定數(shù)值，A、B風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)將上移至a′、b′位置，a′已是 A 風(fēng)機(jī)此時(shí)動(dòng)葉角度下P - Q 性能曲線上的臨界點(diǎn)，B風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)b′則以微小差值仍處在相應(yīng)動(dòng)葉角度下P - Q性能曲線上的臨界點(diǎn)的右端，這時(shí)系統(tǒng)壓力為p2，在A風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)上移至a′時(shí)，即到達(dá)了喘振的邊緣，此狀態(tài)下系統(tǒng)壓力一旦出現(xiàn)波動(dòng)，系統(tǒng)壓力與A風(fēng)機(jī)的全風(fēng)壓之間就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)微壓差，在這個(gè)壓差的作用下，A風(fēng)機(jī)風(fēng)量受阻，風(fēng)機(jī)出口的流速、總壓頭隨之下降，系統(tǒng)壓力與A風(fēng)機(jī)全風(fēng)壓之間的壓差進(jìn)一步增大，A風(fēng)機(jī)風(fēng)量、壓頭繼續(xù)下降，這一過(guò)程處在惡性循環(huán)變化之中，直至A風(fēng)機(jī)全風(fēng)壓崩潰，風(fēng)量倒流入風(fēng)機(jī)，A風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)沿P - Q性能曲線滑向左端，即是軸流風(fēng)機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)生喘振的過(guò)程。受A風(fēng)機(jī)喘振影響，系統(tǒng)壓力有所下降，B風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)壓力沿P - Q性能曲線迅速移向右下方，風(fēng)量急劇增加，系統(tǒng)壓力由B風(fēng)機(jī)維持。
因此，處理事故時(shí)降低兩臺(tái)風(fēng)機(jī)的出力，避免風(fēng)機(jī)壓力由于開(kāi)大動(dòng)葉進(jìn)入不穩(wěn)定區(qū)域。
3、失速與喘振的關(guān)系
旋轉(zhuǎn)失速的發(fā)生只取決于葉輪本身、葉片結(jié)構(gòu)、進(jìn)入葉輪的氣流情況等因素，與風(fēng)道系統(tǒng)的容量、形狀等無(wú)關(guān)，但卻與風(fēng)道系統(tǒng)的布置形式有關(guān)；失速發(fā)生時(shí), 盡管葉輪附近的工況有波動(dòng), 但風(fēng)機(jī)的流量、壓力和功率是基本穩(wěn)定的，風(fēng)機(jī)可以繼續(xù)運(yùn)行。當(dāng)風(fēng)機(jī)發(fā)生喘振時(shí)，風(fēng)機(jī)的流量、壓力和功率產(chǎn)生脈動(dòng)或大幅度的脈動(dòng)，同時(shí)伴有非常明顯的噪聲；喘振時(shí)的振動(dòng)有時(shí)是很劇烈的，能損壞風(fēng)機(jī)與管道系統(tǒng)。所以喘振發(fā)生時(shí)，風(fēng)機(jī)無(wú)法正常運(yùn)行。
軸流風(fēng)機(jī)喘振的發(fā)生首先是由于工況改變時(shí)，葉柵氣動(dòng)參數(shù)與幾何參數(shù)不協(xié)調(diào)，形成旋轉(zhuǎn)失速；但也并不是所有旋轉(zhuǎn)失速都一定會(huì)導(dǎo)致喘振，風(fēng)機(jī)喘振還與管網(wǎng)系統(tǒng)有關(guān)。喘振現(xiàn)象的形成包含著兩方面的因素，從內(nèi)部來(lái)說(shuō) 取決于葉柵內(nèi)出現(xiàn)強(qiáng)烈的突變性旋轉(zhuǎn)失速，從外部條件來(lái)說(shuō)又與管網(wǎng)容量和阻力特性有關(guān)。因此，失速是引發(fā)喘振的前因，但失速不一定會(huì)喘振，喘振是失速惡化的宏觀表現(xiàn)。
四、喘振報(bào)警
一般設(shè)計(jì)了風(fēng)機(jī)的喘振報(bào)警裝置，其原理是將動(dòng)葉或靜葉各角度對(duì)應(yīng)的性能曲線峰值點(diǎn)平滑連接，形成該風(fēng)機(jī)喘振邊界線（如圖4所示），再將該喘振邊界線向右下方移動(dòng)一定距離，得到喘振報(bào)警線；為保證風(fēng)機(jī)的可靠運(yùn)行，其工作點(diǎn)必須在喘振邊界線的右下方；一旦在某一角度下的工作點(diǎn)由于管路阻力特性的改變或其它原因沿曲線向左上方移動(dòng)到喘振報(bào)警線時(shí)，即發(fā)出報(bào)警信號(hào)提醒運(yùn)行人員注意，將工作點(diǎn)移回穩(wěn)定區(qū)。
五、風(fēng)機(jī)性能曲線說(shuō)明
圖6某送風(fēng)機(jī)性能曲線 圖7某一次風(fēng)機(jī)性能曲線
1、曲線參數(shù)介紹
一次風(fēng)機(jī)特性曲線中，縱坐標(biāo)單位為Pa，橫坐標(biāo)單位為Nm3/kg，此單位代表風(fēng)機(jī)對(duì)每kg空氣作的功，與壓力之比為空氣密度。
性能曲線初始值換算為Pa：一期775mmH2O×9.8＝7595Pa，二期6400Nm/kg×1.184kg/m3＝7578Pa；
運(yùn)行工況點(diǎn)換算為Pa：一期677mmH2O×9.8＝6635Pa，二期5615Nm/kg×1.184kg/m3＝6648Pa；
最大工況點(diǎn)換算為Pa：一期1155mmH2O×9.8＝11320Pa，二期10366Nm/kg×1.146kg/m3＝11879Pa；
因此一、二期一次風(fēng)機(jī)特性曲線基本相同。
2、一次風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行中，由于受煤質(zhì)變化、制粉系統(tǒng)運(yùn)行方式（一、二期鍋爐設(shè)計(jì)三臺(tái)制粉系統(tǒng)帶滿負(fù)荷，目前高負(fù)荷時(shí)一般四臺(tái)運(yùn)行）、風(fēng)煙系統(tǒng)漏風(fēng)及空預(yù)器堵塞等因素的影響，實(shí)際運(yùn)行工況已偏離設(shè)計(jì)工況較多（一期尤其嚴(yán)重），致使一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行中出口風(fēng)壓偏高，較接近不穩(wěn)定工作區(qū)域。
如一期一次風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)B-MCR
工況一：風(fēng)量37.8m3/s、全壓6635Pa、動(dòng)葉開(kāi)度31%，
工況二：風(fēng)量63m3/s、全壓8675Pa、動(dòng)葉開(kāi)度60%，TB工況風(fēng)量81.1m3/s、全壓11320Pa、動(dòng)葉開(kāi)度89%；
二期一次風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)B-MCR
工況風(fēng)量45.1m3/s、全壓6649Pa、動(dòng)葉開(kāi)度33%，
TB工況風(fēng)量81.2m3/s、全壓11878Pa、動(dòng)葉開(kāi)度95%；實(shí)際運(yùn)行中風(fēng)量、風(fēng)壓、動(dòng)葉開(kāi)度已嚴(yán)重不匹配。
如實(shí)際運(yùn)行中風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開(kāi)度偏大、流量偏低、出口風(fēng)壓偏高，說(shuō)明由于某種原因使系統(tǒng)阻力發(fā)生變化，一次風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行工況較設(shè)計(jì)工況前移，這時(shí)應(yīng)按風(fēng)機(jī)流量來(lái)確定已前移工況的出口風(fēng)壓。
3、根據(jù)一次風(fēng)機(jī)特性曲線，風(fēng)機(jī)流量所對(duì)應(yīng)的控制出口風(fēng)壓高限值如下（考慮風(fēng)機(jī)在喘振線以下附近運(yùn)行已不很穩(wěn)定且抗干擾能力較差，此高限值低于風(fēng)機(jī)喘振臨界點(diǎn)風(fēng)壓2000Pa左右）：
風(fēng)量30m3/s（108km3/h，130t/h）以下，出口風(fēng)壓按不高于6800Pa控制，此時(shí)動(dòng)葉開(kāi)度應(yīng)在≯22%左右；
風(fēng)量30～40m3/s（108～144km3/h，130～174t/h），出口風(fēng)壓按不高于7200Pa控制，此時(shí)動(dòng)葉開(kāi)度應(yīng)在≯33%左右；
風(fēng)量40～50m3/s（144～180km3/h，172～217t/h），出口風(fēng)壓按不高于8300Pa控制，此時(shí)動(dòng)葉開(kāi)度應(yīng)在≯44%左右；
風(fēng)量50～60m3/s（180～216km3/h，217～260t/h），出口風(fēng)壓按不高于8700Pa控制，此時(shí)動(dòng)葉開(kāi)度應(yīng)在≯55%左右；
風(fēng)量60～70m3/s（216～252km3/h，260～304t/h），出口風(fēng)壓按不高于9200Pa控制，此時(shí)動(dòng)葉開(kāi)度應(yīng)在≯66%左右；
風(fēng)量70～81.2m3/s（252～292km3/h，304～352t/h），出口風(fēng)壓按不高于11000Pa控制，此時(shí)動(dòng)葉開(kāi)度應(yīng)在≯88%左右。
六、軸流風(fēng)機(jī)失速的原因有
(1)風(fēng)機(jī)在一定的動(dòng)葉角下運(yùn)行,如果由于某種原因,母管風(fēng)壓突升,風(fēng)機(jī)流量下降,這樣在動(dòng)葉角度還未發(fā)生變化之前,壓力迅速攀升,以致于超出失速線而進(jìn)入失速區(qū)運(yùn)行。對(duì)于并聯(lián)運(yùn)行的2臺(tái)風(fēng)機(jī),如果其中一臺(tái)動(dòng)葉調(diào)節(jié)性能不好，這臺(tái)風(fēng)機(jī)就有可能先失速。
（2)風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行中流量異常降低、一次風(fēng)壓突升都可能導(dǎo)致風(fēng)機(jī)失速。
(3)風(fēng)機(jī)出口擋板銷子脫落或斷裂等原因?qū)е缕渫蝗魂P(guān)閉或部分關(guān)閉。
動(dòng)葉調(diào)節(jié)未能跟上壓力的突變,在壓力波動(dòng)及動(dòng)葉自動(dòng)調(diào)整過(guò)程中,造成并列運(yùn)行的其中一臺(tái)風(fēng)機(jī)失速。
（4)變負(fù)荷過(guò)程中由于調(diào)節(jié)失靈或誤操作致使2臺(tái)風(fēng)機(jī)風(fēng)量、風(fēng)壓嚴(yán)重不平衡而失速。
（5)風(fēng)機(jī)出入口風(fēng)道堵塞,如暖風(fēng)器或空預(yù)器嚴(yán)重積灰,兩側(cè)空預(yù)器積灰或堵灰情況不一致。
（6）在一次風(fēng)系統(tǒng)有輕微擾動(dòng)的情況下,就可能造成阻力大的一側(cè)風(fēng)機(jī)失速。