轴流式风机失速的产生及其控制

摘要：在影响风机运行的众多因素中，失速是一个较为特殊的因素，它的出现会对风机设备造成损伤，并间接影响到所在系统的稳定运行。在对风机工作原理和失速现象进行分析的基础上，提出合理匹配风机的通流量和压升等因素，并且在多台风机并列运行时进行合理均衡，可以有效避免风机进入失速区，在监控方面提出对失速进行可靠的状态监测，并在控制逻辑上设置合理的联锁保护，试运情况表可以减少失速的出现并把失速带来的后续影响降到最小。

关键词：轴流风机；失速；控制；联锁保护

中图分类号：TS737+.1文献标识码： A 文章编号：

影响风机安全运行的因素有很多，比如配用电动机的轴承温度、线圈温度，主电机的电气开关速断、过负荷、接地等各项保护，风机油站、液压油站的油压、油温等，风机轴承振动，风机失速等等因素。而风机失速又是其中一种较为特殊的影响因素，它是一种不稳定的运行工况，对于风机的设备安全及锅炉岛系统稳定有很大危害。失速现象在出现后将使烟风通流动力剧降进而引发烟风系统压力场的巨大扰动，导致锅炉燃烧急剧恶化甚至灭火，它同时会对风机本体的叶片造成损伤，客观上体现在风机电流下降，风机振动有所增大，烟道有时会有喘振现象伴随发生。

1 风机失速的产生原因

轴流式风机的工作原理是利用旋转叶片的挤压推进力使流体获得能量，升高其压能和动能。风机叶轮安装在其筒形壳体内，当叶轮旋转时，流体自轴向流入，在叶片叶道内获得能量后，再经导流器轴向流出，轴流式风机适用于大流量、低压力的场合，火力发电厂中送风机、引风机常使用。

轴流式风机运转过程中，气流顺着导叶流动，作用于导叶叶片的有两种力，即垂直于流线的升力与平行于流线的阻力，当气流完全贴着叶片呈流线型流动时，这时的升力大于阻力。当气流与叶片进口形成正冲角，且此正冲角达到某一临界值时，叶片背面流动工况开始恶化，冲角超过临界值时，边界层受到破坏，在叶片背面尾端现现涡流区，即所谓“失速”现象。冲角远大于临界值时，失速现象更严重，流体在流道内的流动阻力增大，能头降低。

风机失速的发生有规律可循，实际生产运行之中的每一台风机均有其即定的工况特性，在工作区域超出稳定工作区后，即易发生失速，稳定工作区和失速区可参见其性能曲线，动叶可调式轴流风机的性能曲线是一相对平缓的马鞍形曲线，而静叶可调式风机的性能曲线波动起伏较大。

2 风机失速的运行控制

由风机的性能曲线图我们可以看出：在一定的气流通流量Q下，管路阻力越大，风机出口风压越高，风机运行越接近于不稳定工况区；在系统阻力情况不变的情况下，风机出力越小，风机运行点越接近不稳定工况区。

如果是在低负荷区域出现失速，比如风机启动之初，存在较大的初始工作阻力而风机叶片开度尚未打开，通风流量偏低，此时宜迅速增加风机叶片开度增加通风流量以驶离失速区，此种情况常见于火力发电厂的湿法烟气脱硫系统。如果是在高负荷区域出现失速，此时宜适当降低风机开度以驶离失速区。

两台风机并列运行工况下，更易出现风机失速的情况，尤其是两台风机的出力差别较大时。在两台风机的出力有较大差别时，出力较大的风机已经在风机的出入口形成了较大的压升，此压升将同时作用于出力较小的风机两端，由此使该台出力较小的风机处在了高压升、低流量的工况下从而易形成风机的失速。一旦发生并列风机失速，应迅速关小失速风机的动叶，相应关小未失速风机的导叶开度，使并列运行的两台风机动叶开度、电流相接近，是使风机快速驶离失速区域的解决办法。

当多台风机并列时，如果负荷减小，则应尽量提前减少投运的设备台数，以保证设备在接近正常流量下运行。

3 风机失速的监测控制

除了在正常运行中注意使风机避免长时间处在失速区运行以外，对风机的失速进行监测和预警是非常有必要的。当前常用的方法是采用风压探针测定风机某一部位的风压情况，由压力开关最终生成失速信号，根据所测风压的变化来判断风机是否出现失速。而风压的取压点测点位置、风压的失速判断值等，则是因风机生产厂家、设备类型等有所不同。

由失速信号所关联的相关联锁保护，目前各家风机制造厂家所做的设定是延时数秒(常见有15秒、30秒)后停机保护动作，国外有制造厂家另外还有在失速信号出现后立即减小导叶开度至安全区的设定，在脱硫岛增压风机的逻辑设定上，通常亦有该信号动作后略作延时(常见有5秒)旁路挡板紧急打开的设定。

在实际的调试及运行过程中，上述逻辑所存在的缺陷曾导致机组烟风系统巨大扰动。某600MW机组在满负荷运行过程中，脱硫岛增压风机失速信号出现动作(持续时间不到5秒)，导致增压风机叶片开度强制减少，而旁路挡板保持未动作，从而使引风机出口压力迅速窜升，引风机进入失速区，锅炉炉膛负升至1000Pa以上险些触发MFT，最终在旁路挡板差压HH高值动作下旁路挡板快速打开恢复了烟风系统的正常运行。

除联锁保护的逻辑设定存在一定盲区之外，感压元件的不稳定性也会引发此类意外。失速信号感压元件通常安装于风机本体上，在风机振动等外因的干扰下易出现动作值漂移，出现误动的可靠性较大，也易造成不必要的风机保护动作。

对上述联锁保护进行调整可以通过两种方法进行，方法一，在即有失速信号仅有单个信号监测的情况下，宜将其后续联锁取消，调整为仅有报警作用；方法二，提高失速信号的可靠性，比如设三个失速信号进行三取二的判断，在确认失速信号动作后触发联锁动作，同时原有的联锁也要进行调整，如脱硫岛中确认增压风机失速信号动作后应同时触发快速打开旁路挡板和风机自身的叶片保护降负荷，而不应该再有旁路挡板的延时打开，以避免出现引风机出口憋压的情况。

根据每台轴流式风机的性能情况，采用合理的运行方式可以实现尽量最少的穿行于失速区的时间，同时对失速的出现进行及时有效的预警以及联锁保护也有助于设备安全，并能避免由此引发的系统联锁反应，以发挥最大的设备安全效益。

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