300MW机组送风机喘振保护动作分析

2019-07-08 版权声明 举报文章

摘要:本文结合风机喘振保护动作的实例,主要介绍了轴流风机失速与喘振发生的原因及相互之间的关系,分析产生失速的原因以及采取的措施,指导运行人员正确控制轴流风机运行,避免发生失速工况。

关键词:轴流风机 失速 喘振

中图分类号:TS737文献标识码: A

1设备情况

某电厂300机组配置的送风机为动叶调节轴流式送风机,风机主要性能参数如表1。

2 事情经过

2013年8月19日14时05分,300MW机组B送风机在机组加负荷过程中喘振保护动作跳闸,跳闸前的主要参数如图1所示,主要现象是B送风机动叶由56%开度继续开大至跳闸前的70%开度的过程中电机电流基本无变化,保持约42A,而风机轴承振动上升、出口风压下降,未出现电机电流、风机出口风压大幅波动的情况,不符合风机喘振的现象。

风机型号 FAF18-9.5-1

风机流量 114~83.91m3/s

全压升 4265~2971Pa

风机转速 1470r/min

叶轮直径 944mm

叶片调节范围 -25°~+12°

风机轴功率 559KW

表1 风机主要性能参数图1 风机跳闸前主要运行参数

3 原因分析

大型轴流风机一般都安装有失速保护装置,但在工程应用中经常混淆失速与喘振的概念,造成工程中的表述常有失误。

3.1 失速的定义

在流体动力学中,失速是指翼型气动攻角增加到一定程度(达到临界值)时,翼型所产生的升力突然减小的一种状态。翼型气动攻角超过该临界值之前,翼型的升力是随攻角增加而递增的;但是攻角超过该临界值后,翼型的升力将下降。

3.2 失速的原理

气流流过翼型时,因翼型的结构特点使得翼背的气流速度大于翼腹、翼腹处的静压大于翼背,从而产生一个由翼腹指向翼背的升力,如图2 (a)。当气流攻角增加至一定程度时,因气流绕过翼型时方向改变过大,在翼背尾部产生涡流、翼背的静压增加,气流对翼型的升力降低,即发生了“失速”,如图2 (b)。当气流攻角进一步增加,则在翼背产生的涡流更多,导致气流对翼型的升力失去。

图2气流攻角的变化及失速的形成

3.3 旋转失速(旋转脱硫)

轴流风机的动叶均匀一致地安装在轮毂上,气流以均匀一致的方向流经叶轮时对每个叶片的攻角是一致的,在临界角以下风机均能稳定运行。气流方向不变的情况下,通过动叶调节装置一起改变各动叶的安装角,即是改变了气流的攻角,达到改变叶轮出力的目的。但因为安装精度的原因,各动叶的安装角不可能完全一致,在调节过程中可能使气流在某一动叶的攻角首先达到临界值,发生失速情况,如图3中3号动叶。此时因涡流堵塞流道的影响,此部分气流向两侧分流,使得2号动叶前的气流攻角减少、4号动叶前的气流攻角增加,导致4号动叶发生失速,而3动叶因气流方向改变脱离失速状态。以此类推,失速情况以和动叶旋转相反的方向传递下去,即是发生了旋转失速的情况。

图3旋转脱流工况图4滤网局部堵塞造成旋转脱流发生

3.4 失速的测量

在轴流风机动叶前都有用于整流的静叶,以保证动叶前气流的均匀、一致性。风机失速测点安装于动叶前,如图3。风机正常运行时气流均是轴向流过,测点测得的压力为此处的静压,一般小于大气压。当发生失速时,气流需要从发生失速的流道分流至相邻的通道,则产生周向分量,此分量作用于失速测点处则反映出分量的动压。当失速越严重时产生的周向分量越多,测点测得的动压就越高,间接反映了叶轮发生失速的严重程度,当达到设定值时则发出信号使风机跳闸。

3.5 失速的危害

当发生失速时,总体上使得气流对翼型的升力减少,但因为翼背涡流的影响、涡流处的压力是不稳定的,使翼型受到交变应力的作用。当轴流风机发生旋转失速时,失速的动叶受力减弱,动叶每经过一次失速区就会受到一次激振力的作用,降低动叶的使用寿命,当发生共振时甚至导致动叶断裂,造成设备重大损毁事故。叶片受交变应力的影响传递至叶柄,同样加速叶柄轴承的损坏。

3.6 喘振

喘振是流体机械及其管道中介质的周期性振荡,使介质受到周期性吸入和排出的激励作用而发生的机械振动。发生喘振时通常有以下现象:

1)电流减小且频繁摆动、出口风压下降且摆动。

2)风机声音异常、噪声增大,振动大、机壳温度升高。

喘振会引起工作部件的强烈振动,加速轴承和密封的损坏。一旦喘振引起管道、机器及其基础共振时,还会造成严重后果。

3.7 失速与喘振关系

喘振仅仅是不稳定工作区内可能遇到的现象,而在该区域内必然要出现的则是旋转脱流或称旋转失速现象。失速是喘振发生的根本诱因。

失速发生时,尽管叶轮附近的工况有波动,但风机的流量、压力和功率是基本稳定的,风机可以继续运行。

失速程度有轻重,当发生严重的旋转失速时,风机出力下降,但仍能稳定运行,只有当系统阻力升高迫使风机工作点落在不稳定工作区才会发生喘振。

喘振发生时伴有明显的噪声、剧烈的振动,风机电流及出口风压大幅波动,风机无法正常运行。

3.8风机跳闸原因

根据上述分析,结合风机跳闸前主要参数的运行情况,可以判断风机发生了较严重的旋转脱流现象,造成部分流道堵塞,影响风机的出力继续增加,甚至有所下降(出口风压下降了约100Pa)。因此,可以判定风机确实发生了较严重的失速情况,热工的喘振保护动作实质是失速保护,动作是正确的。

为避免异物(主要是消音器腐蚀后的脱落物)对动叶造成伤害,维修人员在风机入口风道消音器下方加装了一张孔径1.5×1.5cm的格栅网。因之前几天刚吹过台风,台风吹过本地区时,风向主要是由西向东,而B送风机的进风口是向西的,因此台风对B送风机进口消音器造成较大影响,使消音器的隔音材料(主要是絮状物)大块脱硫,堵塞风机入口滤网。

因入口滤网堵塞严重,且滤网至叶轮的距离较近,随着风机的流量增加,风机叶轮前的流速偏差越严重,即使经过整流叶片也不能使气流均匀分布,因此导致了严重的旋转脱流的发生,如图4所示。

因此,入口滤网堵塞是造成风机失速保护动作的根本原因。

4 总结

经过更换风机入口消音器并清理干净率网后风机恢复正常运行。通过对此次事件的分析,运行人员应清晰区分失速与喘振的概念,清楚知道它们产生的原因以及可能造成的危害。在进行风机调整操作时,或风机自动运行过程中,应密切留意风机电流与动叶开度之间的变化情况,当出现电流未随动叶开大而相应增加时,禁止继续开大动叶,应立即关小动叶至风机电流有相应变化的位置之下,并注意调整两侧风机出力平衡、使电机电流基本一致。

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