直接空冷系统轴流风机群运行特性分析

摘 要：由于我国是一个缺水性国家，人均水资源仅占世界人均水资源的1/4。这在一定程度上，阻碍了我国电力行业发展，而直接空冷系统轴流风机群的出现，及时解决了我国电力发展困境，进一步促进我国电力空冷系统的优化和发展。

关键词：直接空冷系统；轴流风机群；空冷凝汽器；性能曲线

由于水资源的匮乏，严重制约着我国北方电力发展，影响北方经济增长，为此，我国北方大力引进空冷机组，采用空冷凝汽器取代了传统的水冷凝汽器，及时解决了北方经济发展电力需求问题，但由于空冷凝汽器空气密度小、导热系数低、比热小、传热能力低，机组需求量大。因此，在实际发展中还存在着许多问题有待解决，如：夏季温度高，需求传热面积大，投资多。冬季温度过低而引起的管束冻裂等问题，都制约着我国空冷系统发展。

1 直接空冷系统轴流风机群并联特性

文章主要以600MW空冷机组为研究对象，在风机性能曲线上选取一些较为典型的点，并结合最小二乘拟合，从而得到风机性能方程式如下：

其中，p表示风机的增压，m表示风机中的空气流量。而根据风机性能曲线上的典型点及空冷系统中的管束结构，结合阻力曲线，即可得到空冷系统轴流风机中管网系统的阻力方程式如下：

就单台直接空冷系统轴流风机来说，其工作点为风机管网阻力曲线和性能曲线的交叉点。两台风机并联运行时，直接空冷系统轴流风机增压和外部管网的阻力特性并不会出现变化，但流量会增加至单台风机的两倍，而两台风机的工作点，则需参照风机外部系统压力及风机流量进行确定。

就文章中研究的600MW机组为例，并结合改机组在18°安装角中的性能曲线，可得到该组风机的性能曲线拟合系数分别为f1为109.3477，f2为0.1025，f3为-0.0005。根据空冷机组供应商提供的数据，并结合空冷阻力实验，即可得知空冷机组的阻力特性曲线拟合系数分别为f1s为0，f2s为0，f3s为3.569*10-4。

根据空冷风机的性能曲线拟合系数及阻力特性曲线拟合系数，找到空冷风机工作点，如图1所示。

而根据图1，即可得知，600MW空冷风机在18°安装角工作点中，冷却空气流量数值为425kg/s，对应风机增压数值为64.8Pa。

两台风机并联运行时，工作点.对应增压、空气流量都会出现相应变化，当单台风机运行时，风机流量为425kg/s，增压为64.8Pa，而两台风机并联运行后，风机流量为534kg/s，增压为101.2Pa。其具体表现为图2所示。

2 直接空冷系统轴流风机群运行特性

2.1 集群因子

在电力运行中，空冷风机主要通过集群运行模式，实现冷却空气对流，而经试验证明，集群运行模式会使风机流量减少，但不会影响风机的阻力特性，如风机以并联方式进行运行，那么所有风机出口连接外部管网系统均是同一个，而集群模式运行下的风机出口外部连接均由单独的空冷单元进行管束。

2.2 风机数量的影响

空冷风机的数量与风机流量密切相关，风机数量越多，则流量越小，集群因子也就越小，在文章试验中，假设风机集群因子为0.95，也就是两台风机并联运行时，流量仅能达到单机流量的95%左右，为提高并联空冷风机流量，特将风机并联与风机集群运行模式相结合发现，修正后风机流量为802kg/s，占单机流量94%左右，由此可见，风机流量大小，并不完全取决于风机数量多少，但风机集群效应，与风机数量却有着紧密的联系，当风机数量越多时，集群效应也会更为显著，风机流量也就越小，地面传热面积要求也就越高。

2.3 风机布置影响

风机工作特性不仅受风机数量影响，同时，还受风机布置的影响。文章试验以4台风机为例，当4台风机布置成1列时，明显发现，风机1和风机4之间的影响，比风机2和风机3的影响更大，这进一步证实了，当多数量风机排为一行时，风机流量较大，因此，文章将所有风机群以1列的形式进行布置，假nn为0.92时，集群风机1列排开，nm则为1，那么4台风机的总流量则4*1=1550kg/s，而4台单机风机总流量为1700kg/s，4台集群风机以1列形式布置时，流量是4台单机风机总流量的91.2%。当4台风机以2列形式布置时，假nn为0.92时，集群风机1列排开，nm则为0.96，而此时，集群风机总流量为1490kg/s，占4台单机风机总流量的87.6%，由此可知，风机布置方式，对风机流量有着重要影响，其具体表现如图3所示。

2.4 风机运行特性中其他影响因素

在风机运行中，运行环境中的风场作用也会对风机运行系统造成很大的影响，在风机运行流量相同时，风力小，风机压力则会增加，而风机的阻力曲线也会出现大幅度变化，风机总流量会减小。反之，当风力变大时，风机压力会相应下降，风机阻力曲线则呈平滑趋势发展，风机总流量也会相应变大。另外，风机运行特性还会因风向变化而发生变化，其具体情况需通过CFD，并结合实验模拟来确定。

3 结束语

文章通过实验及风机运行特性分析，得到如下结论：（1）当风机并联进行运行时，风机的流量明显小于单台风机运行流量，而通过叶片安装角可进行一定的修正，但叶片安装角数量会受到限制，当达到安装受限时，并联风机总流量并不会有明显的增加。（2）风机集群运行时，每台风机的流量都会因集群因子而有所降低，其空气系统增压也会相应减小。（3）风机集群运行时，风机流量及空气增压与风机排列模式有着密切关系，就一般情况而言，风机呈1列排列时，其流量总和数最大。另外，风机集群运行流量和增压还和集群风机数量有关，当风机数量越多时，风机的总流量和增压数值比单台风机独立运行数值小。

参考文献

[1]李宴君.基于时序分析的直接空冷系统空气侧流动特性及表征方法研究[D].中国科学院研究生院（工程热物理研究所），2014.

[2]赵晓亮.660MW直接空冷凝汽器传热特性及运行优化[D].华北电力大学，2014.