一次风机失速现象原因分析及处理措施

［摘 要］本文对轴流式风机失速的机理进行了较为详细的探讨,阐述了实际运行中产生失速的原因,介绍了河北大唐王滩发电厂#1、#2机组锅炉一次风机的失速特性、失速原因,并从运行管理的角度提出了失速的相关预防措施和紧急处理方案。
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　　［关键词］冲角；失速特性；现象；处理措施
　　［中图分类号］TM761 ［文献标识码］A ［文章编号］1005-6432（2011）49-0068-01
　　 风机的失速现象主要发生于轴流式风机。而一般情况下,大型火电机组锅炉的三大风机均为轴流式风机,失速时常常会引起振动,严重时威胁到机组的安全运行。河北大唐王滩发电厂#1、#2机组锅炉的吸风机为静叶可调轴流风机,送风机及一次风机为动叶可调式轴流风机,下面对风机在运行过程中的失速问题作简要分析。
　　1 失速产生的机理
　　1.1 失速的过程及现象
　　轴流风机的叶片均为机翼型叶片。风机处于正常工况时,叶片的冲角很小(气流方向与叶片叶弦的夹角即为冲角),气流绕过机翼型叶片而保持流线状态,如图1(a)所示。当气流与叶片进口形成正冲角,即α>0,且此正冲角超过某一临界值时,叶片背面流动工况开始恶化,边界层受到破坏,在叶片背面尾端出现涡流区,即所谓“失速”现象,如图1(b)所示。冲角大于临界值越多,失速现象越严重,流体的流动阻力越大,使叶道阻塞,同时风机风压也随之迅速降低。
　　风机的叶片在加工及安装过程中由于各种原因使叶片不可能有完全相同的形状和安装角,因此当运行工况变化而使流动方向发生偏离时,在各个叶片进口的冲角就不可能完全相同。如果某一叶片进口处的冲角达到临界值时,就首先在该叶片上发生失速,而不会所有叶片都同时发生失速。如图2中,u是对应叶片上某点的周向速度,w是气流对叶片的相对速度,α为冲角。假设叶片2和3间的叶道23首先由于失速出现气流阻塞现象,叶道受堵塞后,通过的流量减少,在该叶道前形成低速停滞区,于是气流分流进入两侧通道12和34,从而改变了原来的气流方向,使流入叶道12的气流冲角减小,而流入叶道34的冲角增大。可见,分流结果使叶道12绕流情况有所改善,失速的可能性减小,甚至消失；而叶道34内部却因冲角增大而促使发生失速,从而又形成堵塞,使相邻叶道发生失速。这种现象继续进行下去,使失速所造成的堵塞区沿着与叶轮旋转相反的方向推进,即产生所谓的“旋转失速”现象。风机进入到不稳定工况区运行,叶轮内将产生一个到数个旋转失速区。叶片每经过一次失速区就会受到一次激振力的作用,从而可使叶片产生共振。此时,叶片的动应力增加,致使叶片断裂,造成重大设备损坏事故。
　　1.2 影响冲角大小的因素
　　王滩电厂的一次、送、吸风机都是定转速运行的,即叶片周向速度u是一定值，这样影响叶片冲角大小的因素就是气流速度与叶片开度角。如图3所示,可以看出：当叶片开度角β一定时,如果气流速度c越小时,冲角α就越大,产生失速的可能性也就越大。
　　从图3还可以看出,当流速c一定时,如果叶片角度β减小,则冲角α也减小；当流速C很小时,只要叶片角度β很小,则冲角α也很小。因此,当风机刚启动或低负荷运行时,风机失速的可能性大大减小甚至消失。
　　1.3 运行中风机失速的原因
　　(1)风机出口挡板销子脱落或断裂等原因导致其突然关闭或部分关闭时。
　　(2)变负荷过程中由于调节失灵或误操作致使两台风机风量严重不平衡。
　　(3)风机出入口风道堵塞,如暖风器或空预器严重积灰。
　　(4)运行调整不当,系统风量不足或风压保持不合适。
　　2 王滩电厂一次风机发生失速的现象及处理
　　一次风机失速一般发生在两风机运行且负荷偏差大、动叶投自动时,是由于风压过高或风量过小导致一台风机的动叶出口产生涡流而不打风。其现象是两台风机并列运行并且投入自动控制时,风机动叶迅速开大；一次风母管风压迅速下降；一台风机电流基本保持不变,另一台(发生失速的)风机电流迅速降低,电流下降的风机轴承温度迅速升高,振动增大。
　　处理失速方法的本质是设法减小冲角,恢复叶片线形绕流。具体做法是风机投入自动控制方式运行时,立即切除自动,迅速降低机组负荷、手动关小风机动叶,直至系统风压回升、风机电流迅速恢复到故障前数值为止(此工况动叶开度一般在50％左右)。同时,要开启部分备用磨煤机出口挡板及总风门、冷热风门,增加系统通风量。监视系统风压稳定后,调平两台一次风机的出力。系统稳定后,风机控制可以重新投入自动方式。
　　处理一次风机失速过程中有两个关键点值得监盘人员注意,一是手动关小动叶过程中要密切监视制粉系统的运行情况,及时开大冷、热风门及减少燃料量,防止堵磨；二是一次风机由失速转为正常运行后,一次风母管压力有一个突增的过程,此时制粉系统内的存粉会大量进入炉膛不但会造成气压快速升高,投自动的制粉系统还会快速减少燃料易造成风粉配比失调而灭火,因此发现一次风母管压力上升后应立即将燃烧切至手动,迅速升高机组电负荷(热负荷不变),必要时开启向空排汽门。处理过程中还要密切监视汽包水位、气温等相关参数。
　　3 结 论
　　失速是一种很危险的情况,处理不当很容易造成锅炉灭火、机组非停甚至设备损坏事故。我们应认真了解失速的机理,认真预防；在真正发生了失速的情况下,胆大细心,严格按照运行规程及各项技术措施,保证机组稳定运行。