轴流风机运行知识.pptx
轴流风机介绍n轴流风机和离心风机比较轴流风机：流体从轴向流入叶轮并沿轴向流出;基于叶翼型理论;离心风机：由于离心力的作用使流体获得能量；第1页/共56页n轴流风机的特点高比转数，产生的能头远低于离心式风机，大流量低扬程；动叶调节轴流风机的变工况性能好；轴流风机对风道系统风量变化的适应性优于离心风机；轴流风机重量轻、飞轮效应值小，使得启动力矩大大减小；轴流风机结构复杂、旋转部件多，制造精度高，材质要求高，运行可靠性差。第2页/共56页n性能曲线（图1-1，1-2）在固定的叶片角度下，流量越低，轴功率越大；在叶片安装角可调情况下，安装角越大，流量越低，轴功率越大。第3页/共56页图1-1 轴流泵与风机的性能曲线（叶片固定）第4页/共56页图1-2 轴流泵与风机的综合性能曲线（动叶调节）第5页/共56页轴流风机的工作原理n轴流风机的工作原理（翼型升力原理）流体沿轴向流入叶片通道，当叶轮在电机的驱动下旋转时，旋转的叶片给绕流流体一个沿轴向的推力（叶片中的流体绕流叶片时，根据流体力学原理，流体对叶片作用有一个升力，同时由作用力和反作用力相等的原理，叶片也作用给流体一个与升力大小相等方向相反的力，即推力），此叶片的推力对流体做功，使流体的能量增加并沿轴向排出。叶片连续旋转即形成轴流式风机的连续工作。第6页/共56页 若流体作平行运动，圆柱体作顺时针旋转，这两种流动叠加在一起是：圆柱体上部平流与环流方向一致，流速加快；圆柱体下部平流与环流方向相反，流速减慢。根据能量方程原理，圆柱体上部与圆柱体下部的总能量相等，而圆柱体上部动能大，压力小，下部动能小，压力大。于是流体对圆柱体产生一个自下而上的压力差，这个压差就是升力。机翼上有一个顺时针方向的环流运动。第7页/共56页轴流风机的叶轮是由数个相同的机翼形成的一个环型叶栅，若将叶轮以同一半径展开，如图4-2-4示。当叶轮旋转时，叶栅以速度u向前运动，气流相对于叶栅产生沿机翼表面的流动，机翼有一个升力P，而机翼对流体有一个反作用力R，R力可以分解为Rm和Ru，力Rm使气体获得沿轴向流动的能量，力Ru使气体产生旋转运动，所以气流经过叶轮做功后，作绕轴的沿轴向运动。第8页/共56页n轴流风机的分类 轴流风机可分为四种基本型式：u在机壳中仅有一个叶轮。u在机壳内装一个叶轮和一个固定的出口导叶。u在机壳内装一个叶轮和一个固定的进口导叶，亦即前置静叶型。u在机壳中有一个叶轮并具有进出口导叶。第9页/共56页四种基本类型第10页/共56页n轴流风机的失速（脱流）u当风机处于正常工况工作时，冲角等于零，而绕翼型的气流保持其流线形状（图4-2-5）；u当气流与叶片进口形成正冲角时，随着冲角的增大，在叶片后缘点附近产生涡流，而且气流开始从上表面分离。当正冲角超过某一临界值时，气流在叶片背部的流动遭到破坏，升力减小，阻力却急剧增加，这种现象称为“旋转脱流”或“失速”（图4-2-6），如果脱流现象发生在风机的叶道内，则脱流将对叶道造成堵塞，使叶道内的阻力增大，同时风压也随之而迅速降低。第11页/共56页第12页/共56页图4-2-7-1 动叶中旋转脱流的形成第13页/共56页图4-2-7-2 动叶中旋转脱流的形成从图中还可以看出：当叶片开度角一定时，如果气流速度c越小时，冲角就越大，产生失速的可能性也就越大；当流速c一定时，如果叶片角度减小，则冲角也减小；当流速c很小时，只要叶片角度很小，则冲角也很小。第14页/共56页u轴流风机的失速特性是由风机的叶型等特性决定的，同时也受到风道阻力等系统特性的影响，如图4-2-8-2所示，鞍形曲线M为送风机不同安装角的失速点连线，工况点落在马鞍形曲线的左上方，均为不稳定工况区，这条线也称为失速线。由图中看出：在同一叶片角度下，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；在管路阻力特性不变的情况下，风机动叶开度越大，风机运行点越接近不稳定工况区。u现象：失速风机的压头、流量、电流大幅降低；失速风机噪声明显增加，严重时机壳、风道、烟道发生振动；在投入“自动”的情况下，与失速风机并联运行的另1台风机电流、容积比能大幅升高；与风机“喘振”不同，风机失速后，风压、流量降低后不发生脉动。u危害：风机失速时，风量、风压大幅降低，引起炉膛燃烧剧烈变化，易于发生灭火事故；并联运行的另1台风机投入“自动”时，出力增大，容易造成电机过负荷；失速风机振动明显增高，可能风机设备、风道振动大损坏；处理过程不正确时，易于引发风机“喘振”，损坏设备。第15页/共56页图4-2-8-1 轴流风机的QH性能曲线第16页/共56页图4-2-8-2 动叶调节轴流式风机特性曲线 第17页/共56页u失速探头测量原理（图4-2-9，4-2-10）u当风机的工作点落在旋转脱流区，叶轮前的气流除了轴向流动之外，还有脱流区流道阻塞，造成气流圆周方向分量。u叶轮旋转时先遇到的测压孔，即镉片前的测压孔压力高，而镉片后的测压孔的气流压力低，产生了压力差，一般失速探头产生的压力差达245392Pa，即报警。第18页/共56页图4-2-9 轴流风机失速探头安装位置示意图 图4-2-10 轴流风机失速探头性能图 第19页/共56页n喘振 轴流风机性能曲线的左半部具有一个马鞍形的区域，在此区段运行有时会出现风机的流量、压头、和功率的大幅度脉动等不正常工况，一般称为“喘振”，这一不稳定工况区称为喘振区。其形成原理见图4-2-11。第20页/共56页图4-2-11 轴流风机的QH性能曲线（喘振分析）第21页/共56页n风机产生喘振应具备条件：1.风机的工作点落在具有驼峰形QH性能曲线的不稳定区域内；2.风道系统具有足够大的容积，它与风机组成一个弹性的空气动力系统；3.整个循环的频率与系统的气流振荡频率合拍时，产生共振。第22页/共56页n旋转脱流与喘振的本质区别：u旋转脱流发生在风机QH性能曲线峰值以左的整个不稳定区域；而喘振只发生在QH性能曲线向右上方倾斜部分。u旋转脱流的发生只决定叶轮本身叶片结构性能、气流情况等因素，与风道系统的容量、形状等无关。u风机在喘振时，风机的流量、全压和功率产生脉动或大幅度的脉动，同时伴有明显的噪声，有时甚至是高分贝的噪声，甚至损坏风机与管道系统。所以喘振发生时，风机无法运行。第23页/共56页图4-2-12 喘振报警装置 报警原理：在正常情况下，皮托管所测到的气流压力值稳定，但是当风机进入喘振区工作时，由于气流压力产生大幅度波动，所以皮托管测到的压力亦是一个波动的值，皮托管发送的脉冲压力信号通过压力开关，利用电接触器发出报警信号。第24页/共56页n并列运行方式下失速分析u正常状态下，风机工作点分别在图中a、b位置上。这时的工作点都处在各自动叶角度下p-Q性能曲线临界点的右半段。风机处在稳定状态运行。u由于某种因素导致通风系统阻力增加，A、B风机的工作点将上移。如图4-2-13所示，为了保持风量QA+QB，势必要开大风机的动叶角度，提高出口全风压。u当通风系统阻力增大到一定数值，A、B风机的工作点将上移至a、b位置，系统压力为p2。此状态下A风机到达了喘振的边缘，系统压力一旦出现波动,系统压力与A风机的全风压之间就会产生一个微压差,在这个压差的作用下，A风机风量受阻,风机出口的流速、总压头随之下降，系统压力与A风机全风压之间的压差进一步增大，A风机风量、压头继续下降。这一过程处在恶性循环变化之中，直至A风机全风压崩溃，风量倒流入风机。A风机工作点沿p-Q性能曲线滑向左端，发生喘振。受A风机喘振影响，系统压力有所下降，B风机工作点对应的系统压力沿p-Q性能曲线迅速移向右下方，风量急剧增加，系统压力由B风机维持。第25页/共56页图4-2-13 并联运行工况变化与失速过程（定流量运行）第26页/共56页n抢风现象 如图4-2-14，轴流风机“S”形区段（驼峰形区段）成为曲线的字形区域。风机如果在字形区域运行，便会出现一台轴流式风机的流量很大，而另一台轴流式风机的流量很小。此时，若开大输送流量小的轴流风机的调节装置或关小输送大流量轴流风机的调节装置，则原来输送大流量的轴流风机会突然跳到小流量工作点上运行，而原来输送小流量的轴流风机会突然跳到大流量工作点上运行。这样两台风机不能稳定的并联运行，就会发生“抢风”现象。在两台风机并联运行时，为了避免抢风现象的发生，要求风机的工作点不要落在字形区。第27页/共56页图4-2-14 轴流风机并联运行、两台性能相同的轴流风机特性曲线两台轴流风机并联运行特性曲线；、风道特性曲线 第28页/共56页送风机与一次风机n风机组成 驱动电机，联轴器，主轴承，轴承润滑油系统，消音器，进气箱以及连接管道，风机轴，轴流叶片，液压供油系统，确定叶片角度的液压缸，调节杆，失速探针等n主要部件叶轮液压润滑系统中间轴和联轴器第29页/共56页第30页/共56页图4-3-2 一次风机结构图 第31页/共56页图4-3-3 双级一次风机叶轮图 第32页/共56页n送、一次风机的启动 为保证送、一次风机的安全，风机应在最小负载下启动，即风机的动叶角度为0，出口挡板关闭，这是因为：如图4-3-4 为带有动叶调节的送风机性能曲线，图4-3-5 为动叶调节的一次风机性能曲线，从两图中可以知道动叶角度越小、风量越大时风机的轴功率将越小。第33页/共56页图4-3-4 送风机性能曲线 第34页/共56页图4-3-5 一次风机性能曲线 第35页/共56页n启动前的检查 检查与风机启动有关的润滑油系统、冷却水系统、液压油系统、一些保护和联锁装置、监测装置投入运行。n风机的启动程序1.关闭风机动叶及出口风门；2.启动风机；3.开启风机出口挡板；4.调节动叶，根据需要增加风量。第36页/共56页n第二台风机的并联：1.第二台风机出口挡板关闭。2.将正在运行的送风机的工况点（风量和风压）向下调至风机喘振线最低点以下（当运行送风机的工况点调至喘振线的最低点以下后，可以随时起动第二台风机）。3.准备启动并联风机，叶片应处于“关闭”位置，风机出口挡板关闭。4.风机起动后先打开出口挡板，再调整叶片至与正在运行的一台角度相同，使两台风机风压相同。5.同时调整两台风机的叶片，直至需要的工况点。第37页/共56页n送风机启动注意事项送风机不允许带负荷启动，且启动次数必须严格遵循电动机相关规定。当有一台送风机运行且出口压力较高时，启动第二台送风机要注意防止启动的送风机喘振。必要时降低运行送风机的出口压力，待两台送风机并列后恢复正常运行工况。两台送风机并列启动时，应同步增加动叶角度至需要的工况。风机不得在喘振状态下运行。第38页/共56页n风机的停止1.风机的停用应考虑风机联锁的动作范围，并应将机组的负荷减小，确认连通风门在开位；2.逐渐关闭需停运风机的动叶，将需停运风机的负荷逐步转移至另一台风机。3.关闭风机出口挡板；4.停止风机；第39页/共56页n风机的并列 如图，两台风机并联运行在C点，但每台风机运行在各自特性曲线的A点上。当第1台风机保持同样叶片角度运行时，运行点将移到B点，第2台风机要启动并入时，关闭出口门启动，叶片角度调至最小。打开隔离门后，第2台风机将在D点运行，逐渐开大其角度，并调小第1台风机角度，它们的运行点将分别沿DE和BE线移动，到达E点时两台风机并联，再同时调节两台风机到所需的参数。第40页/共56页两台轴流风机的典型并联特性曲线从图中可以看出，当第1台风机运行点压力高于第2台风机失速线的最低点S的压力时，第2台风机启动将发生喘振，这时需降低第1台风机出力，使B点位于S点之下再启动第2台风机。第41页/共56页n风机的调节 送风机、一次风机均采用动叶调节。动叶调节是通过改变风机叶片的角度，使风机的曲线发生改变，来实现改变风机的运行工作点和调节风量。这种调节由于经济性和安全性较好，而且每一个叶片角度对应一条曲线，且叶片角度的变化几乎和风量成线性关系。动调原理 动叶调节原理 动叶调节动画第42页/共56页动叶调节性能曲线第43页/共56页n风机正常运行时的注意事项调节风机负荷时，二台风机的负荷偏差不应过大，防止风机进入不稳定工况运行；当发现风机动叶开大，出力下降、电流显著减小，就地振动大、噪声高，这时基本可以判定风机已失速。应立即手动减少喘振风机的动叶开度，直至喘振风机的电流回升至正常值。在这同时可以快速降低机组负荷，并减小另一侧风机出力或开大母管上的一些风门，降低管道阻力和降低母管压力，使喘振风机尽快带上负荷，平衡两侧出力。风机的电流是风机负荷的标志，同时也是一些异常事故的预报。风机的进出口风压反映了风机的运行工况，还反映了锅炉及所属系统的漏风或受热面的积灰和积渣情况，需要经常分析。第44页/共56页引风机n结构及各部位作用 图4-4-1n性能曲线 图4-4-2 轴流风机的运行范围是受失速线的限制。如果超过此极限，首先就必然使叶片处的气流出现局部分离。当风机内存在一定量涡流时，就可能产生喘振。当系统的阻力线位于性能曲线图中的失速线的上方时，由于不稳定性的出现，则通风机就不可能在相应的压力、流量范围的工况点运行。如果机器在非稳定区运行，将使叶片产生激振，会导致疲劳断裂。第45页/共56页第46页/共56页AN风机前导叶调节装置图叶轮在工厂内预组装图引风机叶轮第47页/共56页AN系列风机总装图AN风机后导叶图第48页/共56页图图4-4-3 引风机冷风管路引风机冷风管路示意示意 轴承箱外部装有一个冷风罩，配置两台冷却风机，一台运行，一台备用，冷风管路如图4-4-3所示。为了监视轴承温度，装有测温元件，配有就地仪表箱，并信号将远传至DCS。第49页/共56页图4-4-2 引风机性能曲线第50页/共56页n风机启动程序1.确保油脂均已充满油管（在设备出厂前轴承箱润滑油脂已加好，运行前可不用加注油脂）2.开机2小时前开启冷却风机3.关闭风机进口导叶（调到-75)4.全部打开风机出口管路挡板5.关闭风机入口管路挡板6.启动主电动机7.自动打开入口管路挡板，若入口管挡板在一分钟内没能全开，应立即停止风机运行。8.开启风机进口导叶，调至所需工况。第51页/共56页n风机停运程序1.关闭风机进口导叶（调至-75）；2.停止主电动机；3.自动关闭入口挡板；4.根据需要决定是否关闭出口挡板（注：关闭出口挡板应在主电机停转或断电510 分钟后执行）；5.风机停机2 小时后停运空冷小风机。第52页/共56页n引风机的并联运行如果要将第二台风机起动并与正在运行的第一台风机并联运行，则一定要将正在运行第一台风机的工况点（风量和风压）向下调至风机失速线最低点以下（见风机特性曲线），当正在运行的第一台风机的工况点调至失速线最低点以下后，可以随时起动第二台风机与第一台风机并联。准备投入并联的第二台风机起动前，执行 启动步骤。然后开启风机进口导叶，调至与正在运行的那一台风机的开启角度相同、电耗相同，使两台风机的风量风压相一致。然后同时调节两台风机的导叶，直至所需工况。从并联运行的两台风机中停运一台风机，将两台风机的工况点同时调低到失速线最低点以下，接着按停止步骤停止待停运风机。第53页/共56页n注意事项启动前应确认有一台冷却风机正常运行，前导叶关闭，进口隔绝门在关闭位置，出口隔绝门在开启位。运行时需监视主轴承的温度正常小于70，当温度大于90时报警同时启动另一台冷却风机，使其温度降至小于70。并监视电动机的电流指示正常，到现场检查运行正常，无异常声音。冷态试机时，导叶开度不可调得过急、过大，应监视电机电流是否过载。因为冷态时，介质密度大于正常热态运行时的密度，此时导叶开度过大有可能导致电机过载。第54页/共56页n案例案例一：宁海电厂一次风机失速分析案例一：宁海电厂一次风机失速分析案例二：华能德州电厂送风机失速分析案例二：华能德州电厂送风机失速分析第55页/共56页感谢您的观看！第56页/共56页
