申 強

（山西興能發(fā)電有限責任公司，山西 太原 030206）

0 引言

伴隨著電力事業(yè)的快速發(fā)展，大容量高參數(shù)發(fā)電機組不斷投入運行。由于軸流風(fēng)機在大風(fēng)量調(diào)節(jié)上的優(yōu)勢，以及具有的效率高、系統(tǒng)風(fēng)量適應(yīng)性強、尺寸小、重量輕等明顯優(yōu)點，使其逐漸成為鍋爐風(fēng)機的主流選擇，但受到軸流風(fēng)機所具有的駝峰形狀性能曲線和運行環(huán)境惡劣的影響，客觀上決定了風(fēng)機失速和喘振發(fā)生的可能性。

1 失速和喘振的成因機理分析

軸流風(fēng)機最常見以及影響風(fēng)機安全運行最重要的問題就是失速和喘振。

1.1 風(fēng)機的失速

軸流風(fēng)機葉片通常是機翼流線型的，當風(fēng)機處于正常工況工作時，其空氣流向與機翼葉片進口端的夾角（也稱沖角）為零或小于臨界沖角，此時氣流在葉片上就產(chǎn)生兩種力，一是垂直于葉面的升力，另一種平行于葉片的阻力，且升力≥阻力。這時的受力主要是因氣流與葉片表面的摩擦而產(chǎn)生的阻力。隨著沖角的增大，氣流開始在葉片的上表面分離，葉片的后緣點附近出現(xiàn)了渦流現(xiàn)象，在超過臨界沖角時，氣流在葉片背部的流動遭到破壞，此時尾部渦流加劇，升力減少，阻力增加。如果脫流現(xiàn)象發(fā)生在風(fēng)機葉道內(nèi)，則脫流將對葉道造成堵塞，使葉道內(nèi)的阻力增大，造成風(fēng)壓的急劇降低，這種現(xiàn)象就叫做失速。由于各風(fēng)機葉片在形狀和安裝角度上的差異，使產(chǎn)生脫流的現(xiàn)象在各葉道內(nèi)交替進行，所造成的堵塞區(qū)也沿著葉輪旋轉(zhuǎn)相反的方向移動。因為葉片依次經(jīng)過脫流區(qū)要受到交變應(yīng)力的作用，所以應(yīng)盡量避免風(fēng)機在不穩(wěn)定工況區(qū)運行。

1.2 風(fēng)機的喘振

喘振是軸流風(fēng)機運行中的特殊現(xiàn)象，是指風(fēng)機的流量和壓頭在瞬間內(nèi)發(fā)生不穩(wěn)定的同期性反復(fù)變化的現(xiàn)象。因為軸流風(fēng)機具有駝峰形狀的性能曲線，則必然存在其峰值點，即全壓性能曲線的最高點，當風(fēng)機的工作點落在峰值點的左側(cè)，風(fēng)機即進入了駝峰型流量、壓力Q—p性能曲線的不穩(wěn)定區(qū)域。風(fēng)機的喘振主要表現(xiàn)為出口風(fēng)量、風(fēng)壓、電機電流的大幅度擺動，風(fēng)道內(nèi)有劇烈的振動和異常的噪音等。此時風(fēng)機與整個管道系統(tǒng)耦合為一個具有周期性變化的彈性的空氣動力系統(tǒng)，整個循環(huán)的頻率與系統(tǒng)的氣流振蕩頻率合拍，產(chǎn)生了共振。

喘振現(xiàn)象的形成包含有兩方面的因素，從內(nèi)部來說，取決于葉柵內(nèi)出現(xiàn)強烈的突變性旋轉(zhuǎn)失速；從外部條件來說，又與管網(wǎng)容量和阻力特性有關(guān)。

1.3 失速與喘振的區(qū)別與聯(lián)系

a)失速是葉片結(jié)構(gòu)特性造成的一種空氣動力工況。失速的表現(xiàn)特性有其自身的規(guī)律，其不受系統(tǒng)容積形狀的影響，而喘振是風(fēng)機與系統(tǒng)耦合后的振蕩特性的表現(xiàn)形式，其振幅、頻率等受風(fēng)道容積的節(jié)制。

b)失速是軸流式風(fēng)機的基本屬性，是不可避免的，它是隱形的，剛產(chǎn)生時，人無法感覺到，只有用精密儀器才能探測到。而喘振是顯形的，其表現(xiàn)是明顯的，甚至非常激烈。喘振的發(fā)生要具備一定的條件，不是必然發(fā)生的。

c)失速發(fā)生時，風(fēng)機的流量、壓力和功率是基本穩(wěn)定的，可以保證正常運行。而喘振發(fā)生時，因流量、壓力和功率的大幅度脈動，無法維持正常運行。

d)失速發(fā)生時，其風(fēng)機特性曲線可以測得。但喘振時，因工況脈動，無法進行正常的測量。

e)喘振僅僅發(fā)生在風(fēng)機特性曲線中峰值點以左的坡度區(qū)段，其壓力降低是失速造成的。而失速現(xiàn)象存在于峰值點以左的整個區(qū)段。

失速和喘振是密切相關(guān)的，但又有著本質(zhì)的區(qū)別。沒有失速必然沒有喘振，有失速不一定有喘振，有喘振則必然有失速。

2 失速與喘振的發(fā)生原因

失速與喘振的發(fā)生是風(fēng)機運行中的常見問題，對它產(chǎn)生原因的總結(jié)和分析具有現(xiàn)實意義。某電廠所發(fā)生的案例具有代表性，在此基礎(chǔ)上，對易引起失速與喘振的原因進行了分類比較。風(fēng)機失速與喘振的原因分析及處理過程見表1。

表1 風(fēng)機失速與喘振的原因分析及處理過程

從表1可以看出，引起失速與喘振的原因多集中在擋板誤動、控制系統(tǒng)故障、事故情況下的處理等方面，其根本原因還是系統(tǒng)中風(fēng)道阻力增大，風(fēng)機出口壓力突增，使風(fēng)機運行工況點進入失速區(qū)。保持風(fēng)機出口風(fēng)壓的穩(wěn)定，避免出口壓力的偏高或劇增，是防止風(fēng)機失速及喘振發(fā)生的有效措施。

3 事故實例分析

某電廠現(xiàn)場實際所發(fā)生的失速與喘振，多集中在2臺風(fēng)機并列運行中，表現(xiàn)為1臺風(fēng)機電流或流量上升，另1臺風(fēng)機電流或流量下降，這也就是“搶風(fēng)”現(xiàn)象。

3.1 運行狀態(tài)

事故前運行參數(shù)為鍋爐負荷495 MW，A、B一次風(fēng)機電流108A，動葉開度58%，一次風(fēng)壓8.65kPa，總一次風(fēng)量400 t/h，煤量245 t/h。

3.2 事故經(jīng)過

機組在自動發(fā)電控制AGC(Automatic Generation Control)自動協(xié)調(diào)投入模式下，負荷升降速率12 MW/min，根據(jù)中調(diào)指令，負荷大幅度擺動調(diào)整，在5 min內(nèi)負荷指令由495 MW↘450 MW→475 MW↗495 MW，在負荷反復(fù)的升降過程中，因為協(xié)調(diào)對煤量的過調(diào)影響。煤量大幅變化由245t/h↘208 t/h↗244 t/h。在負荷的變化過程中，2臺一次風(fēng)機動葉開度隨之變化，一次風(fēng)機出力相應(yīng)改變，A一次風(fēng)機出力由197 t/h↘171 t/h，B一次風(fēng)機由214 t/h↗257 t/h，風(fēng)機出口壓力分別為9.10 kPa和9.35 kPa。A一次風(fēng)機出口壓力波動后突然電流減小至92 A，B一次風(fēng)機出口壓力波動后突然電流增加到139 A，此時判斷A一次風(fēng)機發(fā)生失速，并列運行的一次風(fēng)機發(fā)生搶風(fēng)，表現(xiàn)為一次風(fēng)母管壓力降低，在自動模式下，2臺一次風(fēng)機的動葉開大直至全開。運行人員迅速將動葉自動解為手動，降鍋爐負荷，減小動葉開度，將失速風(fēng)機恢復(fù)到穩(wěn)定參數(shù)后重新投入一次風(fēng)機動葉自動控制。

3.3 原因分析

主要原因是因為負荷的大幅調(diào)整波動造成各臺磨的運行煤量相應(yīng)大幅擺動。在煤量的增減變化中，一次風(fēng)機動葉的調(diào)節(jié)相對滯后，通風(fēng)量沒有及時跟上，風(fēng)煙管道中的系統(tǒng)阻力增大，造成通流受阻，引起喘振搶風(fēng)現(xiàn)象。

圖1為2臺性能相同的軸流風(fēng)機并聯(lián)運行的性能曲線。從圖1中可以看出有一∞字型區(qū)域，正常狀態(tài)下，管路系統(tǒng)阻力曲線為系統(tǒng)1，則壓力p1為系統(tǒng)的工作點，此時每臺風(fēng)機都在E1點穩(wěn)定運行。當風(fēng)煙管道中的系統(tǒng)阻力增大時，管路系統(tǒng)阻力曲線變成系統(tǒng)2，風(fēng)機進入∞字型工作區(qū)域內(nèi)運行，此時壓力p2為系統(tǒng)的工作點，2臺風(fēng)機分別位于E2a和E2點工作。這時，大流量的風(fēng)機在穩(wěn)定區(qū)工作，小流量的風(fēng)機則在不穩(wěn)定區(qū)運行，2臺風(fēng)機的平衡狀態(tài)被破壞掉，就出現(xiàn)了搶風(fēng)現(xiàn)象。

圖1 Q—p曲線

4 結(jié)束語

軸流風(fēng)機在運行中所發(fā)生的失速及喘振，通過相應(yīng)的技術(shù)改進措施如加強空氣預(yù)熱器吹灰、保持風(fēng)機出力平衡等，是能夠有效避免的。一旦發(fā)生風(fēng)機失速，應(yīng)迅速關(guān)小失速風(fēng)機的動葉，相應(yīng)關(guān)小未失速風(fēng)機的動葉，使并聯(lián)運行的2臺風(fēng)機動葉開度、電流相接近，這是使風(fēng)機快速脫離失速工況的解決辦法。隨著軸流風(fēng)機設(shè)計制造技術(shù)的不斷提高，它必將在電廠運行中發(fā)揮更大的作用。

［1］ 安連鎖.泵與風(fēng)機［M］.北京：中國電力出版社，2008:69-71.

［2］ 丁鵬，吳躍東.動葉可調(diào)軸流風(fēng)機失速與喘振分析及改進措施［J］.風(fēng)機技術(shù)，2007（3）:66-69.

［3］ 華國鈞.軸流風(fēng)機失速與喘振的對策［J］.浙江電力，2002（2）:40-43.