軸流風機運行

1、軸流風機運行軸流風機運行軸流風機介紹軸流風機介紹n軸流風機和離心風機比較軸流風機和離心風機比較軸流風機：流體從軸向流入葉輪并沿軸向流出軸流風機：流體從軸向流入葉輪并沿軸向流出;基基于葉翼型理論于葉翼型理論;離心風機：由于離心力的作用使流體獲得能量；離心風機：由于離心力的作用使流體獲得能量；n軸流風機的特點軸流風機的特點高比轉數，產生的能頭遠低于離心式風機，大流量高比轉數，產生的能頭遠低于離心式風機，大流量低揚程；低揚程；動葉調節(jié)軸流風機的變工況性能好；動葉調節(jié)軸流風機的變工況性能好；軸流風機對風道系統風量變化的適應性優(yōu)于離心風軸流風機對風道系統風量變化的適應性優(yōu)于離心風機；機；軸流風機重量輕、

2、飛輪效應值小，使得啟動力矩大軸流風機重量輕、飛輪效應值小，使得啟動力矩大大減??；大減小；軸流風機結構復雜、旋轉部件多，制造精度高，材軸流風機結構復雜、旋轉部件多，制造精度高，材質要求高，運行可靠性差。質要求高，運行可靠性差。n性能曲線（圖性能曲線（圖1-1，1-2） 在固定的葉片角度下，流量越低，軸功率越大；在固定的葉片角度下，流量越低，軸功率越大；在葉片安裝角可調情況下，安裝角越大，流量越低，在葉片安裝角可調情況下，安裝角越大，流量越低，軸功率越大。軸功率越大。圖1-1 軸流泵與風機的性能曲線（葉片固定）圖1-2 軸流泵與風機的綜合性能曲線（動葉調節(jié)）軸流風機的工作原理軸流風機的工作原理n軸

3、流風機的工作原理（翼型升力原理）軸流風機的工作原理（翼型升力原理） 流體沿軸向流入葉片通道，當葉輪在電機的驅動流體沿軸向流入葉片通道，當葉輪在電機的驅動下旋轉時，旋轉的葉片給繞流流體一個沿軸向的下旋轉時，旋轉的葉片給繞流流體一個沿軸向的推力（葉片中的流體繞流葉片時，根據流體力學推力（葉片中的流體繞流葉片時，根據流體力學原理，流體對葉片作用有一個升力，同時由作用原理，流體對葉片作用有一個升力，同時由作用力和反作用力相等的原理，葉片也作用給流體一力和反作用力相等的原理，葉片也作用給流體一個與升力大小相等方向相反的力，即推力），此個與升力大小相等方向相反的力，即推力），此葉片的推力對流體做功，使流體

4、的能量增加并沿葉片的推力對流體做功，使流體的能量增加并沿軸向排出。葉片連續(xù)旋轉即形成軸流式風機的連軸向排出。葉片連續(xù)旋轉即形成軸流式風機的連續(xù)工作。續(xù)工作。 若流體作平行運動，圓柱體作順時針旋轉，這兩種流動疊加在一起是：圓柱體上部平流與環(huán)流方向一致，流速加快；圓柱體下部平流與環(huán)流方向相反，流速減慢。根據能量方程原理，圓柱體上部與圓柱體下部的總能量相等，而圓柱體上部動能大，壓力小，下部動能小，壓力大。于是流體對圓柱體產生一個自下而上的壓力差，這個壓差就是升力。機翼上有一個順時針方向的環(huán)流運動。軸流風機的葉輪是由數個相同的機翼形成的一個環(huán)型葉柵，若將葉輪以同一半徑展開，如圖4-2-4示。當葉輪旋轉

5、時，葉柵以速度u向前運動，氣流相對于葉柵產生沿機翼表面的流動，機翼有一個升力P，而機翼對流體有一個反作用力R，R力可以分解為Rm和Ru，力Rm使氣體獲得沿軸向流動的能量，力Ru使氣體產生旋轉運動，所以氣流經過葉輪做功后，作繞軸的沿軸向運動。 n軸流風機的分類軸流風機的分類 軸流風機可分為四種基本型式：軸流風機可分為四種基本型式：u在機殼中僅有一個葉輪。在機殼中僅有一個葉輪。u在機殼內裝一個葉輪和一個固定的出口導葉。在機殼內裝一個葉輪和一個固定的出口導葉。u在機殼內裝一個葉輪和一個固定的進口導葉，亦即在機殼內裝一個葉輪和一個固定的進口導葉，亦即前置靜葉型。前置靜葉型。u在機殼中有一個葉輪并具有進

6、出口導葉。在機殼中有一個葉輪并具有進出口導葉。四種基本類型n軸流風機的失速（脫流）軸流風機的失速（脫流）u當風機處于正常工況工作時，沖角等于零，而繞翼當風機處于正常工況工作時，沖角等于零，而繞翼型的氣流保持其流線形狀（圖型的氣流保持其流線形狀（圖4-2-5 ）；）；u當氣流與葉片進口形成正沖角時，隨著沖角的增大，當氣流與葉片進口形成正沖角時，隨著沖角的增大，在葉片后緣點附近產生渦流，而且氣流開始從上表在葉片后緣點附近產生渦流，而且氣流開始從上表面分離。當正沖角超過某一臨界值時，氣流在葉片面分離。當正沖角超過某一臨界值時，氣流在葉片背部的流動遭到破壞，升力減小，阻力卻急劇增加，背部的流動遭到破壞

7、，升力減小，阻力卻急劇增加，這種現象稱為這種現象稱為“旋轉脫流旋轉脫流”或或“失速失速” （圖（圖4-2-6 ） ，如果脫流現象發(fā)生在風機的葉道內，則脫流，如果脫流現象發(fā)生在風機的葉道內，則脫流將對葉道造成堵塞，使葉道內的阻力增大，同時風將對葉道造成堵塞，使葉道內的阻力增大，同時風壓也隨之而迅速降低。壓也隨之而迅速降低。圖4-2-7-1 動葉中旋轉脫流的形成圖4-2-7-2 動葉中旋轉脫流的形成從圖中還可以看出：當葉片開度角從圖中還可以看出：當葉片開度角一定時，如果氣流速度一定時，如果氣流速度c越小時，越小時，沖角沖角就越大，產生失速的可能性也就越大；當流速就越大，產生失速的可能性也就越大；當

8、流速c一定時，如果一定時，如果葉片角度葉片角度減小，則沖角減小，則沖角也減??；當流速也減??；當流速c很小時，只要葉片角度很小時，只要葉片角度很小，則沖角很小，則沖角也很小。也很小。u軸流風機的失速特性是由風機的葉型等特性決定的，同時也受到風道軸流風機的失速特性是由風機的葉型等特性決定的，同時也受到風道阻力等系統特性的影響，如圖阻力等系統特性的影響，如圖4-2-8-2所示，鞍形曲線所示，鞍形曲線M為送風機不同為送風機不同安裝角的失速點連線，工況點落在馬鞍形曲線的左上方，均為不穩(wěn)定工安裝角的失速點連線，工況點落在馬鞍形曲線的左上方，均為不穩(wěn)定工況區(qū)，這條線也稱為失速線。況區(qū)，這條線也稱為失速線。由

9、圖中看出：由圖中看出：在同一葉片角度下，管路阻力越大，風機出口風壓越高，風機運行越在同一葉片角度下，管路阻力越大，風機出口風壓越高，風機運行越接近于不穩(wěn)定工況區(qū)；接近于不穩(wěn)定工況區(qū)；在管路阻力特性不變的情況下，風機動葉開度越大，風機運行點越接在管路阻力特性不變的情況下，風機動葉開度越大，風機運行點越接近不穩(wěn)定工況區(qū)。近不穩(wěn)定工況區(qū)。u現象：現象：失速風機的壓頭、流量、電流大幅降低；失速風機的壓頭、流量、電流大幅降低；失速風機噪聲明失速風機噪聲明顯增加，嚴重時機殼、風道、煙道發(fā)生振動；顯增加，嚴重時機殼、風道、煙道發(fā)生振動；在投入在投入“自動自動”的情況下，的情況下，與失速風機并聯運行的另與失速

10、風機并聯運行的另1臺風機電流、容積比能大幅升高；臺風機電流、容積比能大幅升高；與風機與風機“喘振喘振”不同，風機失速后，風壓、流量降低后不發(fā)生脈動。不同，風機失速后，風壓、流量降低后不發(fā)生脈動。u危害：危害：風機失速時，風量、風壓大幅降低，引起爐膛燃燒劇烈變化，風機失速時，風量、風壓大幅降低，引起爐膛燃燒劇烈變化，易于發(fā)生滅火事故；易于發(fā)生滅火事故；并聯運行的另并聯運行的另1臺風機投入臺風機投入“自動自動”時，出力增大，時，出力增大，容易造成電機過負荷；容易造成電機過負荷；失速風機振動明顯增高，可能風機設備、風道失速風機振動明顯增高，可能風機設備、風道振動大損壞；振動大損壞；處理過程不正確時，

11、易于引發(fā)風機處理過程不正確時，易于引發(fā)風機“喘振喘振”，損壞設備。，損壞設備。圖4-2-8-1 軸流風機的QH性能曲線圖圖4-2-8-2 動葉調節(jié)軸流式風機特性曲動葉調節(jié)軸流式風機特性曲線線 u失速探頭測量原理（圖失速探頭測量原理（圖4-2-9，4-2-10）u當風機的工作點落在旋轉脫流區(qū)，葉輪當風機的工作點落在旋轉脫流區(qū)，葉輪前的氣流除了軸向流動之外，還有脫流區(qū)前的氣流除了軸向流動之外，還有脫流區(qū)流道阻塞，造成氣流圓周方向分量。流道阻塞，造成氣流圓周方向分量。u葉輪旋轉時先遇到的測壓孔，即鎘片前葉輪旋轉時先遇到的測壓孔，即鎘片前的測壓孔壓力高，而鎘片后的測壓孔的氣的測壓孔壓力高，而鎘片后的測

12、壓孔的氣流壓力低，產生了壓力差，一般失速探頭流壓力低，產生了壓力差，一般失速探頭產生的壓力差達產生的壓力差達245392Pa，即報警。，即報警。圖4-2-9 軸流風機失速探頭安裝位置示意圖 圖4-2-10 軸流風機失速探頭性能圖 n喘振喘振 軸流風機性能曲線的左半部具有一個馬鞍形的區(qū)軸流風機性能曲線的左半部具有一個馬鞍形的區(qū)域，在此區(qū)段運行有時會出現風機的流量、壓頭、域，在此區(qū)段運行有時會出現風機的流量、壓頭、和功率的大幅度脈動等不正常工況，一般稱為和功率的大幅度脈動等不正常工況，一般稱為“喘振喘振”，這一不穩(wěn)定工況區(qū)稱為喘振區(qū)。其形，這一不穩(wěn)定工況區(qū)稱為喘振區(qū)。其形成原理見圖成原理見圖4-2

13、-11。圖4-2-11 軸流風機的QH性能曲線 （喘振分析）n風機產生喘振應具備條件：風機產生喘振應具備條件：風機的工作點落在具有駝峰形風機的工作點落在具有駝峰形QH性性能曲線的不穩(wěn)定區(qū)域內；能曲線的不穩(wěn)定區(qū)域內；風道系統具有足夠大的容積，它與風機風道系統具有足夠大的容積，它與風機組成一個彈性的空氣動力系統；組成一個彈性的空氣動力系統；整個循環(huán)的頻率與系統的氣流振蕩頻率整個循環(huán)的頻率與系統的氣流振蕩頻率合拍時，產生共振。合拍時，產生共振。n旋轉脫流與喘振的本質區(qū)別：旋轉脫流與喘振的本質區(qū)別：u旋轉脫流發(fā)生在風機旋轉脫流發(fā)生在風機QH性能曲線峰值以左的整性能曲線峰值以左的整個不穩(wěn)定區(qū)域；而喘振只

14、發(fā)生在個不穩(wěn)定區(qū)域；而喘振只發(fā)生在QH性能曲線向性能曲線向右上方傾斜部分。右上方傾斜部分。u旋轉脫流的發(fā)生只決定葉輪本身葉片結構性能、氣旋轉脫流的發(fā)生只決定葉輪本身葉片結構性能、氣流情況等因素，與風道系統的容量、形狀等無關。流情況等因素，與風道系統的容量、形狀等無關。u風機在喘振時，風機的流量、全壓和功率產生脈動風機在喘振時，風機的流量、全壓和功率產生脈動或大幅度的脈動，同時伴有明顯的噪聲，有時甚至或大幅度的脈動，同時伴有明顯的噪聲，有時甚至是高分貝的噪聲，甚至損壞風機與管道系統。所以是高分貝的噪聲，甚至損壞風機與管道系統。所以喘振發(fā)生時，風機無法運行。喘振發(fā)生時，風機無法運行。圖4-2-12

15、 喘振報警裝置 報警原理：在正常情況下，皮托管所測到的氣流壓力報警原理：在正常情況下，皮托管所測到的氣流壓力值穩(wěn)定，但是當風機進入喘振區(qū)工作時，由于氣流壓值穩(wěn)定，但是當風機進入喘振區(qū)工作時，由于氣流壓力產生大幅度波動，所以皮托管測到的壓力亦是一個力產生大幅度波動，所以皮托管測到的壓力亦是一個波動的值，皮托管發(fā)送的脈沖壓力信號通過壓力開關，波動的值，皮托管發(fā)送的脈沖壓力信號通過壓力開關，利用電接觸器發(fā)出報警信號。利用電接觸器發(fā)出報警信號。n并列運行方式下失速分析并列運行方式下失速分析u正常狀態(tài)下，風機工作點分別在圖中正常狀態(tài)下，風機工作點分別在圖中a、b位置上。這位置上。這時的工作點都處在各自動

16、葉角度下時的工作點都處在各自動葉角度下p-Q性能曲線臨界點性能曲線臨界點的右半段。風機處在穩(wěn)定狀態(tài)運行。的右半段。風機處在穩(wěn)定狀態(tài)運行。u由于某種因素導致通風系統阻力增加，由于某種因素導致通風系統阻力增加，A、B風機的工風機的工作點將上移。如圖作點將上移。如圖4-2-13所示，為了保持風量所示，為了保持風量QA+QB，勢必要開大風機的動葉角度，提高出口全風壓。勢必要開大風機的動葉角度，提高出口全風壓。u當通風系統阻力增大到一定數值，當通風系統阻力增大到一定數值，A、B風機的工作點風機的工作點將上移至將上移至a、b位置，系統壓力為位置，系統壓力為p2。此狀態(tài)下。此狀態(tài)下A風機風機到達了喘振的邊緣

17、，系統壓力一旦出現波動到達了喘振的邊緣，系統壓力一旦出現波動,系統壓力系統壓力與與A風機的全風壓之間就會產生一個微壓差風機的全風壓之間就會產生一個微壓差,在這個壓差在這個壓差的作用下，的作用下，A風機風量受阻風機風量受阻,風機出口的流速、總壓頭隨風機出口的流速、總壓頭隨之下降，系統壓力與之下降，系統壓力與A風機全風壓之間的壓差進一步增風機全風壓之間的壓差進一步增大，大，A風機風量、壓頭繼續(xù)下降。這一過程處在惡性循風機風量、壓頭繼續(xù)下降。這一過程處在惡性循環(huán)變化之中，直至環(huán)變化之中，直至A風機全風壓崩潰，風量倒流入風機。風機全風壓崩潰，風量倒流入風機。A風機工作點沿風機工作點沿p-Q性能曲線滑向

18、左端，發(fā)生喘振。受性能曲線滑向左端，發(fā)生喘振。受A風機喘振影響，系統壓力有所下降，風機喘振影響，系統壓力有所下降，B風機工作點對風機工作點對應的系統壓力沿應的系統壓力沿p-Q性能曲線迅速移向右下方，風量急性能曲線迅速移向右下方，風量急劇增加，系統壓力由劇增加，系統壓力由B風機維持。風機維持。abab壓頭流量圖4-2-13 并聯運行工況變化與失速過程（定流量運行）n搶風現象搶風現象 如圖如圖4-2-14，軸流風機，軸流風機“S”形區(qū)段（駝峰形區(qū)段形區(qū)段（駝峰形區(qū)段）成為曲線）成為曲線的的字形區(qū)域。風機如果在字形區(qū)域。風機如果在字形字形區(qū)域運行，便會出現一臺軸流式風機的流量很大區(qū)域運行，便會出現一臺軸流式風機的流量很大，而另一臺軸流式風機的流量很小。此時，若開，而另一臺軸流式風機的流量很小。此時，若開大輸送流量小的軸流風機的調節(jié)裝置或關小輸送大輸送流量小的軸流風機的調節(jié)裝置或關小輸送大流量軸流風機的調節(jié)裝置，則原來輸送大流量大流量軸流風機的調節(jié)裝