失速、喘振、抢风原理讲解.docx

失速、喘振、抢风原理讲解1、 讲解适用两台动叶可调轴流式送风机两台动叶可调双级轴流式一次风机两台动叶可调双级轴流式引风机2、 轴流式风机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假设一较长的圆柱体静止，气流自左向右作平行流动，不计气体的粘性（即气体流动的 阻力），那么气体会均匀的分上下绕流圆柱体气流在圆柱体上的速度及压力分布完全对称， 流体对柱体的总的作用力为0，如图5－1 所示这种流动叫平流绕圆柱体流动若圆柱体作顺时针的旋转运动，则圆柱体周围的气体也一起旋转，产生环流运动这时 圆柱体上、下速度及压力分布亦完全对称，流体对柱体的总的作用力为0，如图5－2 所示 这种运动为环流运动图 5－1 平行绕圆柱体流动 图 5－2 环流运动 图 5－3 机翼的升力原理 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升力产生的原理与圆柱体上升力的原理相同如图5－3 所示机翼上有一个顺 时针方向的环流运动，由于机翼向前运动，流体对于机翼来说是作平流运动机翼上部平流与环流叠加流速加快，压力降低，机翼下部平流与环流叠加流速减小，压力升高此时就产 生一个升力P同时在流动过程中有流动阻力，机翼也受到阻力引伸：飞机失速 超过临界迎角（或临界攻角，多数飞机为18°，即气流开始与失速机翼分离的角度）后， 翼型上表面边界层将发生严重的分离，升力急剧下降而不能保持正常飞行的现象，叫失速很多的航空事故都是由于失速引起失速本质上并非指飞机速度不足，而是指流经翼面的气流由于逆压梯度与粘性作用发生失速图飞机迎角轴流风机的叶轮是由数个相同的机翼组成的一个环型叶栅，如图5—4所示若将叶轮 以同一半径展开，如图5 — 5所示，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R和R，力R使气体获得沿轴向流动的能量，力R使气体产生旋转运动，所以气流 m u m u经过叶轮做功后，作绕轴的沿轴向运动。

图 5—4 轴流风机的叶轮图 5—5 环形叶栅中机翼与流体相互作用力分析图3、风机失速由流体力学知，当速度为V的直线平行流以某一冲角（翼弦与来流方向的夹角）绕流二元 孤立翼型（机翼）时，由于沿气流流动方向的两侧不对称，使得翼型上部区域的流线变密，流 速增加，翼型下部区域的流线变稀，流速减小因此，流体作用在翼型下部表面上的压力将 大于流体作用在翼型上部表面的压力，结果在翼型上形成一个向上的作用力如果绕流体是 理想流体，则这个力和来流方向垂直，称为升力，其大小由儒可夫斯基升力公式确定：FL=pu8「r—速度环量 p—绕流流体的密度其方向是在来流速度方向沿速度环量的反方向转90°来确定轴流风机叶片前后的压差，在其它都不变的情况下，其压差的大小决定于动叶冲角的大 小，在临界冲角值以内，上述压差大致与叶片的冲角成比例，不同的叶片叶型有不同的临界 冲角值翼型的冲角超过临界值，气流会离开叶片凸面发生边界层分离现象，产生大面积的 涡流，此时风机的全压下降，这种情况称为“失速现象”泵与风机进入不稳定工况区，其叶片上将产生旋转脱流，可能使叶片发生共振，造成叶 片疲劳断裂现以轴流式风机为例说明旋转脱流及其引起的振动。

当风机处于正常工况工作 时，冲角等于零，绕翼型的气流保持其流线形状，如图5—13所示：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”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a、风机正常工况况时的流体流动状况a气流方向b、风机脱流工况时的气体流动状况图 5－13 风机正常工况与脱流工况的气流状况对比风机的叶片由于加工及安装等原因不可能有完全相同的形状和安装角，同时流体的来流 流向也不完全均匀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脱流， 而不会所有叶片都同时发生脱流如图5—14所示：假设在叶道2 首先由于脱流而出现气流 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，于是原来进入叶 道2 的气流只能分流进入叶道1和 3这两股分流来的气流又与原来进入叶道1和 3的气流 汇合，从而改变了原来的气流方向，使流入叶道1 的气流冲角减小，而流入叶道3 的冲角 增大，由此可知，分流的结果将使叶道1 内的绕流情况有所改善，脱流的可能性减小，甚至 消失，而叶道3 内部却因冲角增大而促使发生脱流，叶道3内发生脱流后又形成堵塞，使叶 道3 前的气流发生分流，其结果又促使叶道4内发生脱流和堵塞，这种现象继续下去，使脱 流现象所造成的堵塞区沿着与叶轮旋转相反的方向移动。

试验表明，脱流的传播相对速度 W］远小于叶轮本身旋转角速度W因此，在绝对运动中，可以观察到脱流区以W—W』勺速度旋 转，方向与叶轮转向相同风机进入不稳定工况区运行，叶轮内将产生一个到数个旋转脱流区，叶片依次经过脱流 区要受到交变应力的作用，这种交变应力会使叶片产生疲劳叶片每经过一次脱流区将受到 一次激振力的作用，此激振力的作用频率与旋转脱流的速度成正比，当脱流区的数达到2、 3 时，则作用于每个叶片的激振力频率也作2倍、3倍 的变化如果这一激振力的作用频率与叶片的固有频率成整数倍关系，或者等于、接近于叶片的固有频率时，叶片将发生共振此时，叶片的动应力显著增加，甚至可达数十倍以上，使叶片产生断裂一旦有一 个叶片疲劳断裂，将会将全部叶片打断，因此，应尽量避免泵与风机在不稳定工况区运行如图5—15所示，在轴流风机Q—H性能曲线中，全压的峰值点左侧为不稳定区，是旋转脱流区从峰值点开始向小流量方向移动，旋转脱流从此开始，到流量等于零的整个区间， 始终存在着脱流叶轮旋转方向图 5 — 14图5—动1叶4中动旋叶转中脱旋流转的脱形流成的形成图5— 18轴流5—1机的一性能曲线总结：失速是风机叶片结构特性造成的一种流体动力现象，它的一些基本特性，例如: 失速区的旋转速度、脱流的起始点、消失点等，都有它自己的规律，不受风机系统的容积和 形状的影响。

4、喘振4.1 管路特性及风机工作点风机的运行总是处于一定的管路系统中风机对空气介质产生的能量克服管路系统的阻力并在出口处形成一定压力，因此风机的运行分析必然结合风机所处的系统去分析管路特性曲线近似于二次曲线占管路特性曲线定义o qv■ 管賂中通过的 H流量与所需要消耗 的能头之间的关系 曲线乜按件：.怎蝕威亂标撫妓 风机的流量Q与其所产生的压头P之间，保持一定的关系，据此所绘制的曲线，称为风 机的 Q—P 特性曲线风机总是与烟风道连接在一起工作的，当负荷变化时，烟、风骚量相 应变化，烟、风道的活动阻力AP也随之变化，根据它们之间的变化关系所绘制的曲线，称 管道的Q—AP特性曲线风机在工作时，它所能产生的压头，恰好即是该管道系统输送相 同流量气体所消耗的总压头（即管道总活动阻力），它们在供求关系上处于平衡状态因此， 风机的Q—P特性曲线与管道系统的Q—AP特性曲线的交点A即为风机的工作点•活汕妇设计占•银炉別妬贡荷点 *锅炉100滋负荷点、4.2 喘振原理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，风机及管道会产生强烈的振动，噪声显著增高等不正常工况， 一般称为“喘振”，这一不稳定工况区称为喘振区。

实际上，喘振仅仅是不稳定工况区内可 能遇到的现象，而在该区域内必然要出现的则是旋转脱流或称旋转失速现象这两种工况是 不同的，但是它们又有一定的关系如图5 — 18所示：轴流风机Q—H性能曲线，若用节流 调节方法减少风机的流量，如风机工作点在 K 点右侧，则风机工作是稳定的当风机的流量 Q

故风机产生喘振 应具备下述条件：1. 风机的工作点落在具有驼峰形Q—H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，产生共振旋转脱流与喘振的发生都是在Q—H性能曲线左侧的不稳定区域，所以它们是密切相关 的，但是旋转脱流与喘振有着本质的区别旋转脱流发生在图5 — 18所示的风机Q—H性能曲线峰值以左的整个不稳定区域；而喘 振只发生在Q—H性能曲线向右上方倾斜部分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、形状等无关旋转对风机的正常运转影响不如喘 振这样严重风机在运行时发生喘振，情况就不相同喘振时，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喘振时的振动有时是很剧 烈的，损坏风机与管道系统所以喘振发生时，风机无法运行图5-185-轴流风机的的Q—宜性能曲线喘振是风机性能与管道装置耦合后振荡特性的一种表现形式，它的振幅、频率等基本特 性受风机管道系统容积的支配，其流量、压力功率的波动是由不稳定工况区造成的，但是试 验研究表明，喘振现象的出现总是与叶道内气流的脱流密切相关，而冲角的增大也与流量的 减小有关。

所以，在出现喘振的不稳定工况区内必定会出现旋转脱流5、轴流风机并联运行的不稳定工况(“抢风”现象)600MW、1000MW机组的锅炉一般配置2X50%的轴流送风机，不设置备用量，风机一般 处于并联运行，有时(一台风机故障)也有采用单侧运行如图1所示，为两台性能相同的轴流风机的性能曲线(P-Q)I,II，曲线(P-Q)III为两 台轴流风机并联运行时的性能曲线根据风机并联运行工况的特点，在同一全压下根据流量 相加的原则，轴流风机驼峰形区段形成一个“。