张涛

摘要： 动叶可调轴流风机担负着气体循环输送的任务，轴流风机在运行过程中，由于某些原因，易造成机组的振动，严重时会造成机组的损坏，影响生产。如何能快速准确的找到喘振故障成为大家关注的课题，本文通过介绍喘振的发生原因，对振动进行危害分析，通过有效的方法进行综合分析预防喘振的措施。另外，喘振发生进行预警分析，更能保证机组的稳定运行。

关键词： 轴流风机;喘振;预防策略

引言

轴流风机具有尺寸小、引风量大及性能调节稳定的优势，逐渐在锅炉引风领域得到广泛的应用。在某种程度上，其运行的全压相对较低，如果设备选型的问题使得阻力增加，就会出现轴流式风机的负荷过高最终导致喘振的出现，对设备的寿命和使用情况均会造成比较严重的危害。对轴流式风机进行喘振发生机理和预防措施研究，能够在很大程度上对动叶可调风机的选型和改造起到较大的意义。

动叶可调式轴流风机喘振机理和危害分析

由于工况变化导致轴流风机入口处的空气流量减少，轴流风机会随之出现旋转脱离效应，此时，虽然叶片也在不停的旋转，但是由于流量不足，导致出口处的压力出现偏离，不能达到正常的设计要求指标。由于轴流风机出口输送管道内气体压力变化灵敏度较低，不能及时出现变换，此时管道内压力并不能迅速下降，因此造成了轴流风机出口管道内的压力大于风机出口处压力，出现压力的逆偏差，会出现”倒灌”现象，即管道内的气体就向风机倒流，直至出口管道内压力下降至等于风机出口压力为止。待倒灌停止后，轴流风机会正常工作，气体在叶片的作用下加压，继续向管道提供压力，管道内的压力不断回升。等到管道内的气体压力回升到最初压力时，轴流风机的加压排气就又会受到影响，又满足倒灌发生的条件，如此周而复始，整个轴流风机系统就会出现周期性的轴向低频大振幅的气流振荡现象，即喘振现象结合图1对喘振发生的具体情况进行分析介绍。图1是轴流风机特性曲线与通风管网性能数据图，其中A/B点是轴流风机运行曲线与管网性能曲线的交叉点，即喘振点。随着管网阻力增加，管网性能曲线将会向左移动，此时喘振点将会从A向B位置移动。此时风机的入口流量减小，导致气流出现分流的情况，对于风机出口的影响就是出口气流压力降低，这一变化的初始阶段，因管网的压力较大，微小的变化不会对管网的气压数据造成影响，只是在风机叶片的局部部分形成负压状态，存在叶片被破坏的趋势。如果出现回流冲转的气压大于风机的出口气压时，气流将会出现倒转，而此时风机处于正常运行的状态，持续向管网内提供气流，前进气流和回转气流相遇会出现前后压力差别，此时会造成引风机的失速情况。此阶段循环出现，将会引起管网系统的周期性风流震荡，形成喘振现象。

图2为轴流式风机运转的特性曲线，风机正常运行过程中，一般其运转的状态从A点至D点之间相互移动，如果出现喘振效应，风机的出口压力小于管网内的气流压力，出现气流倒流。此时的风机出口气流流量将瞬间变为0，即其运行状态点瞬间到达F点，而此时的风机还处于正常作用状态，出口压力逐渐增加，达到G点，如果风机的持续出风量小于G点的流量，其运行状态还会瞬间到达F点，此时风机在F点和G点反复变换，此时的风机气流将会产生较大的紊乱情况，并伴随着出现振动声音和噪音。一般情况下，F点到G点之间的曲线可称为喘振线，此时风机处于不稳定运行区域，而G点到D点之间的曲线属于正常运行曲线，此时风机处于稳定运行区间区域。

风机出现喘振后，如果不能进行及时处理，将会对风机和管网系统产生较大的危害，由于持续的逆流存在，其出口压力高，风机的出口气体不能通畅输出，此时风机的叶片动能将会持续转化为热能，使得叶片出现膨胀情况，造成动静叶片出现相互碰撞的情况导致设备受损。

动叶可调式轴流风机喘振预防措施分析

在风机的设计时，需要充分考虑叶片的角度变化以防止风机运行中发生喘振。通过叶片角度的变化，使得风机在不同转速条件下可以稳定工作，在低速运转时，风机的前几级是最容易出现喘振的，为了避免此种情况，可将进口导叶设置成可旋转的结构，在导叶底部安装齿轮，可以通过齿轮的变化改变导叶角度变化，根据系统负荷的变化对风机的状态进行实时调整，可以通过改变空气的流动来避免出现喘振的情况。另外，设置防喘放气阀。防喘放气阀工作原理是在风机进入不稳定的工作边界时，需要将放气系统的阀门打开，使得空气流出放气阀，再将空气重新吸入到风机进口中，使得风机出现喘振的可能降低。

另外，通过上述章节对喘振机理产生的原因分析，可看出喘振发生的主要因素有两个：其一是管网的阻力系统增加;另外一个因素是轴流式风机处于不稳定运行区域。因此可以通过技术手段方式对每个因素进行对应性改进。

喘振预防措施

合理对叶片数量进行设计

在保证轴流风机叶栅稠度的基础上，需要尽量减小叶片的数量，使得附面层分离情况能够有效地限制在叶片的端面上，不向外部进行扩散。

增加叶片的叶栅稠度

一定程度上，提升叶栅稠度对于喘振的预防具有积极的作用，由于叶片的宽度相对较宽，能够实现相同的气流转向角需要的拱度相对偏小，附面层不会容易出现分离的情况，使得轴流风机的静压性能曲线峰点不断向着小流量方向进行移动。

风机进口入安装导流装置

在轴流式风机的进口位置安装导流装置能够有效将紊乱的气流流动进行稳流处理，使得逆流流动发生折向，并与主气流进行充分的混合，这样可以在很大地程度上降低轴流风机的失稳失速区域。相关的实践经验表明，轴流风机进口处安装导流装置能够使得运行状态变得更加稳定。

风机并列操作的科学化

如果单台轴流风机的负荷不能满足机组需求负荷时，需要启动两台风机进行同时工作，此时需要对两台风机的操作方式进行科学规划。一般情况下，轴流风机运行之前需要关闭叶片和出口挡板，待风机运行转速达到要求区间后，对叶片和挡板进行缓慢开启。启动风机过程中，需要适当地降低另外正常运行风机的叶片开度，此过程中，叶片關小和开大的幅度需要保持一致，保证风量相同的条件下，使得两台风机的负荷实现同步，使得风机的并列操作变得更加科学合理。

喘振发生的预警

在轴流风机的安装角度确定的条件下，通过对风机的性能曲线的绘制，可以对喘振线进行分析。在性能曲线上设定合适的区间作为缓冲区，在风机运行状态达到缓冲区的边界时进行预警，使得风机运行免受喘振伤害。

为了能够更加准确地对轴流风机的边界线进行模型的建立，假定目前的叶栅角度为β，此条件下的风机运行最小风量数值可以表示为：

其中，Qmin、Pmax分别代表风机的最小量和最大的安全气压。两个数值均为叶栅角度的函数。

另外设定一个安全报警系数为K，喘振的预警公式如下：

上式的喘振约束条件为：

根据风机实际的运行性能参数数据，不同的设备采取合适的边界预警方式。在对风机运行曲线较为平缓的设备进行喘振预警线的分析时，流量预警方法可以选择如下公式模型：

结语

喘振会给风机本身带来损伤，影响机组的安全运行，给企业带来经济损失，对企业安全生产造成伤害。通过对轴流风机喘振发生的影响因素进行分析，并结合实际生产情况，在轴流风机设计和运行中进行喘振预防或者采取相应的措施，大大减小了风机发生喘振的机率，可对装置的安全平稳运行保驾护航。另外，通过放气阀的设置，防止喘振发生，可以更好保证机组安全稳定运行。

参考文献

徐树.动叶可调轴流风机失速与喘振现象及预防措施分析[J].科技传播，2013（19）：173+188.

苗润田.喘振还是颤振——对某机零调叶片装反失效机理的探讨[J].航空发动机，2001（2）：8–10.

王再英.轴流风机防喘振分析及基于SLPC的防喘振控制系统设计[J].化工自动化及仪表，2005，32（4）：61–64.

桂良明，刘聪，秦明亮.动叶可调轴流双级一次风机喘振分析及对策[J].流体机械，2012，40（8）：44–46.

李志龙.探析动叶可调轴流一次风机失速和喘振与解决方案[J].中国电业（技术版），2013（12）.