轴流动叶调节原理

动叶可调式轴流风机动叶调节原理图

简介： 轴流风机动叶调节原理（TLT 结构）轴流送风机利用动叶安装角的变化，使风机的性能曲线移位。性能曲线与不同的动叶安装角与风道性能曲线，可以得出一系列的工作点。若需要流量及压头增大，只需增大动叶安

轴流风机动叶调节原理（TLT 结构）

轴流送风机利用动叶安装角的变化，使风机的性能曲线移位。性能曲线与不同的动叶安装角与风道性能曲线，可以得出一系列的工作点。若需要流量及压头增大，只需增大动叶安装角；反之只需减少动叶安装角。

轴流送风机的动叶调节，调节效率高，而且又能使调节后的风机处于高效率区内工作。采用动叶调节的轴流送风机还可以避免在小流量工况下落在不稳定工况区内。轴流送风机动叶调节使风机结构复杂，调节装置要求较高，制造精度要求亦高。

改变动叶安装角是通过动叶调节机构来执行的，它包括液压调节装置和传动机构。液压缸内的活塞由轴套及活塞轴的凸肩被轴向定位的，液压缸可以在活塞上左右移动，但活塞不能产生轴向移动。为了防止液压缸在左、右移动时通过活

塞与液压缸间隙的泄漏，活塞上还装置有两列带槽密封圈。当叶轮旋转时，液压缸与叶轮同步旋转，而活塞由于护罩与活塞轴的旋转亦作旋转运动。所以风机稳定在某工况下工作时，活塞与液压缸无相对运动。

活塞轴的另一端装有控制轴，叶轮旋转时控制轴静止不动，但当液压缸左右移动时会带动控制轴一起移动。控制头等零件是静止并不作旋转运动的。

叶片装在叶柄的外端，每个叶片用6个螺栓固定在叶柄上，叶柄由叶柄轴承支撑，平衡块与叶片成一规定的角度装设，二者位移量不同，平衡块用于平衡离心力，使叶片在运转中成为可调。

动叶调节机构被叶轮及护罩所包围，这样工作安全，避免脏物落入调节机构，使之动作灵活或不卡涩。

当轴流送风机在某工况下稳定工作时，动叶片也在相应某一安装角下运转，那么伺服阀将油道①与②的油孔堵住，活塞左右两侧的工作油压不变，动叶安装角自然固定不变。

当锅炉工况变化需要减小调节风量时，电信号传至伺服马达使控制轴发生旋转，控制轴的旋转带动拉杆向右移动。此时由于液压缸只随叶轮作旋转运动，而调节杆(定位轴) 及与之相连的齿条是静止不动的。于是齿套是以B 点为支点，带动与伺服阀相连的齿条往右移动，使压力油口与油道②接通，回油口与油道①接通。压力油从油道②不断进入活塞右侧的液压缸容积内，使液压缸不断向右移动。与此同时活塞左侧的液压缸容积内的工作油从油道①通过回油孔返回油箱。

由于液压缸与叶轮上每个动叶片的调节杆相连，当液压缸向右移动时，动叶的安装角减小，轴流送风机输送风量和压头也随之降低。

当液压缸向右移动时，调节杆(定位轴) 亦一起往右移动，但由于控制轴拉杆不动，所以齿套以A 为支点，使伺服阀上齿条往左移动，从而使伺服阀将油道①与②的油孔堵住，则液压缸处在新工作位置下(即调节后动叶角度) 不再移动，动叶片处在关小的新状态下工作。这就是反馈过程。在反馈过程中，定位轴带动指示轴旋转，使它将动叶关小的角度显示出来。

若锅炉的负荷增大，需要增大动叶角度，伺服马达使控制轴发生旋转，于是控制轴上拉杆以定位轴上齿条为支点，将齿套向左移动，与之啮合齿条(伺服阀上齿条) 也向左移动，使压力油口与油道①接通，回油口与油道②接通。压力油从油道①进入活塞的左侧的液压缸容积内，使液压缸不断向左移动，而与此同时活塞右侧的液压缸容积内的工作油从油道②通过回油孔返回油箱。此时动叶片安装角增大、锅炉通风量和压头也随之增大。当液压缸向左移动时，定位轴也一起往左移动。以齿套中A 为支点，使伺服阀的齿条往右移动，直至伺服阀将油道①与②的油孔堵住为止，动叶在新的安装角下稳定工作。

轴流式送风机失速原因分析及预防措施

简介：1. 华能德州电厂, 山东省 德州市 253024；2. 贵州黔西中水发电有限公司，贵州省 毕节市 551500 摘要： 针对华能德州电厂锅炉送风机曾经多次发生失速的情况, 在介绍轴流送风机失速机理基础上, 根据实测数据 ...

1. 华能德州电厂, 山东省 德州市 253024；2. 贵州黔西中水发电有限公司，贵州省 毕节市

551500

摘要： 针对华能德州电厂锅炉送风机曾经多次发生失速的情况, 在介绍轴流送风机失速机理基础上, 根据实测数据对送风机失速原因进行了分析, 认为空预器堵塞严重导致管路阻力特性变化、送风机动叶开度过大是送风机失速的原因, 并提出了送风机失速的处理及预防措施。

关键词： 轴流式送风机； 失速； 动叶可调； 预防措施

0 引言

华能德州电厂6号机组额定容量为660 MW，锅炉容量为2 209 t/h，是德国制造的亚临界、一次中间再热、单炉膛、Γ型布置、自然循环汽包炉。锅炉配有2台三分仓回转式空预器，2台型号为FAF30.15.1的动叶可调轴流式送风机，动叶调节范围为-29°～31°（对应动叶开度0%～100％），设计风量为315

m /s，设计静压为4 275 Pa，风机转速为985 r/min。2台送风机入口处各装设一组50％容量暖风器，暖风器设计压降0.2 kPa。华能德州电厂6号机组于2002 年10 月投产发电，投产后，在2003年5月～6月期间，多次发生送风机失速现象，一度影响了机组带负荷能力，经过技术人员分析，认为6号锅炉送风机失速的主要原因是空预器堵灰严重，风道阻力特性变化使送风机动叶开度过大、运行在不稳定区所致，经过设备治理，使空预器压差减小到设计值范围内，消除了送风机失速的隐患。 3

1 轴流式送风机失速机理

轴流风机叶片通常是机翼型的, 轴流式风机叶片气流方向如图1所示。当空气顺着机翼叶片进口端(冲角α= 0°) ,按图1（a ）所示的流向流入时, 它分成上下两股气流贴着翼面流过, 叶片背部和腹部的平滑“边界层”处的气流呈流线形。作用于叶片上有两种力, 一是垂直于叶面的升力, 另一种平行于叶片的阻力, 升力≥阻力。当空气流入叶片的方向偏离了叶片的进口角, 它与叶片形成正冲角(α>0°),如图1（b) 所示。在接近于某一临界值时(临界值随叶型不同而异) , 叶背的气流工况开始恶化。当冲角增大至临界值时, 叶背的边界层受到破坏, 在叶背的尾端

出现涡流区, 即所谓“失速”现象。随着冲角α的增大, 气流的分离点向前移动, 叶背的涡流区从尾端扩大到叶背部, 脱离现象更为严重, 甚至出现部分流道阻塞的情况。此时作用于叶片的升力大幅度降低, 阻力大幅度增加, 压头降低。

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，动叶调节轴流式送风机的特性曲线如图2所示，其中，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。由图中我们不难看出：①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；②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。

图2 动叶调节轴流式送风机特性曲线

根据电厂的运行经验，当并联运行的轴流风机出现下列现象时，说明风机发生了失速：①失速风机的压头、流量、电流大幅降低；②失速风机噪声明显增加，严重时机壳、风道、烟道发生振动；③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；④与风机“喘振”不同，风机失速后，风压、流量降低后不发生脉动。

风机的失速现象是风机的一种不稳定运行工况，对于风机的运行安全危害很大：①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；②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；③失速风机振动明显增高，可能风机设备、风道振动大损坏；④处理过程不正确时，易于引发风机“喘振”，损坏设备。

2 德州电厂6号炉送风机失速分析

2.1 现象分析

2003 年5月～6月间，6号炉多次发生送风机失速现象, 每次失速现象基本相似, 下面以2003年6月19日6号炉B 送风机失速为例进行分析：当日14∶ 47，6号机组负荷为600 MW，A 、B 送风机并列运行，动叶控制置自动状态，空预器后二次风母管压力为1.76 kPa，A 、B 送风机动叶开度均为87％，A 送风机电流290A, B送风机电流300A （额定值370A ），炉膛压力-70Pa 。运行人员发现炉膛压力突降至-810 Pa，A 、B 送风机动叶开度迅速升至100％，母管二次风压骤降至0.76 kPa，A 送风机电机电流升至360A ，B 送风机电机电流降至220 A，且B 送风机振动骤然升高，风机异常发生后，风压、风量、振动、风机电机电流等参数突变后未发生波动，因此运行人员判断为B 送风机失速，而不是喘振，运行人员立即减少锅炉燃烧，手动关小A 、B 送风机动叶至80％，此时二次风压回升，B 送风机振动回落至2 mm/s，送风机失速现象消失。失速前、

后风机主要参数比较见表1。

表1 失速前、后风机主要参数比较

根据运行记录及DCS 打印数据显示，当时机组正在升负荷过程中，由于空预器堵灰较为严重，风、烟侧前后差压均远高于设计值（满负荷设计值1.2 kPa），锅炉负荷升高使送风需求量增大，这些原因使送风机动叶不断开大，记录数据显示：发生失速前15 min内，送风机动叶由84％平缓开至87％，逐渐逼近风机不稳定工况区，而空预器压差亦随风量、烟气量增长不断增大，送风通道阻力特性改变, 促使风机进入失速区。事后对送风机入口滤网及暖风器进行了仔细检查，未发现堵塞，因此，排除了暖风器及入口风道堵塞造成风机失速的原因。

据此分析, 送风机出口通道阻力过大、动叶开度大，落入风机不稳定工况区是B 送风机发生失速的真正原因。应清除空预器蓄热片积灰，降低空预器风阻是解决送风机失速的根本措施，由于当时电网负荷紧张，无法实现停炉检修，电厂制定了临时措施：限制机组最高负荷，适当降低锅炉氧量运行，避免送风机动叶开度超过80％，在这样的临时措施下，送风机失速现象未再次发生。

值得一提的是，动叶可调轴流风机叶片角度过大是引发风机进入不稳定区的重要原因，但为什么B 送风机失速后，与之并联运行的A 送风机动叶开大至100％，仍未发生失速呢？原因是B 送风机失速后，出力锐减，系统风压迅速降低，并联系统的管网阻力特性也随之变化，阻力特性曲线下移，风机出口风压降低，使得A 送风机运行点远离不稳定工况区。

2.2 预防送风机失速的措施

限制机组负荷、降低锅炉氧量仅是避免送风机落入失速区的一个应急的处理方法，确保送风通道畅通，减小风道阻力才能彻底预防送风机失速的发生，在随后的停机检修中，华能德州电厂针对送风机失速进行了一系列设备治理：①在秋季的小修中，对6号炉空预器蓄热片进行了彻底清理，更换了腐蚀损坏的蓄热片；②为保证运行中空预器蓄热片积灰能够及时清除，增加了技术成熟的燃气脉冲吹灰器，代替原来的蒸汽吹灰器进行空预器清灰。运行一年多来，效果不错，空预器风、烟侧前后压差能够长期控制在设计值范围内；③根据环境温度变化，冬季及时投入暖风

器，避免空预器冷端腐蚀造成风阻增大；④冬季大雾天气，及时清理送风机入口滤网结霜，春季大风天气，及时清理送风机入口滤网挂积的杨絮、柳絮及塑料袋等物，避免送风机入口堵塞；⑤在送风机入口暖风器后风道上，新开1×3 m面积的卷帘门，正常运行时关闭，一旦暖风器因故堵塞，动叶开度大于80％，则开启卷帘，以避免缺风引起动叶开度过大，风机运行异常。⑥在正常运行中, 尽量保持2 台送风机的风量相平衡。当发生1台送风机失速时, 应迅速关小送风机动叶, 使动叶开度小于80％, 使送风机尽快回到稳定工况区运行。 2

3 结论

在电厂实际运行中，锅炉尾部空预器受热面积灰严重或风门、挡板操作不当误关，造成风道阻力增大，促使风机运行在不稳定工况区域是轴流送风机失速的主要原因之一。根据运行经验，轴流送风机风压、风量、电流大幅降低后未发生脉动，风机振动、动叶开度突增是判断送风机发生失速的重要依据。一旦发生送风机失速，应迅速关小失速风机的动叶，相应关小未失速风机的动叶，使并联运行的2台送风机动叶开度、电流相接近，是使送风机快速脱离失速工况的解决办法。

华能德州电厂经过对6号炉空预器的治理，以及其他防止送风机失速措施的实施，使得送风机出、入口风道能够畅通，通道风阻始终小于设计值，在锅炉满负荷、氧量3.0％工况下，送风机动叶开度﹤75％，未再次发生送风机失速现象。

作者简介：郑福国（1976－），男，工程师，主要从事生产运行工作，担任660 MW机组全能集控值班员