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风机的喘振保护构成原理及具体措施

发布时间:2021-03-09 15:38

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  风机的喘振保护构成原理 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。象 17 如下图图所示: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 QK 时,这时风机所产生的最大压头将随之下降,并小于管路中的压力,因为风道 系统容量较大,在这一瞬间风道中的压力仍为 HK,因此风道中的压力大于风机所产生的压 头使气流开始反方向倒流,由风道倒入风机中,工作点由 K 点迅速移至 C 点。但是气流倒 流使风道系统中的风量减小,因而风道中压力迅速下降,工作点沿着 CD 线 时的 D 点,此时风机供给的风量为零。由于风机在继续运转,所以当风道中的压力降 低倒相应的 D 点时,风机又开始输出流量,为了与风道中压力相平衡,工况点又从 D 跳至 相应工况点 F。只要外界所需的流量保持小于 QK,上述过程又重复出现。如果风机的工作 状态按 F-K-C-D-F 周而复始地进行,这种循环的频率如与风机系统的振荡频率合拍时,就会 引起共振,风机发生了喘振。风机在喘振区工作时,流量急剧波动,产生气流的撞击,使风 机发生强烈的振动,噪声增大,而且风压不断晃动,风机的容量与压头越大,则喘振的危害 性越大。故风机产生喘振应具备下述条件: a)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; b)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; c)整个循环的频率与系统的气流振荡频率合拍时,产生共振。 轴流风机的 Q-H 性能曲线 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。 轴流风机在叶轮进口处装置喘振报警装置,该装置是由一根皮托管布置在叶轮的前方, 皮托管的开口对着叶轮的旋转方向, 如图 5-19 示。 皮托管是将一根直管的端部弯成 90° (将 皮托管的开口对着气流方向),用一 U 形管与皮托管相连,则 U 形管(压力表)的读数应该为 气流的动能(动压)与静压之和(全压)。在正常情况下,皮托管所测到的气流压力为负值,因 为它测到的是叶轮前的压力。 但是当风机进入喘振区工作时, 由于气流压力产生大幅度波动, 所以皮托管测到的压力亦是一个波动的值。 为了使皮托管发送的脉冲压力能通过压力开关发 出报警信号,皮托管的报警值是这样规定的:当动叶片处于最小角度位置(-30°)用一 U 形 管测得风机叶轮前的压力再加上 2000Pa 压力,作为喘振报警装置的报警整定值。当运行工 况超过喘振极限时,通过皮托管与差压开关,利用声光向控制台发出报警信号,要求运行人 员及时处理,使风机返回正常工况运行。为防止轴流风机在运行时工作点落在旋转脱流、喘 振区内, 在选择轴流风机时应仔细核实风机的经常工作点是否落在稳定区内, 同时在选择调 节方法时,需注意工作点的变化情况,动叶可调轴流风机由于改变动叶的安装角进行调节, 所以当风机减少流量时, 小风量使轴向速度降低而造成的气流冲角的改变, 恰好由动叶安装 角的改变得以补偿,使气流的冲角不至于增大,于是风机不会产生旋转脱流,更不会产生喘 振。动叶安装角减小时,风机不稳定区越来越小,这对风机的稳定运行是非常有利的。 防止喘振的具体措施: 1)使泵或风机的流量恒大于 QK。如果系统中所需要的流量小于 QK 时,可装设再循环管或 自动排出阀门,使风机的排出流量恒大于 QK. 喘振报警装置 2)如果管路性能曲线不经过坐标原点时, 改变风机的转速, 也可能得到稳定的运行工况。 通过风机各种转速下性能曲线中最高压力点的抛物线, 将风机的性能曲线分割为两部分, 右 边为稳定工作区,左边为不稳定工作区,当管路性能曲线经过坐标原点时,改变转速并无效 果,因此时各转速下的工作点均是相似工况点。 3)对轴流式风机采用可调叶片调节。当系统需要的流量减小时,则减小其安装角,性能 曲线下移,临界点向左下方移动,输出流量也相应减小。 4)最根本的措施是尽量避免采用具有驼峰形性能曲线的风机, 而采用性能曲线平直向下倾斜 的风机。 失速和喘振是两种不同的概念, 失速是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。 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。


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