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1、风烟系统培训教材第一节 风烟系统总的介绍一、概述锅炉风烟系统是锅炉重要的辅助系统。它的作用是连续不断的给锅炉燃烧提供空气,并按燃烧的要求分配风量,同时使燃烧生成的含尘烟气流经各受热面和烟气净化装置后,最终由烟囱及时的排至大气。锅炉风烟系统按平衡通风设计,系统的平衡点发生在炉膛中,因此,所有燃烧空气侧的系统部件设计正压运行,烟气侧所有部件设计负压运行。平衡通风方式使炉膛和风道的漏风量不会太大,保证了锅炉较高的经济性,能防止炉内高温烟气外冒,对运行人员的安全和锅炉房的环境均有一定的好处。二次风系统供给燃烧所需的空气,设有2台50%容量的动叶可调轴流式送风机,在风机出口挡板后设有联络风管以平衡送风机
2、出口风压。在送风机的出口风道上设有暖风器装置,当环境温度较低时,可以投入暖风器,以提高进入空气预热器的空气温度,防止空气预热器冷端积灰和腐蚀。烟气系统是将炉膛中的烟气抽出,经尾部受热面、空预器、除尘器和烟囱排向大气。在除尘器后设有2台50%容量的动叶可调的轴流式引风机。为使除尘器前后的烟气压力平衡,使进入除尘器的烟气分配均匀,在两台除尘器进口烟道处设有联络管。为防止烟气倒流入引风机,在引风机出口处装有严密的烟气挡板。风烟系统主要由下列设备和装置组成,其运行参数也就决定了风烟系统的运行参数:1)两台动叶可调轴流式送风机2)两台动叶可调双级轴流式一次风机3)两台动叶可调双级轴流式引风机4)两台容克
3、式三分仓空气预热器5)暖风器系统6)两台布袋除尘器7)两台火检冷却风机8)两台密封风机9)连接管道、挡板或闸门风烟系统其实是两个平行的供风系统,有共同的炉膛、受热面烟道和两台引风机构成的风烟系统。输送至炉膛的空气,其作用是:1)提供燃料燃烧所需要的二次风、燃烬风,由送风机提供。2)提供输送和干燥煤粉的一次风,由一次风机提供。3)提供火检探测器的冷却风,由火检冷却风机提供,直接取自大气。4)磨煤机的密封风由一次风机出口经密封风机升压后提供。5)燃烧器上部的燃烬风口的作用是补充燃料后期燃烧所需的空气,同时实现分级燃烧,降低炉内的温度水平,抑制NOX 的生成。无论是密封风还是冷却空气,最终均进入炉膛
4、,是燃烧所需的空气的组成部分。二、 二次风系统为了使燃料在炉内的燃烧正常进行,必须向炉膛内送入燃料燃烧所需要的空气,用送风机克服烟气侧的空气预热器、风道和燃烧器的流动阻力,并提供燃料燃烧所需的氧气。二次风的流程:大气经滤网、消声器、暖风器,垂直进入两台轴流式送风机,由送风机提压后,经二次风道进入两台容克式三分仓空气预热器的二次风分仓中预热,热二次风经热二次风道送至二次风箱和燃烧器进入炉膛。每台空气预热器对应一组送风机和引风机。两台空气预热器的进出口风道横向交叉连接在总风道上,用来平衡两侧二次风压,在锅炉低负荷期间,可以只投入一组风机(送、引风机各一台)运行。加热后的二次风,经热二次风总管分配到
5、炉膛的各墙的燃烧器二次风箱后:一是通过一次风喷咀周边入炉的周界风;二是通过燃烧器顶部燃尽喷咀的燃烬风。在燃烧器风箱内流向各个喷咀的通道上设有调节挡板,用以完成各股风量的分配。三、一次风系统一次风的作用是用来输送和干燥煤粉,并供给燃料燃烧初期所需的空气。大气经滤网、消声器、暖风器,垂直进入两台轴流式一次风机,经一次风机提压后分成两路;一路进入磨煤机前的冷一次风管;另一路经空气预热器的一次风分仓,加热后进入磨煤机前的热一次风管,热风和冷风在磨煤机前混合。在冷一次风和热一次风管出口处都设有调节挡板来控制冷热风的风量,保证磨煤机总的风量要求和合适的出口温度。合格的煤粉经煤粉管道由一次风送至炉膛燃烧。一
6、次风机的流量主要取决于燃烧系统所需的一次风量和空气预热器的漏风量。密封风机风源来自冷一次风,最终进入磨煤机。一次风的压头主要取决于煤粉流的阻力及风道、空气预热器、挡板、磨煤机的流动阻力。其压头是随锅炉需粉量的变化而变化,可以通过调节动叶的倾角来改变风量,维持风道一次风的压力,适应不同负荷的变化。四、 烟气系统烟气系统的作用是将燃料燃烧生成的烟气经各受热面传热后连续并及时地排至大气,以维持锅炉正常运行。锅炉烟气系统主要由两台动叶可调轴流式引风机、两台容克式空气预热器和两台布袋除尘器构成。锅炉采用平衡通风,炉膛保持一定的负压。负压是通过调节引风机动叶的角度,改变风机的流量实现的。引风机的进口压力与
7、锅炉负荷、烟道通流阻力有关。其流量决定于炉内燃烧产物的容积及炉膛出口后所有漏入的空气量。两台空气预热器出口有各自独立的通道与两台除尘器相连接,除尘器的两室出口有共同的通道与引风机连接。在引风机的进出口有电动挡板,满足任一台引风机停运检修时的隔离需要。第二节 单级轴流式风机风机是把机械能转化为气体的势能和动能的设备,风机可以分为轴流式和离心式两种形式。轴流风机和离心风机比较:1)动叶调节轴流风机的变工况性能好,工作范围大。因为动叶片安装角可随着锅炉负荷的改变而改变,既可调节流量又可保持风机在高效区运行。2)轴流风机对风道系统风量变化的适应性优于离心风机。由于外界条件变化使所需风机的风量、风压发生
8、变化,离心风机就有可能使机组达不到额定出力,而轴流风机可以通过动叶片关小或开大动叶的角度来适应变化,同时由于轴流风机调节方式和离心风机的调节方式不同,决定了轴流风机的效率较高。3)轴流风机重量轻、飞轮效应值小,使得启动力矩大大减小。4)与离心式风机比较,轴流风机结构复杂、旋转部件多,制造精度高,材质要求高。 二期工程锅炉送风机、引风机和一次风机每炉均为两台,采用液压、动叶可调轴流式风机,送风机和一次风机由上海鼓风机厂有限公司生产,引风机是由成都凯凯凯电站风机有限公司生产。一、轴流风机的工作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
9、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421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
10、的作用力为0,如图422所示,这种运动为环流运动。 图421平行绕圆柱体流动 图422 环流运动 图423 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423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,
11、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。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424所示。若将叶轮以同一半径展开,如图425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Rm和Ru,力Rm使气体获得沿轴向流动的能量,力Ru使气体产生旋转运动,所以气流经过叶轮做功后,作绕轴的沿轴向运动。 图424 轴流风机的叶轮图425 环形叶栅中机翼与流体相互作用力分析图二、型式和参数1)型式引风机:动叶可调轴流式 HU27
12、050-22 风量:2270050m3/h 出口全压:8.50kpa送风机:动叶可调轴流式 FAF26.6-14-1 风量:996500m3/h 出口全压:4.45kpa 一次风机:动叶可调轴流式PAF19-13.3- 2 风量:434016m3/h 出口全压:14.894kpa2)设计参数(见表421)三、结构简介图426,为送风机的结构图,送风机是单级动叶可调轴流风机。图426 送风机的结构图图427 单级轴流风机结构图428 风机的叶轮单级轴流风机结构如图 427所示。送风机和引风机由以下部件组成:驱动电机、联轴器、主轴承、轴承润滑油系统、消声器、进气箱以及连接管道、风机轴、轴流叶片、液
13、压供油系统、液压缸、调节杆、失速探针等。每台送风机均有润滑油系统,主轴承的润滑油是由位于轴承座上的油槽提供。当主轴承温度超过90时,将会报警,运行人员需监视该温度并分析产生的原因,其原因可能为润滑油中断、冷却水系统故障。如温度继续升高达110时必须立即停机。送风机和引风机均采用挠性联轴器,即在电动机与风机之间装有一段中间轴,在它们的连接处装有数片弹簧片,其具有尺寸小,自动对中,适应性强的特点。一次风机主轴承采用滚柱轴承并带有一个焊接轴承箱,可承受转子全部的载荷。主轴、轴承箱和动叶调节的液压缸全部位于风机的芯筒内。图429 风机叶片的轮毂每台风机均有扩压器,将动能转变成静压能,降低涡流损失,提高
14、风机的效率,同时使空气流更加均匀,风机的出口过渡段允许扩压器和风道相连接。扩压器的出口和过渡段进口的连接均为挠性连接,可以减少风机传给风道的振动。表421 送风机、引风机及一次风机设计参数表a、送风机设备规范(技术协议数据)设备名 称单位TBBMCRBRL风机风机型式轴流动调风机型号FAF26.6-14-1风机入口重量流量kg/S298.95262.89253.77风机入口容积流量m3/S276.81243.42234.97风机全压Pa445037103655风机入口温度202020风机出口温度24.7523.8423.78转速r/min985效率%85.4288.0688.19轴功率kW14
15、171011960风机总重量kg25000风机的第一临界转速r/min1280.5叶轮直径mm2660叶片数量片14轴材质42CrMo机壳及叶轮(包括主轴)材质/厚度15MnV/12风机轴承型式滚动轴承润滑型式稀油轴承冷却方式油冷+空冷轴承冷却水量t/h4轴承使用寿命h50000叶片及调节叶片的使用寿命h50000联轴器形式钢挠性膜片液压及润滑油的压力MPa3.5液压及润滑油的油量l25L/MIN距离风机机壳1米处噪声dB(A)85电机电动机型号YKK630-6额定功率Kw1600额定电压V10000同步转速r/min1000频率Hz50效率94功率因数0.85堵转转矩(倍)0.6堵转电流(倍
16、)6.5最大转矩(倍)1.8绝缘等级级F防护等级IP54起动电流/额定电流6.5起动时间s10重量Kg9700冷却方式IC611b、吸风机设备规范(技术协议数据)设备名 称单位TBBMCRBRL风机风机型式动叶可调轴流风机型号HU27050-22风机入口重量流量kg/h177744915066881460474风机入口容积流量m3/h227005019242501862850风机全压Pa850068006750风机入口温度119119119风机出口温度126.3124123.8转速r/min745745745效率86.085.686.4轴功率kW608041743974风机总重量kg75000
17、距离风机机壳1米处噪声dB(A)安装隔声包敷层后85风机的第一临界转速r/min970叶轮直径mm3546叶片数量片222轴材质35CrMo机壳及叶轮(包括主轴)材质/厚度机壳:Q235/22,叶片:Q345D,轮毂:42CrMo,主轴:35CrMo风机轴承型式滚动轴承轴承润滑型式循环油+油池轴承冷却方式循环油+油池+风冷轴承冷却水量t/h/轴承使用寿命h正常工况下50000叶片及调节叶片的使用寿命h正常工况下50000联轴器形式膜片式液压及润滑油的压力MPa液压:4.2,润滑:0.18液压及润滑油的油量l/min液压:126,润滑:17电机电动机型号YKK1120-8额定功率7200kW额定
18、电压10000同步转速750r/min频率50Hz效率90功率因数0.8堵转转矩(倍)0.6堵转电流(倍)6.5最大转矩(倍)1.8绝缘等级F防护等级IP54起动电压8000或4800V起动时间25s重量冷却方式IC611c、一次风机设备规范(技术协议数据)设备名 称单位TBBMCRBRL风机风机型式动叶可调轴流风机型号PAF19-13.3-2风机入口重量流量kg/S137.6195.1291.65风机入口容积流量m3/S127.4288.0784.86风机全压Pa147501093010500风机入口温度202020风机出口温度35.4831.0330.37转速r/min1470效率83.5
19、288.0387.16轴功率kW21301049951风机尺寸mm1884风机总重量kg14000风机的第一临界转速r/min1911叶轮直径mm1884叶片数量片24轴材质35CrMo机壳及叶轮(包括主轴)材质/厚度Q235A/10风机轴承型式滚动轴承润滑型式稀油轴承冷却方式强制油循环轴承冷却水量t/h4t/h叶片及调节叶片的使用寿命h50000联轴器形式钢挠性膜片液压及润滑油的压力MPa3.53液压及润滑油的油量l25距离风机机壳1米处噪声dB(A)85电机电动机型号YKK7104额定功率2200额定电压10000同步转速1470频率50效率95功率因数0.86堵转转矩(倍)0.5堵转电流
20、(倍)6.0最大转矩(倍)2.0绝缘等级F防护等级IP54电加热器电压和功率380V/2.4KW(一台电机一路电源)起动电压80%Un起动时间20s重量16500Kg四、 技术特点1)叶轮叶轮是轴流风机的主要部件之一。气流通过旋转的叶轮,才能得到能量,并沿轴做螺旋的轴向流动。图428、429为风机的叶轮图,它由动叶、轮毂、叶柄、叶柄轴承、平衡重等组成。叶轮为焊接结构,重量轻,惯性矩小。叶片和叶柄等组装件的离心力通过推力球轴承传递至承载环上。2)液压润滑装置液压油站由油箱、油泵装置、滤油器、冷却器、仪表、管道和阀门等组成,其结构为整体式。工作时,油由齿轮泵从油箱中吸出,经单向阀,双筒过滤器送给叶
21、片调节装置,由于其压力较高,故称为压力油。另一路油经压力调节阀,单向阀、冷却器、节流阀、流量继电器等供轴承润滑。为了风机的运行可靠,油站中大部分器件均为两套,设两台齿轮油泵,一用一备,正常时工作油泵运行,遇有意外时,压力开关发信号启动备用泵,保证继续供油。油泵的出口压力由安全阀来调定,一般在3.5Mpa。滤油器为双套结构,一只工作,一只备用,当工作滤芯需要清洗或更换时,只要扳动三通阀即可实现。当冷油器发生意外需清洗或调换时,可以切换三通阀来进行旁路。电加热器用于加热油液,使得油保持一定的粘度。3)中间轴和联轴器风机的转子通过风机侧的半联轴器、电动机侧的半联轴器和中间轴同电机相连。五、风机的运行
22、和维护1) 风机的启动A 启动前的检查。检查与风机启动有关的润滑油系统、冷却水系统、液压油系统、一些保护和联锁装置、监测装置投入运行。B风机启动可以采用就地、遥控和程控的方式启动,但是在风机检修后试转时,一般采用就地近控启动,现场有专人检查风机的转向是否符合要求,检查风机的升速和运转情况,以便在异常工况下及时分析处理。同时监测风机的电流和启动时间,并进行风量的调节。风机试转时应确认系统内无积粉,以避免大量的可燃物进入炉膛,以防炉膛爆炸或烟道内可燃物再燃烧。C为保证风机的安全,风机应在最小负载下启动,即风机的动叶角度为0,出口挡板关闭,这是因为轴流风机的轴功率N是随着风量Q的增加而减小。如图42
23、10为带有动叶调节的送风机性能曲线,从图中可以知道动叶角度越小、风量越大时风机的轴功率将越小。D风机启动后逐渐开启动叶,同时注意避开喘振区。启动正常后应全面检查风机的运行工况,包括:电动机及机械部分的振动、轴承温度、电流、风量风压、电机线圈和铁芯温度、转动部件有无卡涩和金属摩擦声以及各附属设备及系统(润滑油系统、冷却水系统等)的运行情况。2) 风机的停止A风机的停用应考虑风机联锁的动作范围,并应将机组的负荷减小,开启有关的连通风门;B逐渐关闭需停运送风机的动叶,将需停用风机的负荷逐步转移至另一台风机;C关闭送风机出口挡板;D打开二次风联络门;E停止送风机;F根据情况停止风机油系统。3)风机正常
24、运行时的注意事项A调节送风机负荷时,二台风机的负荷偏差不应过大,防止风机进入不稳定工况运行。B. 定期将冷油器切换运行。切换时先对备用冷油器充油放气,结束后开启备用冷油器出油门和冷却水进、出口门,正常后再停运原运行的冷油器。C当油系统滤网差压过大时,及时切换至备用滤网运行,通知维护人员清理。D发现风机各处油位低时,及时联系加油。E风机正常运行监视点。风机的电流是风机负荷的标志,同时也是一些异常事故的预报。风机的进出口风压反映了风机的运行工况,还反映了锅炉及所属系统的漏风或受热面的积灰和积渣情况,需要经常分析。运行时需检查风机及电机的轴承温度、振动、润滑油流量、情况及各系统和转动部分的声音是否正
25、常等。图4210 送风机性能曲线4)轴流风机的调节轴流式风机的运行调节有四种方式:动叶调节、节流调节、变速调节和入口静叶调节。动叶调节是通过改变风机叶片的角度,使风机的曲线发生改变,来实现改变风机的运行工作点和调节风量。这种调节经济性和安全性较好,每一个叶片角度对应一条曲线,且叶片角度的变化几乎和风量成线性关系。节流调节的经济性很差,所以轴流式风机不采用这种调节方式。变速调节是最经济的调节方式,但需要配置电机变频装置或液力偶合器,电气谐波问题很突出,综合造价和运行维护费用也不低,故现在运行也并不多。入口静叶调节时系统阻力不变,风量随风机特性曲线的改变而改变,风机的工作点易进入不稳定工况区域。六
26、、故障分析和处理表461 送风机、引风机、一次风机常见故障分析故障现象故障原因检查项目主轴承温度过高1、润滑油流量不足2、冷却器的冷却水量不足3、冷却器内粘附污物4、轴承内有异物1、适当调整溢流增加油压2、检查冷却水量,冷却水管是否堵塞3、清洗水冷管内外部4、检查轴承,有异声则更换系统油压低1、油泵故障2、油泵吸入口不充满3、油箱油位过低4、溢流阀失灵5、液压缸阀芯间隙过大或工作状况不良(排油量大)1、检查维修2、检查是否吸入口带空气3、加油并检查管路是否漏油4、调整或拆开检查5、检查阀芯处间隙并调整液压缸系统油压过高1、溢流阀工作异常2、溢流阀卸荷管路堵塞1、调整或拆开检查2、检查并维修备用
27、油泵不运行1、电气故障2、叶片被异物卡住1、检查电路2、检查修理异常噪声主机1、风机内有异物2、旋转件与静止件相干涉3、喘振1、检查修理2、检查修理3、减小动叶开度使风机退出喘振区。油泵1、油泵内有空气2、产生空蚀现象1、排出空气2、清洗吸入口振动1、风机未对中2、主轴承故障3、转子不平衡4、喘振5、风筒支板或底座板开焊1、调正风机中心2、检查轴承,若异常则更换3、检查异常磨损、裂纹或粉尘粘附情况。检查有无螺栓、螺母脱落4、减小动叶开度使风机退出喘振区5、补焊主轴承处漏油1、润滑油油量大2、密封圈或密封片损坏3、润滑油回油阻塞或空气闭塞1、检查润滑油进油管上的溢流阀2、更换3、检查修理动叶滞卡
28、1、轮毂内部调节机械损坏2、操作机构滞卡3、动叶支撑轴缺油1、修理更换2、修理更换3、换润滑油和动叶支撑轴承动叶角度调节异常1、铰接管接头和阀芯、阀套磨损2、活塞环和齿型密封损坏。3、挠性软管损坏(漏油)4、动叶滞卡1、更换磨损件2、更换3、更换4、按动叶滞卡的故障处理第三节 双级轴流式风机一次风机为双级动叶可调轴流风机,引风机的结构和一次风机相类似,都是双级动叶可调轴流风机。一次风机的结构如图431所示,一次风机的叶轮如图432所示。图431 一次风机的结构图图432 一次风机的叶轮图双级轴流式风机的工作原理、运行维护和单机轴流式风机相同。这里不再阐述。具体本章第二节相关内容。第四节 风机的
29、失速和喘振一、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速度环量 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
30、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”。如图441。a、风机正常工况时的气体流动状况b、风机脱流工况时的气体流动状况图441 风机正常工况与脱流工况的气流状况对比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
31、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。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442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
32、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W1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WW1的速度旋转,方向
33、与叶轮转向相同。 图442 动叶中旋转脱流的形成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,当脱流区的数目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。图44
34、3在轴流风机QH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。图443 轴流风机的QH性能曲线图444 轴流风机失速探头安装位置示意图图445 轴流风机失速探头性能图旋转脱流对风机性能的影响不一定很显著,虽然脱流区的气流是不稳定的,但风机中流过的流量基本稳定,压力和功率亦基本稳定,风机在发生旋转脱流的情况下尚可维持运行,因此,风机的工作点如落在脱流区内,运行人员较难从感觉上进行判断。因为旋转脱流不易被操作人员觉察,风机进入脱流区工作对风机安全始终构成威胁,所以一般大容量轴流风机都装有失速探头以帮助运
35、行人员及时发现危险工况。如图444所示:失速探头由两根相隔约3mm的测压管所组成,安装于叶轮叶片的进口前,测压管中间用厚3mm高(突出机壳的距离)3mm隔片分开。风机在正常工作区域内运行时,叶轮进口的气流较均匀地从进气室沿轴向流入,失速探头之间的压力差等于或略大于零。图445中的P为两测压管的压力差。当风机的工作点落在旋转脱流区,叶轮前的气流除了轴向流动之外,还有脱流区流道阻塞成气流所形成的圆周方向分量。于是,叶轮旋转时先遇到的测压孔,即隔片前的测压孔压力高,而隔片后的测压孔的气流压力低,产生了压力差。一般失速探头产生的压力差达245392Pa时报警。风机的流量越小,失速探头的压差越大,如图4
36、45中的BCD段曲线。.当差压达到设定值时,失速探头发信号报警,提醒运行人员进行干预消除危险工况。失速探头装好以后,通过调试予以标定,调整探头中心线的角度,使测压管在风机正常运转的差压为最小。二、喘振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446所示:轴流风机QH性能曲线,若用节流调节
37、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线迅速下降至流量Q=0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
38、过程又重复出现。如果风机的工作状态按FKCDF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QH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。图446 轴流风机的QH性能曲线旋转脱流与喘振的发生都是在QH性能曲线左侧的不稳定区域,所以它们是密切相关的,但
39、是旋转脱流与喘振有着本质的区别。旋转脱流发生在图446所示的风机QH性能曲线峰值以左的整个不稳定区域;而喘振只发生在QH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
40、447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
41、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
42、自动排出阀门,使风机的排出流量恒大于QK.图447 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,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
43、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。第五节 空气预热器空气预热器是利用锅炉尾部烟气热量来加热燃烧所需要空气的一种热交换装置,由于它工作在烟气温度较低的区域,回收了烟气热量,降低了排烟温度,因而提高了锅炉效率。同时由于燃烧空气温度的提高,有利于燃料着火和燃烧,减少了不完全燃烧损失。现代高参数大容量火力发电机组都采用具有多级回热的朗肯循环,利用汽轮机多级抽汽加热凝结水,所以进入锅炉的给水温度已相当高。例如亚临界压力机组,进入省煤器的给水温度达280左右。因此应用省煤器已无法将烟气冷却到合乎经济要求的温度。而冷空气温度很低,所以可通过应用空气预热器吸收烟气热量,加热空气,达到降低排烟温度的目的。空气预热器不仅能降低排烟温度,提高锅炉效率,而且经过预热的空
限制150内