對軸流式風機失速的機理進行了較為詳細的探討，闡述了實際運行中產生失速的原因，介紹了華能大連電廠#3、#4機組鍋爐送風機的失速特性和失速方面的保護，并從運行管理的角度提出了失速的緊急處理方案和相關預防措施。
關鍵詞：沖角  失速  特性曲線  失速保護  預防措施
       風機的失速現象主要發生于軸流式風機。一般情況下，大型火電機組的鍋爐送風機均為動葉可調節軸流式風機，失速時常常會引起振動，嚴重時威脅到機組的安全運行。華能大連電廠于上世紀末引進Babcock公司制造的350MW火電機組，本文就其配套的ANN2180/1000N型送風機在運行過程中的失速問題作簡要分析。
       1　失速產生的機理
       1.1　失速的過程及現象
       風機處于正常工況時，沖角很小（氣流方向與葉片葉弦的夾角即為沖角），氣流繞過機翼型葉片而保持流線狀態，如圖1（a）所示。當氣流與葉片進口形成正沖角，即α>0，且此正沖角超過某一臨界值時，葉片背面流動工況開始惡化，邊界層受到破壞，在葉片背面尾端出現渦流區，即所謂“失速”現象，如圖1（b）所示。沖角大于臨界值越多，失速現象越嚴重，流體的流動阻力越大，使葉道阻塞，同時風機風壓也隨之迅速降低。

      風機的葉片在加工及安裝過程中由于各種原因使葉片不可能有完全相同的形狀和安裝角，因此當運行工況變化而使流動方向發生偏離時，在各個葉片進口的沖角就不可能完全相同。如果某一葉片進口處的沖角達到臨界值時，就首先在該葉片上發生失速，而不會所有葉片都同時發生失速。如圖2中，u是對應葉片上某點的周向速度，w是氣流對葉片的相對速度，α為沖角。假設葉片2和3間的葉道23首先由于失速出現氣流阻塞現象，葉道受堵塞后，通過的流量減少，在該葉道前形成低速停滯區，于是氣流分流進入兩側通道12和34，從而改變了原來的氣流方向，使流入葉道12的氣流沖角減小，而流入葉道34的沖角增大。可見，分流結果使葉道12繞流情況有所改善，失速的可能性減小，甚至消失；而葉道34內部卻因沖角增大而促使發生失速，從而又形成堵塞，使相鄰葉道發生失速。這種現象繼續進行下去，使失速所造成的堵塞區沿著與葉輪旋轉相反的方向推進，即產生所謂的“旋轉失速”現象。風機進入到不穩定工況區運行，葉輪內將產生一個到數個旋轉失速區。葉片每經過一次失速區就會受到一次激振力的作用，從而可使葉片產生共振。此時，葉片的動應力增加，致使葉片斷裂，造成重大設備損壞事故。

       1.2　影響沖角大小的因素
      大型火電機組的送風機一般是定轉速運行的，即葉片周向速度u是一定值 ，這樣影響葉片沖角大小的因素就是氣流速度與葉片開度角。如圖3所示，可以看出：當葉片開度角β一定時，如果氣流速度c越小時，沖角α就越大，產生失速的可能性也就越大。
從圖3還可以看出，當流速C一定時，如果葉片角度β減小，則沖角α也減小；當流速C很小時，只要葉片角度β很小，則沖角α也很小。因此，當風機剛啟動或低負荷運行時，風機失速的可能性大大減小甚至消失。
       1.3　運行中風機失速的原因
由于氣流速度與流量成正比，因此正常運行中導致風機流量異常降低的因素都可能導致風機失速：
（1）風機出口擋板銷子脫落或斷裂等原因導致其突然關閉或部分關閉時。
（2）變負荷過程中由于調節失靈或誤操作致使兩臺風機風量嚴重不平衡。
（3）風機出入口風道堵塞，如暖風器或空預器嚴重積灰。
       2　華能大連電廠ANN2180/1000N送風機失速特性及相關保護
       2.1　風機的失速特性曲線
       華能大連電廠#3、#4機組的送風機是動葉可調軸流式風機，制造商HOWDEN VARIAX，風機型號ANN2180/1000N，采用17個機翼型葉片，設計轉速1490 r/m， BMCR時風機出口風壓2.4KPa。風機動葉片就地實際開度范圍15°～55°，對應于控制室動葉開度0%～100%，其中就地開度25°對應于控制室動葉開度25%。

      圖4是該風機的失速特性曲線，當就地葉片開度角為50°時（控制室動葉開度87.5%），A—B是其對應的正常運行區，B—C—D—E為失速區。下面就以風機葉片開度50°時為例說明其失速特性。
      當風機由于某種原因導致出口壓力升高時，例如出口門關閉或風道堵塞時，運行工作點將從A向B移動，空氣流量減小，沖角α增大，到達B點時，葉片將失速，葉輪內將產生一個到數個旋轉失速區，風機壓力和流量將劇烈下降。由于失速區的不穩定，風機的運行工況點也不會穩定，可能會在C點附近擺動。失速區繼續發展，風機工況點將到達D點，此時所有葉片的頂部將形成一個環形失速區域帶。如果出口壓力進一步升高，空氣流量還要減小，風機工作點將到達E點，此時風機整個葉輪將處于失速區。如果現在出口壓力降低，空氣流量將逐漸增加，工作點將沿E點返回至D點，并沿DCˊBˊ直至脫離失速區域。
       2.2　風機的失速保護
      華能大連電廠#3、#4機組的送風機裝有失速CB（CUTBACK）保護及失速跳閘保護裝置。
送風機失速CB保護就是通過檢測兩臺送風機出入口差壓點PT023AI、PT024AI大小，并和相應送風量所對應的風機差壓高高值相比較，如果差值都≥0，則認為送風機進入失速危險區域，失速CB保護發出，控制系統自動將兩臺送風機動葉指令目標值設置為0%，快速關小動葉開度，同時目標負荷為0，快速減小機組負荷，直至差值＜0為止，失速CB保護才停止。正常運行中兩臺送風機都投自動的情況下，如果僅是一臺送風機出入口差壓達高高值，則失速CB保護不會動作，需要手動進行處理。表1是單臺送風機負荷和其相應的差壓高高動作值。

表1   送風機負荷及其相應的出入口差壓高高值對照表

       失速跳閘保護是由失速探測器發出的。失速探測器根據風機失速時壓力劇烈波動原理工作，其檢測到的差壓信號送至一個差壓開關PSBA027。如果PSBA027>500Pa，且送風機葉片角度＞25°（25%）時，則延時120秒跳閘該送風機。如果葉片角度<25°,將取消失速保護功能。
為什么葉片角度<25°,將取消失速保護功能？如前所述，當葉片角度β很小時，則沖角α也很小，風機失速可能性很小。所以該送風機設計為當葉片角度小于30°時，即使發生出口擋板全關，空氣流量為零這樣最惡劣的情況，送風機也不會失速，風機運行還是安全的，如圖4中的陰影部分所示。但是如果流量太小，風機出口壓力很高，失速保護容易誤動，考慮到一定的裕量，當葉片角度<25°,就將失速保護功能斷開。
       3　風機失速3的處理及預防措施
      從以上分析中可以得出處理失速方法的本質是設法減小沖角，恢復葉片線形繞流。實際運行中當風機發生單側出入口差壓高高報警或失速報警，風機進入危險區域運行時，為避免風機失速，應采取以下緊急處理方法：
（1）立即檢查并確認風道各擋板全部打開。
（2）快速降低機組負荷，同時關小風機導葉開度，直至風機恢復正常運行。
（3）盡量調節兩臺送風機風量相平衡。
為防患于未然，必須做好預防送風機失速的相關措施：
（1）每次大修后第一次起機時記錄下送風機各負荷工況下對應的風機風壓/差壓值，并以此作為基準參照值，供以后運行中對比使用。
（2）正常運行中，盡量保持兩臺送風機的風量相平衡，并經常監視動葉開度與風壓/差壓和風量的關系，檢查核對就地風煙擋板實際開度情況。如果發現任一臺送風機出口壓力/差壓不正常升高，或送風機出口通道阻力超過設計值時，則表明風機正進入危險區域，有可能發生失速。可根據情況在低谷期間鍋爐投半側運行方式，對相應側暖風器和空預器進行沖洗，恢復風道通暢。
（3）利用每次停機的機會對空預器和暖風器進行檢查，發現積灰或雜物堵塞都要及時清理。
（4）每次機組檢修時應該對送風機失速探測器和相關壓力變送器、差壓開關進行檢查，確保保護動作可靠。