一种轴流风机喘振和失速实时监测和预防方法

摘要

本发明公开了一种轴流风机喘振和失速实时监测和预防方法，该方法采用对风机的动叶片安装角度、风量、压头等参数进行实时监测，并将监测数值送入监视系统中风机性能曲线对应的工作点，以对比其工作点所在位置是否在运行曲线的喘振失速报警区附近来及时进行判断和预警。能够及时发现风机运行中的安全隐患，监测和预防没有滞后性，能够有效保证锅炉的燃烧工况稳定，从而使机组安全、稳定的运行。

说明书

技术领域

本发明属于轴流式风机领域，涉及一种对轴流式风机工况的检测和 事故预防方法，尤其是一种轴流风机喘振和失速实时监测和预防方法。

背景技术

轴流式风机是一种低压头、大流量的风机，其优越性日益得到大家 的认可，并且广泛应用于各个工业领域。轴流风机结构复杂，旋转的动 部件较多，所以它的可靠性比离心式风机略差一些，主要体现在风机的 喘振失速上。风机喘振时，气流强烈的周期性的来回流动，会导致噪声 变大、叶片应力加大，对叶轮和轴承及其连接部件产生很大冲力，当这 些力增大到一定程度，会使风机的转动与静止部件发生断裂，甚至摧毁 整个风机，因此我们要避免风机在喘振失速区工作。轴流风机的喘振失 速监测目前是以喘振失速开关的形式来进行其运行状态的监视报警，当 喘振开关报警后，提醒运行人员风机进入非工作区内，必须进行及时的 处理，防止长期喘振造成设备的损坏及运行工况的不稳定。当喘振发生 后再进行处理时，不仅对机组的运行安全造成了不利影响，而且也对设 备造成了一定损害，所以有必要对风机喘振进行提前预防。

风机在运行时发生喘振，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 正常运行。为了预警喘振现象发生，轴流风机通常是在叶轮进口处装置 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，如下图所示。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。

喘振失速报警开关使用缺陷：使用喘振失速开关作为轴流风机运行 状态监视的手段显然有些滞后，待喘振失速现象发生后再着手处理往往 有点“亡羊补牢”的意思，有可能由此导致风机设备的损害发生，更甚 至影响到锅炉的燃烧工况稳定而导致锅炉MFT跳闸，给机组的安全、 稳定运行带来不利影响。

以上所述喘振失速开关作为一种对当前风机事故状态预警的“后处 理”方式已经不能够满足发电机组长期安全、经济运行的需要，所以在 此发展背景下需要找到一种对轴流风机运行过程中喘振失速现象进行实 时在线监测，并提前预防事故发生的方法。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种轴流风机喘 振和失速实时监测和预防方法，该方法采用对风机的动叶片安装角度、 风量、压头等参数进行实时监测，并将监测数值送入监视系统中风机性 能曲线对应的工作点，以对比其工作点所在位置是否在运行曲线的喘振 失速报警区附近来及时进行判断和预警。从而能够提前发现预防，避免 风机的工作点进入喘振失速区内，有利于机组的安全稳定运行，产生一 定的经济效益，避免不必要的设备损害事故发生。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：

这种轴流风机喘振和失速实时监测和预防方法，包括：

(1)监视轴流风机叶片角度和风机压头，将风机叶片的开度指令对 应的叶片角度数据经前期试验实测后绘制成热控曲线图表输入到热工控 制系统中；

(2)将厂家提供的风机Q-H曲线通过热工绘图绘制成该风机的热 控曲线图表，再将运行风机压头在热控性能曲线图表上叶片角度所对应 的风机实时工作点A与热工控制系统中CRT画面上显示的该风机热控 性能曲线图表整合后作为风机的性能曲线显示，显示当前运行状态所在 位置，判断当前工作点A是否在风机的性能曲线安全区工作内，与预设 显示在热控性能曲线图表上的喘振报警线进行比较，并在喘振失速报警 线设定的范围内发出预警，告知运行操作人员进行提前判断和处理；

(3)在风机运行过程中，获取风机运行的实时叶片角度，同时根据 实时风机运行压头，并与预先画好的热控曲线图表进行比较，以判断是 否在安全区工作。

进一步，以上步骤(2)中，风机运行过程中通过风机叶片开度指令、 反馈信息直接得到风机运行的实时叶片角度，同时采集实时风机出口运 行压头作为实时风机运行压头。

将风机叶片开度由0％～100％的开度指令对应的由-30°～+15°的 叶片角度数据经前期试验搜集后输入到热工控制系统中。

利用函数发生器，生成喘振曲线报警线，放入自动控制系统中。

本发明采用对风机的动叶片安装角度、风量、压头等参数进行实时 监测，并将监测数值送入监视系统中风机性能曲线对应的工作点，以对 比其工作点所在位置是否在运行曲线的喘振失速报警区附近来及时进行 判断和预警。能够及时发现风机运行中的安全隐患，监测和预防没有滞 后性，能够有效保证锅炉的燃烧工况稳定，从而使机组安全、稳定的运 行。

附图说明

图1为X-Y绘图仪绘制的风机热控性能曲线图；

图2为本发明减小叶片角度的控制路径图；

图3为本发明的流程框图；

图4为轴流风机Q-H性能曲线。

具体实施方式

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 会出现风机的流量、压头和功率的大幅度脉动，风机及管道会由此产生 强烈的振动、设备运行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。如图4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。

为了避免风机产生喘振，本发明提出的轴流风机喘振和失速实时监 测和预防方法采用对风机的动叶片安装角度、风量、压头等参数进行实 时监测，并将监测数值送入监视系统中风机性能曲线对应的工作点，以 对比其工作点所在位置是否在运行曲线的喘振失速报警区附近来及时进 行判断和预警。下面结合附图对本发明做进一步详细描述(参见图3)：

(1)监视叶片角度和风机压头。通过将风机叶片开度指令(0％～ 100％)每5％指令对应的风机就地实际叶片角度(例如：叶片角度范围 在-30°～+15°之间)数据经前期试验实测搜集后绘制成热控曲线图表输 入到热工控制系统中，风机运行过程中通过叶片(0％～100％)开度指 令、反馈信息直接得到风机运行的实时叶片角度，同时采集实时风机出 口运行压头(进入空预器之前的风机压头)；

(2)另外将厂家提供的本风机性能曲线(Q-H曲线)通过热工绘图 绘制成该风机的热控性能曲线图表(如图1所示)，再将运行风机压头在 热控性能曲线图表上叶片角度所对应的风机实时工作点A与CRT画面 上显示的该风机热控性能曲线图表整合后作为风机的性能曲线显示，显 示当前运行状态所在位置，判断当前工作点A是否在风机的性能曲线安 全区工作内，与预设显示在热控性能曲线图表上的喘振报警线进行比较 分析，并在喘振失速报警线设定的一定范围内发出预警，告知运行操作 人员进行提前判断和处理。风机运行过程中通过风机叶片开度指令、反 馈信息直接得到风机运行的实时叶片角度，同时采集实时风机出口运行 压头作为实时风机运行压头。

如图2，测量采集风机运行的实时流量，并根据空预器的漏风量反 算风机出口实际风量，同时根据风机出口压头数据信息，生成风机的当 前运行工作点A¹，与工作点A同步辅助操作员进行监视判断。

并且将风机风量和压头信号送入热工Q-H绘图仪，以作监视。在 CRT上画出风机的运行特性曲线，并将风机的运行工作点显示上去，工 作点设置为A点，操作员可直接从上面看到风机的运行工作状态，如图 所示。

以上利用函数发生器，生成喘振曲线报警线，放入自动控制系统中， 当运行点接近喘振线时，则发出报警信号。

采集风机运行实时电流、振动数值信息，辅助操作员进行监视和判 断。