0 引言
　　由于動葉可調軸流通風機具有體積小、質量輕、低負荷區域效率較高、調節范圍寬廣、反應速度快等優點，近十年來，國內大型火力發電廠已普遍采用動葉可調軸流通風機。因為軸流通風機具有駝峰形性能曲線這一特點，理論上決定了風機存在不穩定區。風機并不是在任何工作點都能穩定運行，當風機工作點移至不穩定區時就有可能引發風機失速及喘振等現象的發生。
　　筆者針對揚州第二發電有限責任公司二期擴建工程2×600MW 機組一次風機在安裝、調試期間發生的失速問題，對失速與喘振的原理進行了分析，并提出了相應檢查和整改措施，以及風機在正常運行過程中如何避免失速與喘振的發生。
    1 　軸流通風機失速與喘振的關系
    1.1 　失速
　　目前，一般軸流通風機通常采用高效的扭曲機翼型葉片，當氣流沿葉片進口端流入時，氣流就沿著葉片兩端分成上下兩股，處于正常工況時，沖角為零或很?。饬鞣较蚺c葉片葉弦的夾角α即為沖角），氣流則繞過機翼型葉片而保持流線平穩的狀態，如圖1a所示。當氣流與葉片進口形成正沖角時，即α>0，且此正沖角超過某一臨界值時，葉片背面流動工況則開始惡化，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1b所示。沖角α大于臨界值越多，失速現象就越嚴重，流體的流動阻力也就越大，嚴重時還會使葉道阻塞，同時風機風壓也會隨之迅速降低。

　　風機的葉片在制造及安裝過程中，由于各種客觀因素的存在，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。當某一葉片進口處的沖角 α 達到臨界值時，就可能先在該葉片上發生失速，并非是所有葉片都會同時發生失速，失速可能會發生在一個或幾個區域，該區域內也可能包括一個或多個葉片。由于失速區不是靜止的，它會從一個葉片向另一個葉片或一組葉片擴散，如圖2所示。假定產生的流動阻塞先從葉道23開始，其部分氣流只能分別流進葉道12和34, 使葉道12的氣流沖角減小 , 葉道34的沖角增大 , 以至于葉道 34 也發生阻塞 , 并逐個向葉道45、56 … 傳播 , 如圖2所示。試驗表明：脫流的傳播速度ω′小于葉片運轉的角速度ω；因此，在絕對運動中，脫流區以Δω =ω′－ω 速度旋轉，方向與葉輪旋轉方向相同，這種現象稱為旋轉脫流或旋轉失速。風機進入到不穩定工況區運行時，葉輪內將會產生一個或數個旋轉失速區。葉片每經過一次失速區就會受到一次激振力的作用，從而會使葉片產生共振；此時，葉片的動應力增加，嚴重時還會導致風機葉片斷裂，造成設備重大損毀事故。

    1.2 　影響沖角大小的因素
　　通常風機是定轉速運行的，即葉片周向線速度可以看作是一定值，這樣影響葉片沖角大小的因素就是氣流速度與葉片的安裝角。

　　由圖3可看出，當葉片安裝角β（圖3中虛線代表的角度）一定時， 如果氣流速度c 越小，則沖角α（圖3中虛線與相對速度w的夾角）就越大，產生失速的可能性也就越大。
　　當氣流速度c一定時， 如果 葉片安裝角β減小，則沖角α也減??；當氣流速度c很小時，只要葉片安裝角β很小，氣流沖角α也很小。因此，當風機剛剛啟動或低負荷運行時（前提是管道的進、出口風門此時應處于全開狀態），風機失速的可能性將會減小甚至消失。同樣，對于動葉可調風機，當風機發生失速時，關小失速風機的動葉角度，可以減小氣流的沖角，從而使風機逐步擺脫失速狀態。當然，還可以明顯地看出，對于葉片高度方向而言，線速度u是沿葉片高度方向逐漸增大的，在氣流速度c一定的情況下，沖角α會隨著葉片高度方向逐漸增大，以至于在葉頂區域形成旋轉脫流；因此，隨著葉片高度的方向逐漸減小，葉片安裝角β可以避免因葉高引起的旋轉脫流。目前，動葉可調軸流風機常用的扭曲葉片就是基于這個道理（見圖4）。

    1.3 　喘振
　　一般軸流通風機性能曲線的左半部，都存在一個馬鞍形的區域（這是風機的固有特性，但軸流通風機相對比較敏感），在此區段運行時有時會出現風機的流量、壓頭（反映在風機驅動電機的電流）的大幅度脈動風機及系統風道都會產生強烈的振動、噪聲顯著增高等不正常工況，一般稱之為“喘振”，這一不穩定工作區稱為喘振區。實際上，喘振僅僅是不穩定工作區內可能遇到的現象，而在該區域內必然要出現的則是旋轉脫流或稱旋轉失速現象。風機喘振的主要表現為風量、出口風壓（電機電流）出現大幅度波動，劇烈振動和異常噪聲。
    1.4 　失速與喘振的區別及聯系
　　風機的失速與喘振的發生都是在p-Q性能曲線左側的不穩定區域，所以它們是密切相關的。但是失速與喘振有著本質的區別：失速發生在圖5所示p-Q性能曲線峰值K以左的整個不穩定區域；而喘振只發生在p-Q性能曲線向右上方的傾斜部分，其壓力降低是失速造成的，可以說失速是喘振發生的根本誘因。

　　旋轉脫流的發生只取決于葉輪本身、葉片結構、進入葉輪的氣流情況等因素，與風道系統的容量、形狀等無關，但卻與風道系統的布置形式有關。失速發生時, 盡管葉輪附近的工況有波動, 但風機的流量、壓力和功率是基本穩定的, 風機可以繼續運行。
　　當風機發生喘振時，風機的流量、壓力（和功率）產生脈動或大幅度的脈動，同時伴有非 常明 顯的噪聲，喘振時的振動有時是很劇烈的，能損壞風機與管道系統。所以喘振發生時，風機無法正常運行。
　　風機在喘振區工作時，流量急劇波動，其氣流產生的撞擊，使風機發生強烈的振動，噪聲增大，而且風壓不斷變化，風機的容量與壓頭越大，則喘振的危害性越大，故風機產生喘振應具備下述條件：
　　（1）機的工作點落在具有駝峰形 p-Q 性能曲線的不穩定區域內；
　　（2）風道系統具有足夠大的容積，它與風機組成一個彈性的空氣動力系統；
　?。?）整個循環的頻率與系統的氣流振蕩頻率合拍時，產生共振。
    2 　一次風機調試及運行情況
    2.1 　一次風機主要結構參數
　　揚州第二發電有限責任公司二期工程一次風機由沈陽鼓風機（集團）有限公司設計制造，其主要參數見表1。

    2.2 　一次風機發生的兩次失速情況
    2.2.1 　一次風機 3B 發生的失速
　　2006年10月19日，3＃機組負荷150MW，一次風機3A、3B處于自動調節狀態。運行過程中發現，兩臺一次風機動葉開度逐漸開足，而一次風母管壓力變化不大，同時一次風機3B振動上升，經就地檢查，發現一次風機3B有異聲，同時一次風機外殼溫度也較高，判斷一次風機3B發生失速，經手動將一次風機動葉關小至60%后，一次風壓又明顯上升，振動值也回落，一次風機3B恢復正常。
    2.2.2 　一次風機 3A 發生的失速
　　2006年10月24日，3＃機組負荷600MW，運行中給煤機3A突然跳閘，手動停運磨煤機3A后，關閉磨煤機出口關斷閥，一次風流量下降約105kg/h，導致一次風機出口壓力上升（從8.84 kPa 上升至9.25kPa ），一次風機3A電流從66A下降至61A，振動從52mm上升至86mm，出口溫度從30°C 上升至35°C ，并仍有上升的趨勢，就地檢查，一次風機3A伴有異常聲響。判斷一次風機3A發生失速后，手動關小一次風機3A的動葉開度，一次風機出口壓力又緩慢回升，此時逐步關小正常運行的一次風機3B動葉開度，降低背壓，以有助于發生失速的一次風機3A盡快脫離失速區。終，一次風機3A恢復正常。

    2.3　一次風機性能試驗
　　為避免一次風機發生失速及喘振，揚州二電進行了一次風機失速性能試驗，試驗數據見表2。

    2.4 　一次風機失速問題的檢查與整改
    2.4.1　 一次風機3A與3B葉片的真實角度偏差調整
　　從表2可明顯看出，兩臺風機在執行機構同樣的開度之下，電流存在較大的偏差，可以推斷出兩臺風機的葉片真實開度與葉片角度盤的顯示存在的誤差較大。這導致兩臺風機的真實工作點偏離了設計工作點，其中3A的工作點向左偏移，3B向右偏移，因而3A更易失速。從失速時的出口風壓也可以看出，3A確實更容易失速。
    2.4.2 　一次風機前、后兩級葉片角度的偏差調整
　　一次風機的前、后兩級葉片的角度存在一定的偏差，經現場實地檢查發現，由于安裝問題，其角度偏差值約在2°~3°之間； 葉片角度的偏差過大，將導致前、后兩級葉輪之間出現“搶風”現象，其結果是導致風機實際失速線的下移。因此，需控制其偏差在 1° 以內。
    2.4.3 　一次風機同級葉片的偏差調整
　　根據 1.1 所述，一次風機同級葉片存在的角度偏差，是旋轉脫流現象的主要誘發因素。當同級葉片存在較大的角度偏差時，風機實際失速線將會有較大幅度下移，從而導致風機在“理論穩定區”內發生失速，因此，需控制其偏差在2°以內。
    2.4.4 　一次風機葉頂動靜間隙的偏差調整
　　一次風機葉頂的動靜間隙設計標準較高。但在檢查中發現，實際風機葉頂的動靜間隙在5~6.5