風(fēng)機(jī)的喘振保護(hù)構(gòu)成原理
軸流風(fēng)機(jī)性能曲線的左半部具有一個(gè)馬鞍形的區(qū)域，在此區(qū)段運(yùn)行有時(shí)會(huì)出現(xiàn)風(fēng)機(jī)的流量、壓頭和功率的大幅度脈動(dòng)，風(fēng)機(jī)及管道會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)，噪聲顯著增高等不正常工況，一般稱為“喘振”，這一不穩(wěn)定工況區(qū)稱為喘振區(qū)。實(shí)際上，喘振僅僅是不穩(wěn)定工況區(qū)內(nèi)可能遇到的現(xiàn)象，而在該區(qū)域內(nèi)必然要出現(xiàn)的則是旋轉(zhuǎn)脫流或稱旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象。這兩種工況是不同的，但是它們又有一定的關(guān)系。象17如下圖圖所示：軸流風(fēng)機(jī)Q-H性能曲線，若用節(jié)流調(diào)節(jié)方法減少風(fēng)機(jī)的流量，如風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)在K點(diǎn)右側(cè)，則風(fēng)機(jī)工作是穩(wěn)定的。當(dāng)風(fēng)機(jī)的流量Q < QK時(shí)，這時(shí)風(fēng)機(jī)所產(chǎn)生的最大壓頭將隨之下降，并小于管路中的壓力，因?yàn)轱L(fēng)道系統(tǒng)容量較大，在這一瞬間風(fēng)道中的壓力仍為HK，因此風(fēng)道中的壓力大于風(fēng)機(jī)所產(chǎn)生的壓頭使氣流開始反方向倒流，由風(fēng)道倒入風(fēng)機(jī)中，工作點(diǎn)由K點(diǎn)迅速移至C點(diǎn)。但是氣流倒流使風(fēng)道系統(tǒng)中的風(fēng)量減小，因而風(fēng)道中壓力迅速下降，工作點(diǎn)沿著CD線迅速下降至流量Q=0時(shí)的D點(diǎn)，此時(shí)風(fēng)機(jī)供給的風(fēng)量為零。由于風(fēng)機(jī)在繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，所以當(dāng)風(fēng)道中的壓力降低倒相應(yīng)的D點(diǎn)時(shí)，風(fēng)機(jī)又開始輸出流量，為了與風(fēng)道中壓力相平衡，工況點(diǎn)又從D跳至相應(yīng)工況點(diǎn)F。只要外界所需的流量保持小于QK，上述過程又重復(fù)出現(xiàn)。如果風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)按F-K-C-D-F周而復(fù)始地進(jìn)行，這種循環(huán)的頻率如與風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的振蕩頻率合拍時(shí)，就會(huì)引起共振，風(fēng)機(jī)發(fā)生了喘振。
風(fēng)機(jī)在喘振區(qū)工作時(shí)，流量急劇波動(dòng)，產(chǎn)生氣流的撞擊，使風(fēng)機(jī)發(fā)生強(qiáng)烈的振動(dòng)，噪聲增大，而且風(fēng)壓不斷晃動(dòng)，風(fēng)機(jī)的容量與壓頭越大，則喘振的危害性越大。故風(fēng)機(jī)產(chǎn)生喘振應(yīng)具備下述條件：
a)風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)落在具有駝峰形Q-H性能曲線的不穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)；
b)風(fēng)道系統(tǒng)具有足夠大的容積，它與風(fēng)機(jī)組成一個(gè)彈性的空氣動(dòng)力系統(tǒng)；
c)整個(gè)循環(huán)的頻率與系統(tǒng)的氣流振蕩頻率合拍時(shí)，產(chǎn)生共振。
 軸流風(fēng)機(jī)的Q－H性能曲線 |
旋轉(zhuǎn)脫流與喘振的發(fā)生都是在Q-H性能曲線左側(cè)的不穩(wěn)定區(qū)域，所以它們是密切相關(guān)的，但是旋轉(zhuǎn)脫流與喘振有著本質(zhì)的區(qū)別。旋轉(zhuǎn)脫流發(fā)生在圖5-18所示的風(fēng)機(jī)Q-H性能曲線峰值以左的整個(gè)不穩(wěn)定區(qū)域；而喘振只發(fā)生在Q-H性能曲線向右上方傾斜部分。旋轉(zhuǎn)脫流的發(fā)生只決定葉輪本身葉片結(jié)構(gòu)性能、氣流情況等因素，與風(fēng)道系統(tǒng)的容量、形狀等無關(guān)。旋轉(zhuǎn)對(duì)風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)影響不如喘振這樣嚴(yán)重。
風(fēng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)發(fā)生喘振，情況就不相同。喘振時(shí)，風(fēng)機(jī)的流量、全壓和功率產(chǎn)生脈動(dòng)或大幅度的脈動(dòng)，同時(shí)伴有明顯的噪聲，有時(shí)甚至是高分貝的噪聲。喘振時(shí)的振動(dòng)有時(shí)是很劇烈的，損壞風(fēng)機(jī)與管道系統(tǒng)。所以喘振發(fā)生時(shí)，風(fēng)機(jī)無法運(yùn)行。
軸流風(fēng)機(jī)在葉輪進(jìn)口處裝置喘振報(bào)警裝置，該裝置是由一根皮托管布置在葉輪的前方，皮托管的開口對(duì)著葉輪的旋轉(zhuǎn)方向，如圖5-19示。皮托管是將一根直管的端部彎成90°（將皮托管的開口對(duì)著氣流方向)，用一U形管與皮托管相連，則U形管(壓力表)的讀數(shù)應(yīng)該為氣流的動(dòng)能(動(dòng)壓)與靜壓之和(全壓)。在正常情況下，皮托管所測(cè)到的氣流壓力為負(fù)值，因?yàn)樗鼫y(cè)到的是葉輪前的壓力。但是當(dāng)風(fēng)機(jī)進(jìn)入喘振區(qū)工作時(shí)，由于氣流壓力產(chǎn)生大幅度波動(dòng)，所以皮托管測(cè)到的壓力亦是一個(gè)波動(dòng)的值。為了使皮托管發(fā)送的脈沖壓力能通過壓力開關(guān)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，皮托管的報(bào)警值是這樣規(guī)定的：當(dāng)動(dòng)葉片處于最小角度位置(-30°）用一U形管測(cè)得風(fēng)機(jī)葉輪前的壓力再加上2000Pa壓力，作為喘振報(bào)警裝置的報(bào)警整定值。當(dāng)運(yùn)行工況超過喘振極限時(shí)，通過皮托管與差壓開關(guān)，利用聲光向控制臺(tái)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，要求運(yùn)行人員及時(shí)處理，使風(fēng)機(jī)返回正常工況運(yùn)行。
為防止軸流風(fēng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)工作點(diǎn)落在旋轉(zhuǎn)脫流、喘振區(qū)內(nèi)，在選擇軸流風(fēng)機(jī)時(shí)應(yīng)仔細(xì)核實(shí)風(fēng)機(jī)的經(jīng)常工作點(diǎn)是否落在穩(wěn)定區(qū)內(nèi)，同時(shí)在選擇調(diào)節(jié)方法時(shí)，需注意工作點(diǎn)的變化情況，動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)由于改變動(dòng)葉的安裝角進(jìn)行調(diào)節(jié)，所以當(dāng)風(fēng)機(jī)減少流量時(shí)，小風(fēng)量使軸向速度降低而造成的氣流沖角的改變，恰好由動(dòng)葉安裝角的改變得以補(bǔ)償，使氣流的沖角不至于增大，于是風(fēng)機(jī)不會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)脫流，更不會(huì)產(chǎn)生喘振。動(dòng)葉安裝角減小時(shí)，風(fēng)機(jī)不穩(wěn)定區(qū)越來越小，這對(duì)風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行是非常有利的。
防止喘振的具體措施：
1)使泵或風(fēng)機(jī)的流量恒大于QK。如果系統(tǒng)中所需要的流量小于QK時(shí)，可裝設(shè)再循環(huán)管或自動(dòng)排出閥門，使風(fēng)機(jī)的排出流量恒大于QK.
 喘振報(bào)警裝置 |
2)如果管路性能曲線不經(jīng)過坐標(biāo)原點(diǎn)時(shí)，改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，也可能得到穩(wěn)定的運(yùn)行工況。通過風(fēng)機(jī)各種轉(zhuǎn)速下性能曲線中最高壓力點(diǎn)的拋物線，將風(fēng)機(jī)的性能曲線分割為兩部分，右邊為穩(wěn)定工作區(qū)，左邊為不穩(wěn)定工作區(qū)，當(dāng)管路性能曲線經(jīng)過坐標(biāo)原點(diǎn)時(shí)，改變轉(zhuǎn)速并無效果，因此時(shí)各轉(zhuǎn)速下的工作點(diǎn)均是相似工況點(diǎn)。
3)對(duì)軸流式風(fēng)機(jī)采用可調(diào)葉片調(diào)節(jié)。當(dāng)系統(tǒng)需要的流量減小時(shí)，則減小其安裝角，性能曲線下移，臨界點(diǎn)向左下方移動(dòng)，輸出流量也相應(yīng)減小。
4)最根本的措施是盡量避免采用具有駝峰形性能曲線的風(fēng)機(jī)，而采用性能曲線平直向下傾斜的風(fēng)機(jī)。
失速和喘振是兩種不同的概念，失速是葉片結(jié)構(gòu)特性造成的一種流體動(dòng)力現(xiàn)象，它的一些基本特性，例如：失速區(qū)的旋轉(zhuǎn)速度、脫流的起始點(diǎn)、消失點(diǎn)等，都有它自己的規(guī)律，不受風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的容積和形狀的影響。
喘振是風(fēng)機(jī)性能與管道裝置耦合后振蕩特性的一種表現(xiàn)形式，它的振幅、頻率等基本特性受風(fēng)機(jī)管道系統(tǒng)容積的支配，其流量、壓力功率的波動(dòng)是由不穩(wěn)定工況區(qū)造成的，但是試驗(yàn)研究表明，喘振現(xiàn)象的出現(xiàn)總是與葉道內(nèi)氣流的脫流密切相關(guān)，而沖角的增大也與流量的減小有關(guān)。所以，在出現(xiàn)喘振的不穩(wěn)定工況區(qū)內(nèi)必定會(huì)出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)脫流。
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