第五章泵与风机的运行课件

泵与风机的运行泵与风机的运行高明山东大学泵与风机的运行泵与风机的运行n管路特性曲线及工作点 n泵与风机的联合工作n泵与风机运行调节n叶片的切割与加长n泵与风机运行中的主要问题 n前面所讲的大多是设计效率，到目前而言存在的问题：前面所讲的大多是设计效率，到目前而言存在的问题：n1.性能曲线是一条连续的曲线，其上有无穷多个点，泵与风机性能曲线是一条连续的曲线，其上有无穷多个点，泵与风机到底在哪一点上工作，工作时的到底在哪一点上工作，工作时的qv如何定。如何定。n2.设计效率在设计效率在0.60.95之间，为什么运行效率会低于之间，为什么运行效率会低于50%？n3.某一台泵的运行效率为某一台泵的运行效率为75%，设计效率为，设计效率为80%，换一台新泵，换一台新泵的设计效率为的设计效率为90%，额定的，额定的H、qv都比旧泵大。实测发现，安都比旧泵大。实测发现，安装后，新泵的运行效率却降低，为什么？装后，新泵的运行效率却降低，为什么？n4.有时阀门全开时，运行效率比较低有时阀门全开时，运行效率比较低(如如60%)，但稍关阀门之，但稍关阀门之后，运行效率反倒有所提高。但关阀门等于增加阻力，增加了后，运行效率反倒有所提高。但关阀门等于增加阻力，增加了消耗，效率应下降才对。消耗，效率应下降才对。n这些问题都可通过运行的这些问题都可通过运行的工作点工作点工作点工作点的确定来解决的确定来解决n管道特性曲线，也称作装置特性能曲线或系统管道特性曲线，也称作装置特性能曲线或系统特性曲线特性曲线n管道特性曲线是管道特性曲线是指流体在管道中流动时，流量指流体在管道中流动时，流量与维持该流量所需的能量之间的关系。与维持该流量所需的能量之间的关系。一、管路特性曲线及工作点泵从吸入容器水面AA处抽水，经泵输送至压力容器BB，其中经过吸水管路和压水管路1 1、管路特性曲线、管路特性曲线断面AA与11的伯努利方程为管路特性曲线管路特性曲线断面BB与22的伯努利方程为：则：上式左边为泵的扬程，右边为系统阻力，即管路系统为输送液体所需要的总扬程，称为装置扬程装置扬程H Hc c。稳定运行时，稳定运行时，稳定运行时，稳定运行时，扬程与阻力平衡。扬程与阻力平衡。扬程与阻力平衡。扬程与阻力平衡。管路特性曲线管路特性曲线对于风机：对于风机：与流量无关，称为与流量无关，称为静扬程静扬程Hst2 2、工作点、工作点n将泵本身的性能曲线与管路特性曲线按同一比例绘在同一张图上，两条曲线的交点M即为泵在管路中的工作点n风机的工作点是由静压性能曲线与管路特性曲线的交点M来决定的。3 3、工作点稳定性、工作点稳定性n如果由于扰动，泵不在M点工作，而在A点工作，。n如果泵在B点工作，。工作点稳定性工作点稳定性n具有驼峰形性能曲线的泵或风机，如图所示，K为性能曲线的最高点，若泵或风机在性能曲线的下降区段（如M点）工作，则运行是稳定的。工作点稳定性工作点稳定性n若工作点处于泵或风机性能曲线的上升区段（如A点）工作，是不稳定的，稍有干扰，A点就会移动。如当A点向右移动时，直到M点为止才稳定运转；当A点向左移动时，工作点继续向左移动，直到流量等于零为止。n具有驼峰形的性能曲线，通常以最大总扬程，即驼驼峰峰的的最最高高点点K K作作为为区区分分稳稳定定与与不不稳稳定定的的临临界界点点，K K点点左左侧侧称称为为不不稳稳定定工工作作区区段段，右右侧侧称称为稳定工作区段为稳定工作区段。二、泵与风机的联合工作 n当采用一台泵或风机不能满足流量或扬程要求时，往往要用两台或两台以上的泵与风机联合工作n泵与风机联合工作可以分为并联和串联并联和串联两种1 1、泵与风机的并联工作、泵与风机的并联工作n n并并联联：两两台台或或两两台台以以上上的的泵泵或或风风机机向向同同一一压压力力管路输送流体的工作方式。管路输送流体的工作方式。n n并联目的：是在压头相同时增加流量并联目的：是在压头相同时增加流量n n并联的条件：并联的条件：安全：电厂中为了避免一台泵或风机的事故影响主机、主炉停运时。经济：外界负荷变化很大，流量变化幅度相应很大，往往采用两台或数台并联工作，以增减运行台数来适应外界负荷变化的要求。当扩建机组，相应的需要流量增大，而对原有的泵与风机仍可以使用时。n n热力发电厂的给水泵、循环水泵、送风机、引热力发电厂的给水泵、循环水泵、送风机、引热力发电厂的给水泵、循环水泵、送风机、引热力发电厂的给水泵、循环水泵、送风机、引风机等常采用多台并联工作。风机等常采用多台并联工作。风机等常采用多台并联工作。风机等常采用多台并联工作。（1）同性能（同型号）泵并联工作n曲线、为两台相同性能泵的性能曲线，为管路特性曲线，并联工作时的性能曲线为。n并联性能曲线是将每台泵的性能曲线在扬程相等的条件下流量迭加起来得到。n并联后的性性性性能能能能曲曲曲曲线线线线 与输送管管管管路路路路特特特特性性性性曲曲曲曲线线线线的交点M，即为并联时的工作点，此时流量为qVM，扬程为HM。同性能（同型号）泵并联工作n并联运行时单个泵的工况：由M点作横坐标平行线与单泵（即或）的特性曲线交于B点，即为每台泵在并联工作时的工况点。nB点也就决定了并联时每台泵的工作参数，即流量为qvB，扬程为HB。n未并联时泵的单独运行时的工作点为C（qvC、HC、PC、C），而并联的每台泵的工作点为B（qvB、HB、PB、B）：qvBqvCqvMHHc c？电动机的选择n在选择电动机时应注意，如果两台泵长期并联工作，应按并联时各台泵的最大输出流量来选择电动机的功率，即每台泵的流量应按qvB来选择，而不以qvC来选择，使其并联工作时在最高效率点运行。n若考虑到在低负荷只用一台泵运行时，为使电动机不致于过载，电动机的功率就要按单独工作时输出流量qvC的需要功率来配套。n并联工作时，管管路路特特性性曲曲线线越越平平坦坦，并联后的流量就越接近单独运行时的2倍，工作就越有利工作就越有利。n泵的性能曲线越平坦时，并联后的总流量反而越小于单独工作时流量qvC的2倍，为达到并联后增加流量的目的，泵泵的的性性能能曲曲线应当陡一些为好线应当陡一些为好.n从并联数量来看，台数愈多，并联后所能增加的流量越少，即每台泵输送的流量减少，故并联台数过多并不经济。（2）不同性能的泵并联工作 两台不同性能泵并联工作时的性能曲线。图中曲线、分别为两台不同性能泵的性能曲线，为管路特性曲线，为并联工作时的性能曲线。并联后的性能曲线与管路特性曲线相交于M点，该点即是并联工作时的工作点，此时流量为qvM，扬程为HM。n并联前每台泵各自的单独工作点为C、D两点，流量为qvc、qvD，扬程为HC、HD，对比看出：qVA qVB=qVmHC,HM HDn两台不同性能的泵并联时的总流量等于并联后各泵输出流量之和，而总流量却小于并联前各泵单独工作的流量之和。n随台数的增多，管路特性曲线变陡，并联后的总输出流量减少得愈多 qVmqVC HCHM qqc c？n当两泵串联时，必须注意的是后一泵能否承受压力的升高，故选型时要注意泵的结构强度。n启动时，要注意各串联泵的出口阀都要关闭，待启动第一台泵后，再开该泵的出水阀门，然后再启动第二台泵，再打开第二台泵的出水阀向外供水。n n风风机机串串联联的的特特性性与与泵泵相相同同，但但几几台台风风机机串串联联运运行行的的情情况况并不常见，在操作上可靠性也很差，故不推荐采用。并不常见，在操作上可靠性也很差，故不推荐采用。（2）不同性能泵串联工作 nI、分别为两台不同性能泵的性能曲线，为串联运行时的性能曲线。n串联后泵的性能曲线画法是，在流量相同的情况下将两台泵的扬程迭加起来。n串联后的运行工况按串联后泵的性能曲线与管路特性曲线的交点来决定.n n工工工工作作作作点点点点分分分分别别别别为为为为M1M1，M2M2，M3M3，M2M2点点点点为为为为极极极极限限限限点点点点。M2M2以以以以左左左左才有意义。才有意义。才有意义。才有意义。3 3、泵联合工作方式的选择、泵联合工作方式的选择 n是两台泵单独运行时的性能曲线，是两台泵并联运行时的性能曲线，是两台泵串联运行时的性能曲线。n n管管管管路路路路特特特特性性性性曲曲曲曲线线线线2 2与与并并联联时时的的性性能能曲曲线线相相交交于于A2，与与串串联联时时的的性能曲线性能曲线相交于相交于A2，此时此时并联运行工作点并联运行工作点并联运行工作点并联运行工作点A A A A2 2 2 2的流量大。的流量大。的流量大。的流量大。n n管管管管路路路路特特特特性性性性曲曲曲曲线线线线1 1与与串串联联时时的的性性能能曲曲线线相相交交于于B2，与与并并联联时时的的性能曲线性能曲线相交于相交于B2，此时此时串联运行工作点串联运行工作点串联运行工作点串联运行工作点B B B B2 2 2 2的流量。的流量。的流量。的流量。n因因此此:管管路路系系统统装装置置中中，若若要要增增加加泵泵的的台台数数来来增增加加流流量量时时，究究竟采用并联还是串联应当取决于管路特性曲线的陡峭程度。竟采用并联还是串联应当取决于管路特性曲线的陡峭程度。三、运行工况的调节n泵与风机运行时，由于外界负荷的变化而要求改变其工况，用人为的方法改变工况点称为调节，工况点的调节就是流量的调节，而流量的大小取决于工作点的位置，因此，工况调节就是改变工作点的位置。n通常有以下三种方法：改变泵与风机本身的性能曲线改变管路特性曲线两条曲线同时改变1、节流调节n节流调节就是在管路中装设节流部件(阀门、挡板等)，利用改变阀门开度，使管路的局部阻力发生变化来达到调节的目的。n节流调节分为出口端节流和吸入端节流出口端节流n将节流部件装在泵或风机出口管路上的调节方法称为出口端节流调节出口端节流n阀门全开时工作点为M，流量为qvM，扬程为HM。当流量减少时，出口阀门关小，损失增加，管路特性曲线由变为，工作点移到A点，流量为qvA，扬程为HAn减小流量后附加的节流损失为hjHA-HBn相应多消耗的功率为：这种调节方式不经济，而且只能向小于设计流量一个方向调节。但方法可靠、简单易行，故仍广泛应用于中小功率泵上。入口端节流n改变安装在进口管路上的阀门(挡板)的开度来改变输出流量，称为入口端节流调节入口端节流调节入口端节流n入口端节流不仅改变管路的特性曲线，同时也改变了泵与风机本身的性能曲线。因为流体在进入泵与风机时，流体压力已下降或产生预旋，使性能曲线相应发生变化。n原有工作点为M，流量为qvM，当关小进口阀门时，泵与风机的性能曲线由I移到，管路特性曲线由1移到2，这时的工作点即是泵与风机性能曲线与管路特性曲线2的交点B，此时流量为qvB，附加阻力损失为h1。n若改为同流量下出口端调节，则管路特性曲 线 3与 性 能 曲 线 I交 于 C点，显 然h1h2。n虽然入口端节流损失小于出口端节流，但由于入口节流调节会使进口压力降低，对于泵来说有引起汽蚀的危险，因而入口端调节仅在风机上使用。2、入口导流器调节 n离心式风机通常采用入口导流器调节，改变绝对速度vl的方向，则v1u及v1m会发生变化,使流量和理论全压发生变化n常用的导流器有轴向导流器、简易导流器及径向导流器（P119图5-14）n413.2(73)型锅炉送引风机，当流量调节范围在最大流量的6090时，轴向导流器可比出口端节流调节节约功率约1524，简易导流器可节约功率约813。3、汽蚀调节n泵的运行通常不希望产生汽蚀，但凝结水泵却可利用泵的汽蚀特性来调节流量。n凝结水泵的汽蚀调节就是把泵的出口调节阀全开，当汽轮机负荷变化时，借凝汽器热井水位的变化引起汽蚀来调节泵的出水量，达到汽轮机排汽量的变化与泵输水量的相应变化自动平衡。n采用汽蚀调节对泵的通流部件损坏并不十分严重，而可使泵自动调节流量，减少运行人员，降低水泵耗电约3040n在中小型发电厂的凝结水泵上被广泛采用；大型电厂设备安全性非常重要，一般不采用汽蚀调节的方式，而采用其它的调节方式。汽蚀调节n nHgHg为设计工况下泵不发生汽蚀的最小高度，工作点为为设计工况下泵不发生汽蚀的最小高度，工作点为A A点。点。n n汽轮机负荷减少时，排汽量减少汽轮机负荷减少时，排汽量减少HgHg降低降低产生汽蚀产生汽蚀qvHqvH性能曲线下降，管路特性曲线不变，泵的工作点位移至性能曲线下降，管路特性曲线不变，泵的工作点位移至A1A1，出水量出水量减少到新的减少到新的HgHg下平衡运行。下平衡运行。n n汽轮机负荷继续减少汽轮机负荷继续减少汽蚀程度加剧汽蚀程度加剧出现新的工作点出现新的工作点A2A2，A3A3.。n n当汽轮机负荷增加时当汽轮机负荷增加时系统返回到新的工作点平衡运行。系统返回到新的工作点平衡运行。汽蚀调节n如汽轮机负荷经常变化，特别是长期在低负荷下运行时，采用汽蚀调节会使泵的使用寿命大大降低，此时可考虑开启凝结水泵的再循环阀门，让部分凝结水返回凝汽器热井，使热井水位不致过低，以降低汽蚀程度。n实际工作中，必须比较采用汽蚀调节的经济效益，以及由于汽蚀所增加的检修工作量以及相关问题的实际收益。n汽蚀调节的水泵，因其叶轮容易因汽蚀而损坏必须采用耐汽蚀的材料。4、变速调节n变速调节是在管路特性曲线不变时，用改变转速来改变泵或风机的性能曲线，从而改变它们的工作点。n由比例定律可知，流量qv、扬程H、全压p、功率P与转速n的关系为：变速调节n已知转速n1下的性能曲线，利用比例定律可作出其它转速下（n2,n3等）的性能曲线n相应转速下的工作点分别为1，2，3点n注意：注意：1 1，2 2，3 3点不相似点不相似n2n1n3A”1A1 2 Hc 3B”2ABB变速调节n上图中，A，A，A”以及B，B，B”是相似工况点，满足相似定律n过A，A，A”以及B，B，B”的连线称相似抛物线，也是等效率曲线变速调节n例：图示泵在n1=2980rpm时的性能曲线n管路特性曲线n则工作点M（10，32.5）n采用变速调节将流量调至8m3/h时，转速是多少？解：工作点为A（8，28）过A点做相似抛物线与原性能曲线交于B点可绘制相似抛物线变速调节nA（8，28）与B(9.1，36)相似n利用相似定律，求得转速：n该转速下的性能曲线如下：n2n111MBA相似抛物线管路特性曲线变速调节n变速调节的主要优点是转速改变时，效率保持不变，消耗轴功率大大减少，其经济性比上述几种方法为高。目前，高参数、大容量电站中，泵与风机多采用变速调节。n变速调节的方式有：汽轮机驱动。可以用改变汽轮机的进汽量来进行调速。国内外300Mw以上机组的给水泵和国外大机组的引、送风机应用。定速电动机加液力耦合器驱动（P149）。双速电动机驱动。双速电动机只有低速和高速，主要用于离心式风机的调速。直流电动机驱动。直流电动机变速简单，但造价高，但需要直流电源。交流变速电动机驱动。中小型电机使用变频调节的方式，在通常情况下，可以节能3060。6、动叶调节n大型的轴流式、斜流式泵与风机采用轴流式、斜流式泵与风机采用动叶调节。n动叶可调，即改变动叶安装角，可以改变性能曲线的形状，从而使性能参数随之改变。因此，可以随工况的变化来调节叶片安装角。n当改变叶片安装角时，流量变化较大，扬程变化不大，而对应的最高效率变化也不大，因此对动叶可调的轴流泵与风机，可在较大的流量范围内保持高效率。n动叶可调的轴流风机是最经济的一种调节方式。日前大型轴流式泵与风机几乎都采用动叶可调的调节方式。n动叶的调节常用液压方式进行，当负荷变化时，由锅炉控制系统发出指令，通过附属的液压伺服机构调节叶片。n例：某水泵在转速n1=2980r/min时的性能曲线如图所示，管路特性曲线方程Hc=20+0.15qv2（qv单位：m3/h），假定泵原来的效率为68%，节流后效率为65%（取水的密度为1000kg/m3）。则n工作点流量和扬程为多少？n将流量调至8 m3/h，试比较出口节流调节和变速调节各自消耗的功率。ACBn由HC=200.15qv2算出各选定流量qv下的阻力HCqv024681012Hc2020.622.425.429.63541.6根据上述数值在泵性能曲线图上作出管路特性曲线。【4分】n工作点A：流量qv=9.6m3/h,扬程H34m 【2分】n节流后工作点B：流量qv=8m3/h,扬程H40m 【2分】变速后工作点C：流量qv=8m3/h,扬程H29.6m 【2分】四、叶片的切割与加长 n泵与风机在设计工况及附近运行时，具有较高效率。但有的泵与风机由于选型不当或型号无法适应需要，或由于装置发生改变等，使泵与风机的容量过大或过小。容量过大，会引起调节时的节流损失增大，容量过小，不能满足需要。n对泵与风机进行改造以适应使用范围，一个重要方法就是切割或加长叶轮叶片，切割叶轮叶片外径将使泵与风机的流量、扬程(全压)及功率降低；加长叶轮外径则使流量、扬程(全压)及功率增加。切割定律切割定律n叶轮叶片切割或加长后，与原叶轮在几何形状上已不相似，但当改变量不大时，可近似认为切割或加长后出口角2a仍保持不变，从而流动状态近乎相似，因而可借用相似定律的关系，对切割或加长前后的参数进行计算。切割定律切割定律n n低比转数的泵与风机：低比转数的泵与风机：n叶轮外径稍有变化，其出口宽度变化不大，甚至可认为没有变化，即b2b2，若转速保持不变，只是叶轮外径由D2变为D2时，其流量、扬程(全压)和功率的变化关系如下：切割定律切割定律n n高比转数泵与风机：高比转数泵与风机：n叶轮切割或加长时，会使叶轮出口宽度增大或减小，而且与直径D2成反比，即 切割抛物线切割抛物线n以中、高比转数的切割定律为例：得：上式为以坐标原点为顶点的抛物线，称为切割或加长抛物线 切割方法切割方法n对于ns60的低比转数多级离心泵，只切割叶片而保留前、后盖板，则能够保持叶轮外径与导叶之间的间隙不变，液流有较好的引导作用，但圆盘摩擦损失仍保持不变，导致效率下降。因此，是否同时切割前后盖板要视具体情况而定。n对高比转数离心泵，则应当把前后盖板切成不同的直径，使流动更加平顺，前盖板的直径D2要大于后盖板处的直径D2”。五、泵与风机运行中的主要问题 n泵与风机的运行状况对电厂的安全、经济问题十分重要。目目前前泵泵与与风风机机在在运运行行中中尚尚存存如如效效率率不不太太高高，以以及及汽汽蚀蚀、振振动动、噪噪声声、磨磨损损等等问问题题。近年来，对低效产品已逐步淘汰，以较高效率的新产品代替，并取得了较大成绩。1、给水泵的汽蚀 n随着汽轮机组容量的增大，300MW及600MW机组普遍采用除氧器滑压运行。滑压运行时，除氧器内的压力、水温以及给水泵入口水温的变化是不一致的，压压力力变变化化较较快快，水水温温变变化化则则较较慢慢。在机组负荷变化缓慢时产生的影响并不大，但当机组负荷剧烈变化时问题就变得极为严重。n n当当机机组组负负荷荷突突然然升升高高时时，除氧器内水温的升高远远落后于进汽压力的升高，使给水泵的运行更为安全（但除氧效果变差）；n n当当机机组组负负荷荷突突然然下下降降时时，水温的降低又滞后于压力的降低，致使泵内的水发生汽化。进入泵时水温不能及时降低，致使泵入口压力由于除氧器压力下降而下降，于是就出现了泵入口压力低于泵入口水温所对应的饱和压力，导致水泵汽化，尤其是在满负荷下甩全负荷时，此问题更为严重。2、泵与风机的振动-汽蚀引起振动n当泵入口压力低于相应水温的汽化压力时，泵会发生汽蚀。一旦汽蚀发生，泵就会产生剧烈的振动，并伴随有噪声，尤其对高速大容量给水泵的汽蚀振动问题，在设计和运行中应给予足够重视。泵与风机的振动-旋转失速引起的振动 n失速现象：当气流沿机翼叶片流动时，作用于叶片上有两种力：即垂直于流线的升力与平行于流线的阻力。n当气流完全贴着叶片呈流线型流动时，这时升力大于阻力，如图（a）所示。n当气流与叶片进口形成正冲角，即a0，且此正冲角达到某一临界值时，叶片背面流动工况开始恶化，当超过临界值时，边界层受到破坏，叶片背面尾端出现涡流区，出现失速现象，如图（b），使叶道产生阻塞现象，流体的能头则大大降低。旋转失速旋转失速n旋转失速现象：如图（C）所示，当气流流向叶道1、2、3、4，与叶片进口角发生偏离时，则出现气流冲角。n当气流冲角达到某一临界值时，在某一个叶片上首先发生脱流现象。假定在流道2内首先由于脱流而产生阻塞现象，原先流入流道2的气流只能分流入叶道1和3，此分流的气流与原先流入叶道1和3的气流汇合，改变了原来气流的流向，使流入流道1的冲角减小了，而流入流道3的冲角则增大，这样就防止了叶片1背面产生脱流，但却促使叶片3发生脱流。流道3的阻塞又使其气流向流道4和流道2分流。这一过程持续地沿叶轮旋转相反的方向移动。n这种移动是以比叶轮本身旋转速度小的相对速度进行的，因此，在绝对运动中，就可观察到脱流区以一定的速度（0）旋转，这种现象称为旋转脱流。旋转脱流危害旋转脱流危害n旋转脱流逆叶轮旋转方向的角速度小于叶轮旋转角速度（约为转速的30%-80%），脱流对叶片仍有很高的作用频率。n脱流前后作用于叶片的压力大小也有一定的变化幅度。因此，旋转脱流影响风机正常工作，使其性能下降；n由于叶片受到一种高频率，有一定变幅的交变力作用，而使叶片产生疲劳损坏；当这一交变力频率等于或接近叶片的固有频率时，叶片将产生共振甚至使叶片断裂。n为防止轴流风机产生旋转脱流，应在风机选型和运行中确保风机工况点不进入风机的不稳定工作区。失速原因失速原因n风机在不稳定工况区域内运行是造成轴流风机风机在不稳定工况区域内运行是造成轴流风机失速的根本原因。失速的根本原因。n由于受热面严重积灰结焦或风烟系统的风门、由于受热面严重积灰结焦或风烟系统的风门、挡板操作不当造成风、烟系统的阻力增加或风挡板操作不当造成风、烟系统的阻力增加或风量调节过程中造成的风机特性改变，均有可能量调节过程中造成的风机特性改变，均有可能使风机工作点落入不稳定工况区域而导致失速使风机工作点落入不稳定工况区域而导致失速现象的发生。现象的发生。现象现象n当吸风机发生失速时，炉膛压力变正；送风机发生失速时，炉膛负压增大，锅炉燃烧不稳，严重时甚至导致锅炉熄火。n风机发生失速时将报警，故障风机的电流、风量及进口或出口压力将出现大幅度的摆动，风机噪声明显增加，机壳及风道或烟道振动。n当该振动频率与风道或烟道的固有频率合拍时将使风机和风道或烟道发生剧烈的振动，这种现象称之为喘振。n风机失速属故障状态，如不及时处理则将造成风机叶片断裂或设备严重损坏事故。因此一旦发生，即应迅速处理，当采取有关措施无效时，应即停用该风机。3、泵与风机的振动-喘振n具有驼峰形性能曲线的泵与风机在其曲线上K点以左的范围内工作时，即在不稳定区工作，往往会出现喘振现象，或称飞动现象n轴流风机在非设计工况下工作，当叶栅发生旋转失速时，如果失速是比较强烈的突变型，而与风机联合工作的管网系统容量较大，整个风机管网系统就可能出现气流周期性振荡现象。这时，轴流风机气动参数(流量、压力)将产生大幅度的纵向脉动，且产生一种异常的噪声，这种现象称为“喘振”。喘振形成n当外界需要的流量逐渐减小到qvp1，产生压力差pp2-p1。此压力差积分后就是作用在叶轮上的推力，以符号F1表示。轴向力产生的原因轴向力产生的原因n另外，液体在进入叶轮后流动方向由轴向转为径向，由于流动方向的改变，产生了动量变化，导致流体对叶轮产生一个反冲力F2。n反冲力F2的方向与轴向力F1的方向相反，与来流方向相同。n在泵正常工作时，反冲力F2与轴向力F1相比数值很小，可以忽略不计。但在启动时，由于泵的正常压力还未建立，所以反冲力的作用较为明显。启动时卧式泵转子后窜或立式泵转子上窜就是这个原因。轴向力产生的原因轴向力产生的原因n对于立式水泵，转子的重量是轴向的，也是轴向力的一部分，用F3表示，方向指向叶轮入口。n总的轴向力：对卧式泵转子重量是垂直轴向的，即F3=0轴向力平衡方法轴向力平衡方法n单级泵可采用双吸叶轮单级泵可采用双吸叶轮轴向力平衡方法轴向力平衡方法n多级泵采用对称排列多级泵采用对称排列 轴向力平衡方法轴向力平衡方法n采用平衡孔或平衡管 加平衡孔，使得叶轮背面压力与泵入口压力基本相等加平衡管，将叶轮背面的压力水引向泵入口本方法结构简单，但不能完全平衡轴向力，剩余的轴向力仍需由止推轴承来承担，而且由于液体回流，干扰入口流速，降低了泵效率。轴向力平衡方法轴向力平衡方法n采用平衡盘平衡轴向力采用平衡盘平衡轴向力 轴向力平衡方法轴向力平衡方法n末级叶轮出口处液体的压力为p2，后泵腔的压力为p3，流过平衡盘与平衡圈间的径向间隙b时经节流压力降到p4。当流体流过平衡盘与平衡圈间的轴向间隙b0时，液体进入平衡盘后的空腔压力由p4降为p5，而空腔是连通水泵吸入管的，因此泵腔的p5稍大于泵入口处的压力。n在平衡盘与平衡圈的轴向间隙两端的压力差为p2：np2作用在平衡盘上产生一个平衡力P，此力与轴向力方向相反，大小相等，即FP0，此时轴向力得到完全平衡。n当工况改变，轴向力与平衡力不相等，转子就会左右窜动。n如如果果轴轴向向力力F F大大于于平平衡衡力力P P时时，转子向左边移动(吸入口方向)，轴向间隙b0减小，则平衡盘两侧的压差p2增大，平衡力P随之增大，转子又开始向右窜动，直到与轴向力F平衡为止。n当当轴轴向向力力F F小小于于平平衡衡力力P P时时，转子向右移动，此时轴向间隙b0增大，节流损失减小，平衡盘前的压力p4减小，平衡力P随之减小，转子又开始向左移动，直到与F平衡为止。Pn由于惯性作用，在轴向力与平衡力相等时转子并不会立刻停止在平衡位置上，还会继续向左或向右移动，并逐渐往复衰减，直到平衡位置为止。因此转子是在某一平衡位置左右作轴向窜动。n轴向间隙b0很小，如果平衡盘窜动位移很大，当向左边移动时，则会使平衡盘与平衡圈产生严重磨损。n为了限制过大的轴向窜动，必须在轴向间隙改变不大的条件下，就能使平衡盘上的平衡力P发生较大的变化，从而控制其窜动量平衡盘灵敏度平衡盘灵敏度。n平衡盘可以自动平衡轴向力，平衡效果好，而且结构紧凑，因而在分段式多级离心泵上得到了广泛的应用。n但由于存在着窜动，使工况不稳定，且平衡盘与平衡圈经常磨损，此外还有引起汽蚀、增加泄漏等不利因素，故现代大容量水泵趋向于不单独采用。n采用平衡鼓平衡轴向力采用平衡鼓平衡轴向力 n装在末级叶轮后与叶轮同轴的圆柱体（鼓形轮盘平衡鼓），其外圆表面与泵体上的平衡套之间有一个很小的径向间隙b。平衡鼓后面用连通管与泵吸入口连通n叶轮出口压力为p2，平衡鼓左侧的压力p3，右侧压力p0，接近泵吸入口压力，使平衡鼓两侧有压差pp3-p0，从而液体在平衡鼓上有一个与轴向力方向相反的平衡力P。n平衡鼓的优点是没有轴向间隙，当轴向窜动时，避免了与静止的平衡圈发生摩擦。但它不能完全平衡变工况时的轴向力，因而单独使用平衡鼓时，还必须装设止推轴承。n平衡盘和平衡鼓的组合装置平衡盘和平衡鼓的组合装置n平衡鼓平衡5080左右的轴向力，减少了平衡盘的负荷，从而可稍放大平衡盘的轴向间隙，避免了因转子窜动而引起的摩擦。n经验证明，这种结构效果比较好，所以目前大容量高参数的分段式多级泵大多数采用这种平衡方式。泵与风机噪声及消声措施泵与风机噪声及消声措施对健康十分有害对健康十分有害特强噪声还能破坏建筑物和仪器设备特强噪声还能破坏建筑物和仪器设备送风机送风机引风机引风机排粉机排粉机给水泵给水泵和和凝结水泵凝结水泵电动机电动机管道系统管道系统阀门及各类附件阀门及各类附件 噪声已形成了近代工业的一大公害噪声已形成了近代工业的一大公害泵与风机的噪声声源泵与风机的噪声声源1 1 吸声：用吸声材料将噪声吸收一部分（如玻璃棒、矿渣）。吸声：用吸声材料将噪声吸收一部分（如玻璃棒、矿渣）。2 2 隔声：用厚实的材料和结构隔断噪声的传播途径（如砖、隔声：用厚实的材料和结构隔断噪声的传播途径（如砖、钢板等）。钢板等）。3 3 隔振：隔振：振动是噪声振动是噪声的主要来源的主要来源噪声噪声通过空气向外传播通过空气向外传播通过固体向外传播通过固体向外传播隔振控制技术隔振控制技术涂阻尼材料涂阻尼材料装弹簧减振器装弹簧减振器橡皮、软木橡皮、软木4 4 消声：装设消声器消声：装设消声器 的方法使噪的方法使噪 声衰减声衰减阻性（管式、蜂窝式和片式、阻性（管式、蜂窝式和片式、折板式、迷宫式、声流式）折板式、迷宫式、声流式）抗性（扩张室式、共振式）抗性（扩张室式、共振式）消消声声措措施施影响轴流风机可靠性的因素和措施 影响轴流风机可靠性的因素影响轴流风机可靠性的因素电站风机事故分类电站风机事故分类n第1类事故：风机故障引起火电机组退出运行。n第2类事故：风机故障只引起火电机组出力降低，还没有造成火电机组退出运行，或送、引风机仅有某一台退出运行。n第3类事故：风机损坏不严重，不需要送、引风机退出运行进行维修。第1、2类事故直接影响风机运行可靠性，第3类则是潜在的影响因素。轴流风机主要故障轴流风机主要故障na)转子故障。如转子不平衡、转子振动等，最严重的甚至发生叶轮飞车事故。nb)叶片产生裂纹或断裂。在送、引风机上均有可能发生，近几年在多个大型电厂已发生多宗。nc)叶片磨损。主要是发生在引风机上。由于电除尘器投入时机掌握不好或电除尘器故障，造成引风机磨损。这是燃煤电站引风机最容易发生的故障。nd)轴承损坏。ne)电机故障。如过电流等，严重时烧坏电机。nf)油站漏油，调节油压不稳定。既影响风机的调节性能也威胁风机的安全。轴流风机发生故障的原因轴流风机发生故障的原因n产品设计和制造方面 a)结构设计不合理，强度设计中未充分考虑动荷载。b)气动设计不完善。对气动特性、膨胀不明。c)叶片强度安全系数不够，叶片材质差。d)叶片铸造质量差。e)焊接、装配质量差。如叶片螺栓脱落打坏叶片等。f)控制油站质量差。g)监测、保护附件失灵。轴流风机发生故障的原因轴流风机发生故障的原因n运行、检修方面 a)轴流风机轴流风机长期在失速条件下工作，气流压力脉动幅值显著增加，叶片共振受损。b)不按风机特性要求进行启动并车，风机工况与系统特性不匹配。c)不投电除尘或电除尘效率低导致风机入口含尘浓度高。d)两台风机并列运行时，两者工作点差异较大。e)轴流风机轴流风机喘振保护失灵。f)无定期检修或检修不良。n安装方面a)轴系不平衡或联接不好，导致风机振动大、轴承、联轴器易损坏。b)执行机构安装误差大，就地指示值与控制室反馈值不一致，导致操作不准确。n风机选型与系统设计方面风机选型不当造成风机实际运行点在不稳定气流区或接近甚至进入失速区，以及风机管路系统特性不合理，均可造成风机转子有关部件的疲劳与损坏。提高轴流风机可靠性的措施提高轴流风机可靠性的措施1、选型、选型n电站锅炉风机的型式一般有离心式、静叶可调轴流和动叶可调轴轴流风机流风机，应根据具体使用场合，经技术经济比较确定风机型式。n3种风机的比较：项目 离心式 静调轴流 动调轴流结构复杂程度 低 中 高对介质含尘量的适应性 好 中 差可比运行效率 低 中 高可比设备价格 低 中 高可靠性 高 中 低n选择轴流风机轴流风机时，设计点应落在效率最高、并在此基础上动叶角度再开大1015的曲线上，这样，即使机组在低于额定工况下运行，风机仍可在最高效率区内运行。n对于燃煤锅炉，由于动叶可调轴流风机轴流风机圆周速度高，考虑到磨损问题，宜采用中速，不宜选用过高转速。2、调整与维护、调整与维护 a)a)a)a)必须确保动叶实际角度与就地指示值及与控制室反馈值相一致。若误差大，运行人员便难以判断动叶真实角度，从而影响运行工况。严重时，风机因长时间处于失速边缘或失速区内运行而导致断叶片事故的发生。b)b)b)b)对于燃煤电站，不能让引风机长期在超标烟尘中受磨。解决轴流风机轴流风机磨损问题的关键是降低风机入口含尘浓度和灰粒尺寸。为此，应加强清灰等工作。c)c)c)c)加强对电除尘器的管理，确保电除尘器运行正常，减少烟尘对引风机叶片的磨损。d)d)d)d)确保风机喘振保护正常投入。典型实例分析典型实例分析风机断叶片n现现象象及及经经过过：某厂一台300MW机组锅炉配两台丹麦某公司生产的动叶可调轴流风机，某日听到在吸风机与送风机之间有一声巨响，似铁件撞击后落下的声音，同时出现炉膛负压高报警及送风机失速报警信号，先按失速处理，由于送风机甲电流大幅度降低，机壳外剧烈振动且轴承处有大量油漏出，故判断为送风机甲断叶片，随即紧急停用送风机甲，机组减负荷至170MW运行。n停机后检查发现叶轮上19片动叶片全部损坏，液压缸甩落在扩压器筒体内，错油门断裂，调节臂等部件全部损坏，主轴承四只底脚螺栓全部拉断、轴承移位，电动机侧端盖碎裂，风机进、出口导叶多数打坏，除电动机外其余转动部件都损坏严重。典型实例分析典型实例分析风机断叶片n从拆下叶轮的叶片分析，在整个叶轮19片动叶中第8号、第9号、第17号、第18号四片叶片均断在根部，其他叶片有断口长短不齐及根部松动现象。n从断口鉴定第9号断口光滑，是疲劳断口，且没有明显的层次，因而可以判断是发展很快的疲劳，疲劳断面占90以上，最后拉断部分不足10；n其他叶片断口参差不齐是被打断的断口。n因此断定本次事故为第9号叶片首先疲劳折断，然后打断相邻的第8号叶片，断叶片受气流的反作用推向进口导叶并打坏进口导叶再反弹将第17号、第18号叶片打断，叶轮失去平衡造成剧烈振动，使其他部件瞬间受到损坏。n事事故故原原因因分分析析：该风机安装投运后振动为0.01mm，运行5900h后发现调节臂处振动增大至0.08mm左右，关小热风再循环，出力降低后振动有好转，停机检查发现第8号动叶的调节臂弯曲，第9号动叶有轻度损坏，其他动叶无损坏。n采用局部等重叶片调换第8号、第9号动叶片。为了不破坏叶轮的动平衡，调换叶片时曾对第8号叶片进行了叶顶稍加锉削，因此第8号叶片比其他叶片略短。投运后振动符合标准，设备投运305h后就发生上述事故。n教教训训及及对对策策：叶片调换备品时应逐件探伤分析，确保备品的质量；风机叶片最好是整套一起调换，不可单纯的为求等重而对叶片进行锉削或改变原有的几何形状。n叶片几何形态不等、转动时应力不均、自振频率改变后容易发生意外。典型实例分析典型实例分析风机调节装置故障 n某厂一台300MW机组在某日减负荷过程中，调整吸风机开度时，吸风机乙电流由原来的120A突增至200A，尔后又突降至60A，造成炉膛负压大幅度波动至1750Pa，保护动作锅炉MFT。两台送风机及各联锁装置动作正常。n事后检查原因，该吸风机是英国某公司与某电力修造厂的联合产品，设备存在动叶调节部位多种缺陷，致使在调节过程中动叶摆动较大的现象经常发生，滑阀泄漏量大，油压由原来的1.8MPa突降至 0.8MPa，并经常波动，造成调节失控，炉膛压力保护动作。n防止对策：在没有解决滑阀泄漏缺陷之前，保持两台风机油泵运行，维持油压正常值在1.8MPa左右。