AV90軸流風(fēng)機(jī)防喘振分析及系統(tǒng)概述

1、AV90-15軸流風(fēng)機(jī)防喘振分析及系統(tǒng)概述摘要：介紹了軸流壓縮機(jī)運(yùn)行中發(fā)生的喘振及其對(duì)相關(guān)設(shè)備造成的嚴(yán)重影響 ，分析了宏晟電熱公司使用的 AV90一l5軸流壓縮機(jī)防喘振和逆流保護(hù)原理，該軸流壓縮機(jī)的投用滿足了對(duì)高爐供風(fēng)的需要 。關(guān)鍵詞 ：軸流壓縮機(jī) ；喘振 ；逆流 ；保護(hù)1前言 喘振是軸流風(fēng)機(jī)的固有特性。一旦喘振發(fā)生，風(fēng)機(jī)系統(tǒng)將處于不安全的工作狀態(tài)，甚至嚴(yán)重?fù)p壞機(jī)體。對(duì)于軸流風(fēng)機(jī)，喘振所帶來的危害更為嚴(yán)重;尤其是高壓軸流風(fēng)機(jī)，如果發(fā)生喘振，可能在短時(shí)間毀壞設(shè)備而造成重大損失，因此嚴(yán)禁在喘振的工況下運(yùn)行。AV9015是全靜葉可調(diào)軸流壓縮機(jī) ，其靜葉調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)采用液壓驅(qū)動(dòng)方式，汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)。因而討論汽

2、輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)防喘振、逆流的保護(hù)是軸流壓縮機(jī)防喘振和逆流保護(hù)的重點(diǎn)。本文將對(duì)宏晟電熱公司使用的 AV90一l5軸流壓縮機(jī)防喘振和逆流保護(hù)原理進(jìn)行分析。2軸流風(fēng)機(jī)喘振分析 轉(zhuǎn)速與靜葉角度不變時(shí)，軸流風(fēng)機(jī)的性能曲線如圖1所示。當(dāng)風(fēng)機(jī)開始工作時(shí)，由于管網(wǎng)中的氣壓小，風(fēng)機(jī)向管網(wǎng)輸送的氣流量大、壓力小，且氣流還不能立即充滿管網(wǎng)，此時(shí)通過管網(wǎng)的流量及其壓力均小于風(fēng)機(jī)的送風(fēng)流量和送風(fēng)壓力。隨著風(fēng)機(jī)繼續(xù)運(yùn)行，管網(wǎng)中的風(fēng)壓逐漸上升，風(fēng)機(jī)流量逐漸減小，最終在風(fēng)機(jī)性能曲線與管網(wǎng)阻力特性曲線 I的交匯點(diǎn)A達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。在A點(diǎn)，風(fēng)機(jī)壓力、送風(fēng)流量與管網(wǎng)阻力、流量達(dá)到平衡，A點(diǎn)就是該風(fēng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際工況點(diǎn)。在風(fēng)機(jī)性能

3、曲線壓力最高點(diǎn)B的右半部分，如果管網(wǎng)特性曲線由 I改變?yōu)?I(I)、管網(wǎng)阻力減少(增加)時(shí)，工況點(diǎn)偏離A點(diǎn)，工況點(diǎn)移到A(A)，并在新的工況點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)這種情況可作如下解釋:管網(wǎng)性能曲線由I變?yōu)?I(I)時(shí)，管網(wǎng)的阻力下降(上升)，導(dǎo)致流量增加(減少)。風(fēng)機(jī)送風(fēng)壓力要與管網(wǎng)壓力維持平衡，故風(fēng)機(jī)送風(fēng)流量沿性能曲線增加(減少)，送風(fēng)壓力下降(上升)，風(fēng)機(jī)性能曲線與管網(wǎng)的阻力特性曲線 I(I)在A(A)點(diǎn)相交，風(fēng)機(jī)系統(tǒng)在新的工況點(diǎn)A(A)達(dá)到平衡。風(fēng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，總是存在著各種小擾動(dòng)，如氣流不均勻、流量的微小變化等，這些小擾動(dòng)都可能使系統(tǒng)工作點(diǎn)偏離平衡工況點(diǎn)。如果小擾動(dòng)過后，系統(tǒng)仍能回到原來的工況

4、點(diǎn)或到達(dá)新工況點(diǎn)，則系統(tǒng)的運(yùn)行工況是穩(wěn)定的。管網(wǎng)阻力特性曲線變化時(shí)，只要工況點(diǎn)沿著風(fēng)機(jī)性能曲線在最高點(diǎn)B的右下部(即壓力上升則流量下降的性能曲線部分)變化，風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的工況總是穩(wěn)定的。 若管網(wǎng)阻力突然大幅度增加，管網(wǎng)的阻力特性曲線由I變?yōu)镮I，使系統(tǒng)理論工況點(diǎn)越過壓力最高點(diǎn)落在B左邊的C點(diǎn)(風(fēng)機(jī)性能曲線與管網(wǎng)阻力特性曲線的交點(diǎn))。這時(shí)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的工況點(diǎn)C是不穩(wěn)定的，風(fēng)機(jī)及管網(wǎng)的流量和壓力將出現(xiàn)激烈的脈動(dòng)，并引起設(shè)備與系統(tǒng)的劇烈振動(dòng)，這種現(xiàn)象就稱為喘振。發(fā)生喘振時(shí)，風(fēng)機(jī)系統(tǒng)不可能在C穩(wěn)定的運(yùn)行，對(duì)這種情況可作如下解釋:在圖1中，當(dāng)管網(wǎng)的阻力特性曲線由I變?yōu)镮I時(shí)，風(fēng)機(jī)送風(fēng)壓力上升，工作點(diǎn)沿著風(fēng)機(jī)性能

5、曲線到達(dá)最高點(diǎn)B，而隨著風(fēng)機(jī)送風(fēng)壓力增加(大于前一時(shí)刻管網(wǎng)的壓力)，風(fēng)機(jī)送風(fēng)量逐漸增加，且大于管網(wǎng)的出風(fēng)量，使管網(wǎng)的壓力進(jìn)一步增加，導(dǎo)致管網(wǎng)壓力大于風(fēng)機(jī)送風(fēng)壓力，風(fēng)機(jī)無法向管網(wǎng)送風(fēng)(風(fēng)機(jī)仍在旋轉(zhuǎn))，反而便管網(wǎng)中的氣流向風(fēng)機(jī)倒流。由于管網(wǎng)中的氣體同時(shí)從兩個(gè)方向(進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口)排出，管網(wǎng)壓力很快下降。當(dāng)管網(wǎng)壓力低于風(fēng)機(jī)送風(fēng)壓力時(shí)，風(fēng)機(jī)重新向管網(wǎng)送風(fēng)，使管網(wǎng)壓力再次上升。如果管網(wǎng)的阻力特性仍是II保持不變，則系統(tǒng)又會(huì)重復(fù)上述循環(huán)，周而復(fù)始，整個(gè)系統(tǒng)無法工作在理論工況點(diǎn)C。風(fēng)機(jī)送風(fēng)壓力忽高忽低，流量時(shí)正時(shí)負(fù);相應(yīng)地，管網(wǎng)中的氣壓也是忽高忽低，流量忽大忽小從而導(dǎo)致風(fēng)機(jī)系統(tǒng)喘振。在喘振發(fā)生時(shí)，激烈的流量

6、、壓力脈動(dòng)，使系統(tǒng)運(yùn)行極不穩(wěn)定，并引發(fā)強(qiáng)烈的機(jī)械振動(dòng)，甚至導(dǎo)致設(shè)備的損壞。高壓軸流風(fēng)機(jī)/壓縮機(jī)若發(fā)生喘振，可能在短時(shí)間毀壞設(shè)備而造成重大損失，因此嚴(yán)禁系統(tǒng)在喘振工況下運(yùn)行。從上面的分析可知，對(duì)于確定的風(fēng)機(jī)性能曲線都存在一個(gè)臨界點(diǎn)，風(fēng)機(jī)流量低于臨界流量，風(fēng)機(jī)系統(tǒng)就要發(fā)生喘振。B點(diǎn)就是風(fēng)機(jī)性能上發(fā)生喘振的臨界點(diǎn)。轉(zhuǎn)速恒定條件下，靜葉調(diào)節(jié)角度運(yùn)行時(shí)的喘振線與穩(wěn)定區(qū)的性能曲線如圖2中的實(shí)線所示。在轉(zhuǎn)速恒定條件下，軸流風(fēng)機(jī)不同的靜葉角度對(duì)應(yīng)不同的性能曲線;每一條性能曲線都存在一個(gè)喘振臨界點(diǎn)，將這些喘振臨界點(diǎn)連接起來形成的曲線稱為喘振線;喘振線將軸流風(fēng)機(jī)的工作特性劃分為喘振區(qū)(喘振線的左上部)和穩(wěn)定工作區(qū)

7、(喘振線的右下部)。在靜葉角度不變的條件下，軸流風(fēng)機(jī)不同的轉(zhuǎn)速也有不同的性能曲線，每一條性能曲線同樣存在一個(gè)喘振臨界點(diǎn)，將這些喘振臨界點(diǎn)連接起來也形成一條喘振線，這條喘振線也將軸流風(fēng)機(jī)的工作特性劃分為喘振區(qū)(喘振線的左上部)和穩(wěn)定工作區(qū)(喘振線的右下部)。風(fēng)機(jī)變速運(yùn)行時(shí)的喘振線與穩(wěn)定區(qū)的性能曲線如圖2中的虛線所示(n為軸流風(fēng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速)。防喘振控制的目的就是采用可靠、有效的控制措施，保證風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的工況點(diǎn)始終位于穩(wěn)定工作區(qū)(在實(shí)際系統(tǒng)中還要考慮風(fēng)機(jī)葉片的阻塞和風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)失效等問題，本文只討論喘振問題)，避免風(fēng)機(jī)系統(tǒng)發(fā)生喘振不能正常工作和造成設(shè)備的損壞。3軸流風(fēng)機(jī)防喘振原理 防止喘振發(fā)生，就是防止風(fēng)

8、機(jī)系統(tǒng)的工況點(diǎn)越過喘振線進(jìn)人喘振區(qū)。對(duì)圖1風(fēng)機(jī)性能曲線進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于給定的一條性能曲線，若風(fēng)機(jī)理論工作點(diǎn)的流量小于臨界點(diǎn)的流量就會(huì)發(fā)生喘振。如果設(shè)法使風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的流量始終大于臨界流量，就可以避免發(fā)生喘振。通過對(duì)圖2中風(fēng)機(jī)性能曲線的進(jìn)一步分析可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于一個(gè)較小的流量Qm，在一些性能曲線上的理論工況點(diǎn)可能進(jìn)人喘振區(qū)，而在另一條性能曲線上則可能位于穩(wěn)定工作區(qū)(圖2中等流量線Qm與不同性能曲線的交點(diǎn)可能在穩(wěn)定工作區(qū)，也可能在喘振區(qū))。如果通過選擇合適的性能曲線，使對(duì)應(yīng)給定小流量Qm的工況點(diǎn)始終在穩(wěn)定工作區(qū)，也可以避免發(fā)生喘振。由于喘振線的理論計(jì)算和設(shè)計(jì)喘振線的檢測很難做到非常準(zhǔn)確，為了保證一

9、定的安全系數(shù)，在理論喘振線的基礎(chǔ)上，增加一定的喘振裕度，即在理論喘振線之前預(yù)先給出一條防喘振線，將工況點(diǎn)控制在防喘振線所限制的穩(wěn)定工作區(qū)，一方面保證喘振控制有一定的安全系數(shù)，另一方面也可避免由于理論喘振線存在偏差或性能曲線變化、臨界點(diǎn)偏移等因素使防喘振系統(tǒng)失效而導(dǎo)致軸流風(fēng)機(jī)發(fā)生喘振的潛在危險(xiǎn)。4 AV9015的防喘振與逆流保護(hù)邏輯框圖圖3 AV90-15防喘振與逆流保護(hù)邏輯框圖從圖 3中看出，采用自動(dòng)調(diào)節(jié)程序在進(jìn)入放風(fēng)區(qū)自動(dòng)放風(fēng)，在放風(fēng)管道設(shè)置了防喘振閥。采樣于出口風(fēng)壓的壓力變化信息 ，當(dāng) CPU拾取到出口風(fēng)壓達(dá)到喘振報(bào)警線信息后1秒，首先進(jìn)行喘振報(bào)警，在達(dá)到喘振報(bào)警后，報(bào)警持續(xù)3秒機(jī)組進(jìn)入逆

10、流安全運(yùn)行，只用 15s時(shí)間便全部打開防喘振閥門，在喘振閥打開的同時(shí)靜葉角度也調(diào)整到安全運(yùn)行區(qū) (安全運(yùn)行區(qū)可理解為阻塞區(qū)以上靜葉角度在 22運(yùn)行)，從而保證了防喘振的需要。此時(shí)，出口風(fēng)壓仍然表現(xiàn)為逆流存在 ，則出現(xiàn)逆流報(bào)警 ，在沒得到確認(rèn)后繼續(xù)進(jìn)入持續(xù)逆流報(bào)警，5秒后仍然沒得到確認(rèn)后便進(jìn)入停機(jī)狀態(tài)聯(lián)鎖停機(jī) ，以上過程全部時(shí)間僅有9s，這一過程幾乎是在一瞬間發(fā)生和消失的。在20秒內(nèi)連續(xù)出現(xiàn)兩次喘振報(bào)警機(jī)組進(jìn)入逆流安全運(yùn)行。5 AV9015軸流風(fēng)機(jī)防喘閥 AV9015軸流風(fēng)機(jī)采用2個(gè)Fisher閥，它的典型氣路及相關(guān)說明如下整個(gè)氣路的功能在正常情況下實(shí)現(xiàn)精確的閥位控制，快開慢關(guān)；在緊急情況（失氣

11、、失電）下快速打開閥門以保護(hù)風(fēng)機(jī)。 正常情況下，兩個(gè)電磁閥帶電，對(duì)三通電磁閥，1和2通；兩通電磁閥，1和2斷開。這時(shí)經(jīng)過過濾減壓后的空氣分成三路，一路經(jīng)單向閥到四通，然后到2625、儲(chǔ)氣罐、377的F口；一路經(jīng)三通電磁閥后，到377的SUP口，SUP口的氣壓壓縮377內(nèi)部彈簧，這樣在377內(nèi)部氣路中，A口和B口通,D口和E口通；另一路到DVC6020的SUP口，作為DVC的氣源。當(dāng)控制信號(hào)（控制系統(tǒng)DCS/PLC輸出到DVC6020的4-20MA信號(hào)）增大時(shí)，定位器A口輸出。 由于喘振閥是蓄能 、氣動(dòng)控制 ，氣源的穩(wěn)定和壓力的維持就顯得十分重要 ，失去或降低壓力都能使喘振閥 自動(dòng)打開放風(fēng)，容易造成高爐操作困難或出現(xiàn)事故 。(2)要有穩(wěn)定的低壓電源，失電同樣導(dǎo)至喘振閥自動(dòng)打開。必要時(shí)應(yīng)設(shè)置UPS電源。(3)由于機(jī)組啟動(dòng)條件設(shè)置了靜葉角度須在22才能啟動(dòng)，所以伺服馬達(dá)及其傳動(dòng)桿的位置就應(yīng)十分準(zhǔn)確。如果屏幕畫面靜葉角度控制在22而實(shí)際靜葉位置不在 22，則機(jī)組就不能正常啟動(dòng)。因此，應(yīng)經(jīng)常檢