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轴流风机产生失速的机理分析
来源:www.deu100.com作者:南宇机电发布时间:2020-05-03 17:09:30 浏览

       轴流风机在正常状态工况时,冲角很小(气流方向与叶片叶弦的夹角即为冲角),气流绕过机翼型叶片而保持流线状态,如图 1a 所示。当气流与叶片进口形成正冲角,即 α >0 ,并且这正冲角超过某一临界值时,叶片背面流动工况开始恶化,边界层受到破坏,在叶片背面尾端出现涡流区,这个就是“失速” 现象,如图 1b 所示。冲角大于临界值越多,失速现象越严重,流体的流动阻力越大,使叶道阻塞,同时轴流风机风压也随着迅速下降。

  轴流风机的叶片在加工及安装过程中,由于各种原因使叶片不可能有完全相同的形状和安装角。因此,当运行工况变化而使流动方向发生偏离时,在各个叶片进口的冲角就不可能完全相同。如果某一叶片进口处的冲角达到临界值时,就首先在该叶片上发生失速,而不会所有叶片都同时发生失速。如图 2 中, u 是对应叶片上某点的周向速度; w 是气流对叶片的相对速度; α 为冲角。假设叶片 2 和 3 间的叶道 23 首先由于失速出现气流阻塞现象,叶道受堵塞后,通过的流量减少,在该叶道前形成低速停滞区,于是气流分流进入两侧通道 12 和 34 ,从而改变了原来的气流方向,使流入叶道 12 的气流冲角减小,而流入叶道 34 的冲角增大。可见,分流结果使叶道 12 绕流情况有所改善,失速的可能性减小,甚至消失;而叶道 34 内部却因冲角增大而促使发生失速,从而又形成堵塞,使相邻叶道发生失速。这种现象继续进行下去,使失速所造成的堵塞区沿着与叶轮旋转相反的方向推进,即产生所谓的 “ 旋转失速 ” 现象。轴流风机进入到不稳定工况区运行,叶轮内将产生一个到数个旋转失速区。叶片每经过一次失速区就会受到一次激振力的作用,从而可使叶片产生共振。此时,叶片的动应力增加,可能致使叶片断裂,造成重大设备损坏事故。

  大型火电机组的送风机一般是定转速运行的,即叶片周向速度 u 是一定值 ,这样影响叶片冲角大小的因素就是气流速度与叶片开度角。如图 2 所示,可以看出:当叶片开度角 β 一定时,如果气流速度 c 越小时,冲角 α 就越大,产生失速的可能性也就越大。从图 2 还可以看出,当流速 c 一定时,如果叶片角度 β 减小,则冲角 α 也减小;当流速 c 很小时,只要叶片角度 β 很小,则冲角 α 也很小。因此,当风机刚启动或低负荷运行时,风机失速的可能性大大减小甚至消失。

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