轴流风机效率降低问题分析与处理

轴流风机效率降低问题分析与处理

隋鹏坤

山东天勤石油科技有限公司 山东东营 257300

摘要：低压轴流风机作为通风、暖通、冷却、空调和输运等工业设备和家用电器的主要动力，所以得到广泛应用，数值模拟已成为开发新的高性能风机和改善现有风机性能的重要工具。与样机试制时相比，风机进入批量生产时的结构并未做任何更改，那么制造工艺的不稳定致使风机关键部件工艺差异增大则是出现该问题的主要原因。为此，采取了有效的改进措施，并通过ANSYS-CFX软件建立合理的数值模型进行气动性能模拟和试验验证，使该类风机效率和静压均恢复到原水平且性能稳定。

关键词：轴流风机；叶轮与风筒间隙；工艺；效率

引言

低压轴流风机性能数值模拟应用很广，由于全压低，数值模拟精度要求高，作者根据长期工作经验认为：数值建模、边界条件设置、风机出口静压的确定和混合面等几个主要问题，如能合理处理，就能改善这种数值模拟的精度和可靠性。

1轴流风机的数值分析

在已有参数的设计基础上，用ANSYS模拟软件对轴流风机进行了深入的数值模拟分析，通过模拟可以直观地看到风机各个零件部位的受力情况、风速流动的情况，利用这些信息可以计算得到风机的工作效率，达到优化的目的。

1.1风机模型的建立

风机模型的建立基于上述参数的确定，利用三维建模软件Creo2.0对风机进行了实体模拟，为了便于研究，简化了风机的模型，整个三维模型只有叶片以及轮毂骨架，可以看到，模型中风机叶片数为9片，其均匀布置在轮毂周围，为了保证风机的稳定性，在中心轮毂前后各突出了一定的厚度，保证进风以及出风的安全稳定性，虽然对整体构造进行了简化，为了便于研究，对风机部分构造设计进行了优化，后续变环量比值以及轮毂比值对风机最高效率的影响都是基于此模型的建立。

1.2模拟计算结果的分析

通过对几组不同轮毂比的模拟研究，不难发现风机最高效率随变环量比值的增加而增加，虽然整体呈现增长的趋势，但是又各有差异。不论轮毂比值为多少，风机最高效率都随变环量比值呈现先快速增长，后缓慢下降的趋势，且轮毂比值越大，风机最高效率就越大。虽然风机的最高效率有大有小，但依然存在最大的利用效率。当变环量比值低于1.1时，风机最高效率随变环量比值快速增长；当变环量比值大于1.1而小于1.3时，风机最高效率趋于平缓，风机效率达到最高；当变环量比值大于1.3时，风机最高效率随变环量比值呈现缓慢下降的趋势。对于不同轮毂比值下风机最高效率随变环量比值的曲线，轮毂比值越大，风机起始效率就越高，随变环量比值的增加，风机最高效率一直都高于低轮毂比值风机效率，当变环量比值达到1.5的时候，最终风机的最高效率基本一致。

2故障原因分析

2.1基本概况

伴随着超低排放改造的进行，为简化锅炉系统、降低风机电耗、节省运行和检修维护成本，大部分机组均进行了“引增合一”改造。2号机组超低排放改造后，引风机换型为上海鼓风机厂生产的双级动叶可调轴流式风机，型号为SAF35－23.7－2。截至本次停机，A引风机共计运行6448h，B引风机共计运行6418h。

2.2运行情况检查分析

查阅运行启停机操作记录及SOE记录，运行人员各项操作符合集控运行规程要求，SOE记录未见异常。制粉系统及其设备正常，烟风系统内其他机械设备、风门挡板等无异常情况发生。风机本体出现异音等不明故障，极易演变为风机喘振，对设备和机组造成更大的损害。因此，本次停机属于为了防止事故进一步扩大而申请的主动停机。

2.3设备检查情况分析

a.A引风机停运后，对其进行揭盖检修。检查发现，A引风机一级动叶有3片叶片角度发生严重漂移，处于关位抵死状态(关过头现象)，其对应的叶柄轴平衡重也存在偏移，轴与调节臂接触部位存在打滑现象;其他叶片角度也有不同的漂移现象，经角度测量，一级动叶共有13片叶片角度发生不同程度的漂移，其余7片保持正常角度;二级所有动叶角度一致、没有发生漂移现象。

b.现场对A引风机严重卡涩的3片叶片的轴与调节臂拆除，清洗干净后去掉毛刺，角度校正后重新固定，并以二级动叶角度为基准，将一级动叶角度全部调整至与二级动叶开度同步，经试转后正常。

B引风机仅有1片一级动叶发生漂移，冷态试转后，暂不影响风机运行，待机组下次停机时再行解体处理。

c.动叶漂移是指风机运行过程中动叶与锁紧螺母发生相对滑移。叶片发生漂移后，气流与叶片进口形成正冲角，当正冲角超过某一临界值后，叶片背面出现涡流区，即失速现象。失速现象可诱发喘振，引起风机异响和振动超标。由此可见，A引风机动叶漂移是造成本次风机本体异响的直接原因。

3风机出口静压的确定

在数值模拟中关于风机出口静压的确定，从来都是取出口截面的平均静压，最近我们才发现在低压轴流风机中这样确定会产生较大的误差，因为风机出口连接管道中的截面静压分布很不均匀，如上述建模算例中，在8.5d处的截面上，静压最小范围130.0~159.3Pa，最大159.3~188.6Pa，截面平均静压164.0Pa，而圆环壁面的静压均值是170.7Pa；又如4.25d处静压最小范围130.0~159.3Pa，最大188.5~217.8Pa，截面静压均值176.0Pa，而圆环壁面的静压均值是195.7Pa。由于实际性能测试时是按国家标准在该截面管壁圆周上均布开四个孔，接测压管测压，测得的是壁面处的静压，从上述数据可知，它和截面均值差别较大，也随测点截面位置变化较大，因而对数值模拟结果影响也较大。

按国标建模的方案1，如用相同测试方式的得到的风机静压比圆截面平均静压计算得到的风机静压高6.7Pa（2.6%），折算到静压效率提高1%，如用方案2来比较，则为静压提高19.7Pa（7.2%），折算到静压效率提高3%，差别非常可观，这是因为静压计算点越靠近风机出口，截面上的静压分布更不均匀。

4处理方法及改进效果

4.1风机叶轮与风筒径向间隙δ的控制

风机叶轮与风筒径向间隙δ由原2～5.6mm更改为1.5～4mm，使叶轮与风筒平均径向间隙由4mm降至3mm。在制造过程中，控制风筒圆度误差为准1.5mm。在叶轮装配时，控制叶轮一、叶轮二与风筒的同轴度误差在准1mm以内，同时注意调节叶轮与叶片径向间隙，控制叶片顶端的跳动公差，避免因风机径向间隙减小造成叶轮与风筒的局部刮擦。

4.2导叶安装的控制

目前，我厂增加了导叶安装定位及组焊模具，并严格按导叶图纸施工，定期检查和修理导叶组焊模具，确保导叶的实际进口、出口气流角与设计进口、出口气流角保持一致，这样更有利于风机效率和静压的提高。

结语

通过合理地分析及采取正确的措施，该类轴流风机经计算机验算和试验验证后，风机效率和静压已经达到了试验样机的水平，各项性能均显示优良，运行状况良好，风机效率下降、静压降低的问题得以圆满解决。同时也说明在轴流风机设计和制造时，严格控制叶轮与风筒径向间隙、导叶安装误差并提高工艺水平是极其重要的。

参考文献

［1］王福军.计算流体动力学分析-CFD软件原理与应用［M］.北京：清华大学出版社，2004.

［2］昌泽舟.应用电子表格进行轴流通风机优化气动设计［J］.风机技术，2003（6）：35-37.

［3］习兴文．火电厂燃煤锅炉尾部受热面低温腐蚀的防治与维护措施探究［J］．中国战略新兴产业，2018(44):253，255.

［4］刘恩生，周新刚．双级动叶可调轴流引风机卡涩原因分析与改进［J］．华电技术，2018，40(2):50－51，73.