CN103410762B - 一种离心风机旋转失速控制装置及方法 - Google Patents

一种离心风机旋转失速控制装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明具体涉及一种离心风机旋转失速控制装置及方法，属于叶轮机械的安全稳定运行领域。喷嘴组安装在离心风机的蜗舌附近的叶轮流道入口前，喷嘴组的各喷嘴与叶轮的内圆周切线方向之间的夹角和叶片安装角一致，喷嘴组通过金属高速空气管道、手动阀、电磁阀与空气压缩机连接；两个压力变送器分别固接在离心风机进、出口管道上；编程控制器分别通过数据线与空气压缩机、电磁阀以及两个压力变送器连接。通过提取风机全压信号，利用全压随时间波动的幅值判别失速先兆的产生；离心风机失速先兆产生于蜗舌附近流道内，通过向蜗舌附近几个流道内喷射高速气流，提高气体动能，抑制旋转失速的发生。

Description

一种离心风机旋转失速控制装置及方法
技术领域
本发明具体涉及一种离心风机旋转失速控制装置及方法，属于叶轮机械的安全稳定运行领域。
背景技术
旋转失速是离心风机在小流量工况下叶轮内部发生的一种非定常流动现象。旋转失速发生后，叶轮内部存在一个或几个沿周向旋转的失速团，其旋转速度小于叶轮旋转速度，会产生额外的气动载荷和气动噪声，严重时可能诱发叶片高应力点处的疲劳和断裂问题，影响了离心风机的应用范围。另外，旋转失速现象可能导致喘振，引起风机本体及连接管道的振动，造成事故隐患。目前，市场上还未见到适用于离心风机旋转失速的控制装置。
发明内容
本发明基于离心风机旋转失速的发生机理和边界层控制方法，提供了一种离心风机旋转失速控制装置及方法，能够达到优化叶轮内部流场，抑制和推迟离心风机内部旋转失速的发生、扩大离心风机安全裕度的目的。
本发明所述装置采用的技术方案为：
金属高速空气管道的一端通过手动阀和电磁阀与空气压缩机连接，另一端与喷嘴组连接；喷嘴组安装在离心风机的蜗舌附近的叶轮流道入口前，喷嘴组的各喷嘴与叶轮的内圆周切线方向之间的夹角和叶片安装角一致；两个压力变送器分别固接在离心风机进、出口管道上；编程控制器分别通过数据线与空气压缩机、电磁阀以及两个压力变送器连接。
所述喷嘴组包括3个喷嘴，且各喷嘴之间沿周向等间距布置。
所述喷嘴组5的各喷嘴的方向与叶轮9的内圆周切线方向之间的夹角呈45°。
本发明提供的控制方法，包括以下步骤：
离心风机启动过程中，手动阀处于关闭状态，离心风机达到正常运行状态后，开启手动阀；
运行过程中，压力变送器测量风机出口管道与风机进口管道之间的总压差值，即风机全压值随时间波动幅值大于设定值时，编程控制器控制空气压缩机和电磁阀开启，通过金属高速空气管道和喷嘴组向蜗舌附近的叶轮流道内喷射高速气流，抑制旋转失速现象的发生。
本发明的有益效果为：
（1）通过提取风机全压信号，利用全压随时间波动的幅值判别失速先兆的产生。离心风机失速先兆产生于蜗舌附近流道内，通过向蜗舌附近几个流道内喷射高速气流，提高气体动能，抑制旋转失速的发生。
（2）该装置在失速先兆发生时可自动启动，抑制和推迟旋转失速的发生，离心风机安全裕度可扩大4%～13%，为离心风机的安全运行提供保障。
（3）针对离心风机失速发生的机理，即蜗舌对旋转失速的产生具有重要作用，在蜗舌附近的几个叶轮流道前布置喷嘴组，扩稳效果比较好，且喷嘴个数少，对流场扰动较小。
（4）该装置结构简单，易于制造和安装。
（5）对在役风机和新风机均可使用。
附图说明
图1为所述装置的整体连接示意图；
图2为3喷嘴的喷嘴组的结构示意图；
图3为喷嘴组在叶轮中的相对位置示意图。
图中标号：
1-空气压缩机；2-电磁阀；3-手动阀；4-金属高速空气管道；5-喷嘴组；6-压力变送器；7-可编程控制器；8-蜗舌；9-叶轮；10-风机进口管道；11-风机出口管道。
具体实施方式
本发明提供了一种离心风机旋转失速控制装置及方法，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
本发明所述控制装置的结构如图1所示。离心风机的入口和出口分别风机进口管道10、风机出口管道11连接；金属高速空气管道4的一端通过手动阀3和电磁阀2与空气压缩机1连接，另一端与喷嘴组5连接；喷嘴组5安装在离心风机的蜗舌8附近的叶轮流道入口前，喷嘴组5的各喷嘴与叶轮9的内圆周切线方向之间的夹角和叶片安装角一致；两个压力变送器6分别固接在风机进口管道10和风机出口管道11上；编程控制器7分别通过数据线与空气压缩机1、电磁阀2以及两个压力变送器6连接。
如图2和图3所示，本发明中，喷嘴组5包括3个喷嘴，且各喷嘴之间沿周向等间距布置，各喷嘴的方向与叶轮9的内圆周切线方向之间的夹角呈45°。
使用本装置对离心风机旋转失速进行控制时，按如下步骤进行：
离心风机启动过程中，手动阀3处于关闭状态，离心风机达到正常运行状态后，开启手动阀3；
运行过程中，压力变送器6测量风机出口管道11与风机进口管道10之间的总压差值，即风机全压值随时间波动幅值大于设定值时，编程控制器7控制空气压缩机1和电磁阀2开启，通过金属高速空气管道4和喷嘴组5向蜗舌8附近的叶轮9流道内喷射高速气流，抑制旋转失速现象的发生。
实施例1：
以型号为G4-73No.8D的离心风机为例，有12个翼型叶片，在蜗舌附近的叶轮流道入口前布置喷嘴组，3个喷嘴之间的距离沿周向间隔30°，喷嘴吹气方向与叶轮内圆周切线方向之间的夹角呈45°。当风机流量减小，失速先兆产生的同时，风机全压波动幅值随时间逐渐增大，当全压波动幅值超过1%时，编程控制器控制空气压缩机和电磁阀开启，向蜗舌附近的叶轮流道内喷射高速气流，气流速度为110m/s，抑制和推迟了旋转失速的发生，离心风机安全裕度增大11%，扩稳效果明显。该装置适用于电站、炼钢等工业领域，离心风机在小流量工况下，抑制和推迟旋转失速的发生，扩大离心风机安全裕度，对电站等工业部门的安全运行具有重要的工程价值。

Claims (2)

1.一种离心风机旋转失速控制装置，其特征在于，金属高速空气管道(4)的一端通过手动阀(3)和电磁阀(2)与空气压缩机(1)连接，另一端与喷嘴组(5)连接；喷嘴组(5)安装在离心风机的蜗舌(8)附近的叶轮流道入口前，喷嘴组(5)的各喷嘴与叶轮(9)的内圆周切线方向之间的夹角和叶片安装角一致；两个压力变送器(6)分别固接在离心风机进、出口管道上；编程控制器(7)分别通过数据线与空气压缩机(1)、电磁阀(2)以及两个压力变送器(6)连接；
所述喷嘴组(5)包括3个喷嘴，且各喷嘴之间沿周向间隔30°布置；
所述喷嘴组(5)的各喷嘴的方向与叶轮(9)的内圆周切线方向之间的夹角呈45°。
2.一种使用权利要求1所述装置对离心风机旋转失速进行控制的方法，其特征在于，
离心风机启动过程中，手动阀(3)处于关闭状态，离心风机达到正常运行状态后，开启手动阀(3)；
运行过程中，压力变送器(6)测量风机出口管道(11)与风机进口管道(10)之间的总压差值，即风机全压值随时间波动幅值大于设定值时，编程控制器(7)控制空气压缩机(1)和电磁阀(2)开启，通过金属高速空气管道(4)和喷嘴组(5)向蜗舌(8)附近的叶轮(9)流道内喷射高速气流，抑制旋转失速现象的发生。
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