CN114776619A - 一种电站轴流式风机运行状态下实际失速线标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电站轴流式风机运行状态下实际失速线标定方法，包括：首先，对风机进行热态性能试验，选取三个工况进行风量、风压的测试，并读取风机进口差压，确定风机管网阻力特性线；其次，根据轴流风机三个工况下风量、进口差压数据，计算出风机流量系数；再次，根据计算出的流量系数，在风机热态运行工况下，选取不同开度，通过调节烟风管道压力，使风机运行接近失速情况，读取风机进出口压力和风机进口差压参数；最后，获取上述参数后，通过已计算出的流量系数和压力参数，确定不同开度下风机失速运行工况点在曲线上的位置，将上述点拟合得到风机实际失速线。

Description

一种电站轴流式风机运行状态下实际失速线标定方法

技术领域

本发明涉及燃煤电厂烟气系统所使用的轴流式通风机，包括静叶可调式轴流风机和动叶可调式轴流风机等，具体涉及一种电站轴流式风机运行状态下实际失速线标定方法。

背景技术

基于轴流式通风机具有低压头、高流量及调节性能优良等优点，国内大型燃煤机组的三大风机(一次风机、送风机及引风机)已广泛采用轴流式通风机。然而，由于轴流式风机自身的气动特性，其无法从根本上消除失速区。轴流式风机进入失速区域后，其进出口压力、运行电流均会出现频繁波动、风机出力降低，长期运行在失速区域易造成风机叶片断裂等问题，严重影响设备安全性。风机失速是燃煤电厂风机设备常见问题之一，风机失速的原因复杂，因此，确定失速原因是解决这一问题的前提。

电站轴流风机失速的可能原因是风机选型参数不合理或烟风系统阻力偏大，这些原因通过常规的风机热态性能试验即可进行分析判断并提出解决方案。但通过常规试验后发现风机实际运行点远离其理论失速线，并不能找到风机失速的原因，在此种情况下，就需要建立一种在不影响机组运行安全性的前提下，进行风机失速原因判断、分析的方法，从而找到失速的原因并提出解决方案，以提高机组运行的安全性和稳定性。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种电站轴流式风机运行状态下实际失速线标定方法，其目的是在轴流式风机出现抢风失速的情况下，通过常规风机热态性能试验发现其运行点远离理论失速线，无法分析其失速原因时，通过对轴流风机进行流量测量并结合调节门或动叶角度调节风压，实现风机实际失速线标定，以分析风机失速的原因，以便后续提出解决方案并保证机组安全稳定运行。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种电站轴流式风机运行状态下实际失速线标定方法，包括：

首先，对风机进行热态性能试验，选取三个工况进行风量、风压的测试，并读取风机进口差压，确定风机管网阻力特性线；其次，根据轴流风机三个工况下风量、进口差压数据，计算出风机流量系数；再次，根据计算出的流量系数，在风机热态运行工况下，选取不同开度，通过调节烟风管道压力，使风机运行接近失速情况，读取风机进出口压力和风机进口差压参数；最后，获取上述参数后，通过已计算出的流量系数和压力参数，确定不同开度下风机失速运行工况点在曲线上的位置，将上述点拟合得到风机实际失速线。

本发明进一步的改进在于，该方法具体包括以下步骤：

1)对轴流风机管网系统阻力特性曲线进行拟合；

2)计算风机流量系数k；

3)风机失速点的获取，在确定了风机流量系数k后，在第i个叶片开度下，通过调节烟风管道上的挡板门使得风机压力提高，在风机临近失速时，读第i个叶片开度临界失速状态的风机进口静压p_s1,i、出口静压p_s2,i，风机差压Δp_s,i以及风机进口温度T_s,i、当地大气压Pa_s,i数值，总共读取m个叶片开度临界失速点数据，m≥3；

4)实际失速线的绘制，根据上一步确定的轴流风机临界失速运行点P_s,i(q_s,i,y_s,i)，i＝1,…,m，采用基于最小二乘法的t阶多项式函数对实际失速线C′进行拟合，确定实际失速线函数z＝f₂(x)＝α₀+α₁·x+α₂·x²+…+α_t·x^t，t≥1；

多项式函数阶数t为整数，且t≥1，根据上面的关系，求解得到多项式函数系数α₀，α₁，…，α_t和多项式函数阶数t，这样就确定了实际失速曲线函数z＝f₂(x)＝α₀+α₁·x+α₂·x²+…+α_t·x^t，也就完成了实际失速曲线C′的拟合；

5)在得到风机实际失速曲线C′后，根据风机运行点与实际失速曲线C′进行风机失速原因的分析和判断。

本发明进一步的改进在于，步骤1)中，根据轴流风机运行点对管网系统阻力特性曲线进行拟合，具体实施方法如下：

①确定轴流风机运行工况点P_i(q_i,y_i)，i＝1,…,3；

②根据上一步确定的轴流风机运行点坐标P_i(q_i,y_i)，采用n阶多项式函数对管网系统阻力特性曲线C₁进行拟合，多项式函数y＝f₁(x)＝k₀+k₁·x+k₂·x²…+k_n·xⁿ满足以下关系：

多项式函数阶数n为整数，且n≥1，根据上面的公式，求解得到多项式函数系数k₀，k₁，…，k_n和多项式函数阶数n，这样就确定了管网系统阻力特性曲线函数y＝f₁(x)＝k₀+k₁·x+k₂·x²…+k_n·xⁿ，也就完成了管网系统阻力特性曲线C₁的拟合；

③在风机进口膨胀节风机侧下部安装一个静压测量点MP1，在风机进口集流器上部安装一个静压测量点MP2，在上述试验工况过程中，同步记录风机不同工况下两个测量位置的静压，两者数值之差用Δp_i表示，即Δp_i＝p_i(MP1)-p_i(MP2)。

本发明进一步的改进在于，步骤1)的①中，首先，选取三个风机试验测试工况，对轴流风机开展现场性能测试，得到轴流风机的流量q_i和比压能y_i数据以及风机进气密度ρ_i，进而得到轴流风机运行点及其坐标P_i(q_i,y_i)。

本发明进一步的改进在于，步骤2)中，首先，根据上一步得到的第i工况轴流风机运行点P_i(q_i,y_i)、风机进气密度ρ_i，差压Δp_i，通过下述公式可计算得到第i工况的风机流量系数k_i：

然后，对所有工况的风机流量系数k_i取平均值，求解得到风机流量系数k，即

本发明进一步的改进在于，步骤3)中，按如下计算方法求解第i个工况风机临界失速点坐标：

(1)根据风机进口温度T_s,i和当地大气压Pa_s,i，参照《GB/T 10178-2006工业通风机现场性能试验》标准，计算得到临界失速状态风机进气密度ρ_s,i，i＝1,…,m；

(2)求解风机临界失速点流量q_s,i，风机临界失速点流量q_s,i通过下面公式求解：

(3)求解风机临界失速点比压能y_s,i，根据测试得到的临界失速状态风机进口静压p_s1,i、出口静压p_s2,i和风机差压Δp_s,i，结合上面求解得到的临界失速状态风机进气密度ρ_s,i和风机临界失速点流量q_s,i，参照《GB/T 10178-2006工业通风机现场性能试验》标准，计算得到风机临界失速点比压能y_s,i；

通过上述步骤求解得到风机临界失速点流量q_s,i和风机临界失速点比压能y_s,i，这样就得到了风机临界失速点的坐标P_s,i(q_s,i,y_s,i)，i＝1,…,m。

本发明进一步的改进在于，步骤3)中，风机临近失速指的是电流、进出口压力出现轻微波动。

本发明进一步的改进在于，步骤3)中，参数α₀，α₁，…，α_t满足以下关系：

本发明至少具有如下有益的技术效果：

本发明提供的一种电站轴流式风机运行状态下实际失速线标定方法，通过对风机进行热态性能试验，确定风机管网阻力特性线；其次，根据轴流风机不同工况下风量、进口差压数据，计算出风机流量系数；再次，根据计算出的流量系数，在风机热态运行工况下，选取不同开度，通过调节烟风管道压力，使风机运行接近失速情况，获取不同开度下风机实际失速点；最后，获取上述参数后，通过已计算出的流量系数、压力等参数，确定不同开度下风机失速运行工况点在曲线上的位置，将上述点拟合得到风机实际失速线。该种方法安全可靠、稳定高效，可以在机组热态运行情况下分析风机复杂失速问题，找到失速原因，进行失速问题的治理，保证机组安全稳定运行。

附图说明

图1为本发明专利的原理示意图；

图2为本发明专利中的轴流风机差压测量静压测点安装示意图。

图3为本发明专利中的轴流风机性能曲线及管网系统阻力特性曲线示意图；

图4为本发明专利中的轴流风机实际失速曲线示意图。

其中，图1中，P_i(q_i,y_i)为轴流风机第i工况运行点坐标；q_i为轴流风机第i工况运行点体积流量，单位为m³/s，y_i为轴流风机第i工况运行点比压能，单位为m³/s，单位为Nm/kg，ρ_i为轴流风机第i工况进气密度，单位为kg/m³，Δp_i为轴流风机第i工况差压，单位为Pa；k_i为轴流风机第i工况流量系数，k为轴流风机流量系数，以上单位均为1。

y＝f₁(x)为轴流风机管网系统阻力特性曲线拟合函数，k_i(i＝1,…,n)为轴流风机管网系统阻力特性曲线拟合函数系数，n为轴流风机管网系统阻力特性曲线拟合函数阶数。

P_s,i(q_s,i,y_s,i)为轴流风机第i叶片开度临界失速点坐标，m为轴流风机测试临界失速点数目；q_s,i为轴流风机第i叶片开度况临界失速点体积流量，单位为m³/s，y_s,i为轴流风机第i叶片开度临界失速点比压能，单位为Nm/kg，ρ_s,i为轴流风机第i叶片开度临界失速点进气密度，单位为kg/m³；Δp_s,i为轴流风机第i叶片开度临界失速点差压，p_s1,i为轴流风机第i叶片开度临界失速点进口静压，p_s2,i为轴流风机第i叶片开度临界失速点出口静压，Pa_s,i为轴流风机第i叶片开度临界失速点当地大气压以上单位均为Pa；T_s,i为轴流风机第i叶片开度临界失速点进口温度，单位为℃。

z＝f₂(x)为轴流风机实际失速曲线拟函数，α_i(i＝1,…,t)为轴流风机实际失速曲线拟合函数系数，t为轴流风机实际失速曲线拟合函数阶数。

图2中，MP1为轴流风机差压测量静压测点一，MP2为轴流风机差压测量静压测点二。

图3中，C₁为轴流风机管网系统阻力特性曲线。

图4中，C′为轴流风机实际失速曲线。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1至图4所示，本发明提供的一种电站轴流式风机运行状态下实际失速线标定方法，包括：

首先，对风机进行热态性能试验，选取三个工况进行风量、风压的测试，并读取风机进口差压，确定风机管网阻力特性线；其次，根据轴流风机三个工况下风量、进口差压数据，计算出风机流量系数；再次，根据计算出的流量系数，在风机热态运行工况下，选取不同开度，通过调节烟风管道压力，使风机运行接近失速情况，读取风机进出口压力、风机进口差压等相关参数；最后，获取上述参数后，通过已计算出的流量系数、压力等参数，确定不同开度下风机失速运行工况点在曲线上的位置，将上述点拟合得到风机实际失速线。具体实施方法如下：

1)对轴流风机管网系统阻力特性曲线进行拟合。根据轴流风机运行点对管网系统阻力特性曲线进行拟合，具体实施方法如下：

①确定轴流风机运行工况点P_i(q_i,y_i)，i＝1,…,3。首先，选取三个风机试验测试工况，对轴流风机开展现场性能测试，得到轴流风机的流量q_i和比压能y_i数据以及风机进气密度ρ_i，进而得到轴流风机运行点及其坐标P_i(q_i,y_i)，i＝1,…,3。

②根据上一步确定的轴流风机运行点坐标P_i(q_i,y_i)，采用n阶多项式函数对管网系统阻力特性曲线C₁进行拟合，多项式函数y＝f₁(x)＝k₀+k₁·x+k₂·x²…+k_n·xⁿ满足以下关系：

多项式函数阶数n为整数，且n≥1，根据上面的公式，可以求解得到多项式函数系数k₀，k₁，…，k_n和多项式函数阶数n，这样就确定了管网系统阻力特性曲线函数y＝f₁(x)＝k₀+k₁·x+k₂·x²…+k_n·xⁿ，也就完成了管网系统阻力特性曲线C₁的拟合。

③在风机进口膨胀节风机侧下部安装一个静压测量点MP1，在风机进口集流器上部安装一个静压测量点MP2，在上述试验工况过程中，同步记录风机不同工况下两个测量位置的静压，两者数值之差用Δp_i表示，即Δp_i＝p_i(MP1)-p_i(MP2)。

2)计算风机流量系数k。首先，根据上一步得到的第i工况轴流风机运行点P_i(q_i,y_i)、风机进气密度ρ_i，差压Δp_i(i＝1,…,3)，通过下述公式可计算得到第i工况的风机流量系数k_i(i＝1,…,3)：

然后，对所有工况的风机流量系数k_i取平均值，可以求解得到风机流量系数k，即

3)风机失速点的获取。在确定了风机流量系数k后，在第i个叶片开度下，通过调节烟风管道上的挡板门使得风机压力提高，在风机临近失速时(电流、进出口压力出现轻微波动)，读第i个叶片开度临界失速状态的风机进口静压p_s1,i、出口静压p_s2,i，风机差压Δp_s,i以及风机进口温度T_s,i、当地大气压Pa_s,i数值，总共读取m个叶片开度临界失速点数据(m≥3)。按如下计算方法求解第i个工况风机临界失速点坐标：

(1)根据风机进口温度T_s,i和当地大气压Pa_s,i，参照《GB/T 10178-2006工业通风机现场性能试验》标准，计算得到临界失速状态风机进气密度ρ_s,i(i＝1,…,m)。

(2)求解风机临界失速点流量q_s,i(i＝1,…,m)。风机临界失速点流量q_s,i通过下面公式求解：

(3)求解风机临界失速点比压能y_s,i(i＝1,…,m)。根据测试得到的临界失速状态风机进口静压p_s1,i、出口静压p_s2,i，风机差压Δp_s,i，结合上面求解得到的临界失速状态风机进气密度ρ_s,i和风机临界失速点流量q_s,i，参照《GB/T 10178-2006工业通风机现场性能试验》标准，计算得到风机临界失速点比压能y_s,i。

通过上述步骤求解得到风机临界失速点流量q_s,i和风机临界失速点比压能y_s,i，这样就得到了风机临界失速点的坐标P_s,i(q_s,i,y_s,i)，i＝1,…,m。

4)实际失速线的绘制。根据上一步确定的轴流风机临界失速运行点P_s,i(q_s,i,y_s,i)，i＝1,…,m，采用基于最小二乘法的t阶多项式函数对实际失速线C′进行拟合，确定实际失速线函数z＝f₂(x)＝α₀+α₁·x+α₂·x²+…+α_t·x^t，t≥1，参数α₀，α₁，…，α_t满足以下关系：

多项式函数阶数t为整数，且t≥1，根据上面的关系，可以求解得到多项式函数系数α₀，α₁，…，α_t和多项式函数阶数t，这样就确定了实际失速曲线函数z＝f₂(x)＝α₀+α₁·x+α₂·x²+…+α_t·x^t，也就完成了实际失速曲线C′的拟合。

5)在得到风机实际失速曲线C′后，即可根据风机运行点与实际失速曲线C′进行风机失速原因的分析和判断。

实施例

国内某600MW机组一次风机为动叶可调式轴流风机，风机额定转速n＝1490r/min，日常运行采用动叶调节方式。依次按照下面的步骤进行轴流风机实际失速线标定：

1、选取1台机组负荷在600MW、480MW和180MW三个工况，现场实测两台轴流风机3个运行点P_i(q_i,y_i)(i＝1,…,3)，采用基于最小二乘法的多项式函数y＝f₁(x)对轴流风机运行点进行曲线拟合，这样就得到了轴流风机管网系统阻力特性曲线C₁。

2、将轴流风机运行点P_i(q_i,y_i)(i＝1,…,3)和管网系统阻力特性曲线C₁标识于轴流风机工频性能曲线上。

3、在第一步的过程中，同步测量读取第i工况轴流风机差压值Δp_i，将轴流风机在3个工况下实测体积流量q_i、进气密度ρ_i及差压Δp_i(i＝1,…,3)，按照本发明第2步骤的方法计算，得到轴流风机3个工况的流量系数k_i(i＝1,…,3)，经过进一步计算得到轴流风机流量系数k。

4、选取m＝3，在第i个叶片开度下(i＝1,…,m)，通过调节烟风管道上的挡板门使得风机压力提高，在风机临近失速时(电流、进出口压力出现轻微波动)，读第i个叶片开度临界失速状态的风机进口静压p_s1,i、出口静压p_s2,i，风机差压Δp_s,i以及风机进口温度T_s,i、当地大气压Pa_s,i数值(i＝1,…,m)。按照本发明第三步骤的方法，经过相关计算，得到轴流风机m个临界失速点坐标P_s,i(q_s,i,y_s,i)，i＝1,…,m。

5、上一步得到了轴流风机m个临界失速点坐标P_s,i(q_s,i,y_s,i)，i＝1,…,m，将这些轴流风机临界失速点绘制到其性能曲线上，同时采用基于最小二乘法的多项式函数z＝f₂(x)对轴流风机实际失速点进行曲线拟合，得到轴流风机实际失速曲线C′。

经过上面的步骤，就完成了轴流风机实际失速线的绘制，该过程安全可靠、稳定高效，实现了机组安全稳定运行状态下绘制其实际失速线，通过计算实际运行点和实际失速线之间的安全裕量值，能够分析轴流风机抢风失速的原因。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种电站轴流式风机运行状态下实际失速线标定方法，其特征在于，包括：

首先，对风机进行热态性能试验，选取三个工况进行风量、风压的测试，并读取风机进口差压，确定风机管网阻力特性线；其次，根据轴流风机三个工况下风量、进口差压数据，计算出风机流量系数；再次，根据计算出的流量系数，在风机热态运行工况下，选取不同开度，通过调节烟风管道压力，使风机运行接近失速情况，读取风机进出口压力和风机进口差压参数；最后，获取上述参数后，通过已计算出的流量系数和压力参数，确定不同开度下风机失速运行工况点在曲线上的位置，将上述点拟合得到风机实际失速线。

2.根据权利要求1所述的一种电站轴流式风机运行状态下实际失速线标定方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

1)对轴流风机管网系统阻力特性曲线进行拟合；

2)计算风机流量系数k；

3)风机失速点的获取，在确定了风机流量系数k后，在第i个叶片开度下，通过调节烟风管道上的挡板门使得风机压力提高，在风机临近失速时，读第i个叶片开度临界失速状态的风机进口静压p_s1,i、出口静压p_s2,i，风机差压Δp_s,i以及风机进口温度T_s,i、当地大气压Pa_s,i数值，总共读取m个叶片开度临界失速点数据，m≥3；

4)实际失速线的绘制，根据上一步确定的轴流风机临界失速运行点P_s,i(q_s,i,y_s,i)，i＝1,…,m，采用基于最小二乘法的t阶多项式函数对实际失速线C′进行拟合，确定实际失速线函数z＝f₂(x)＝α₀+α₁·x+α₂·x²+…+α_t·x^t，t≥1；

多项式函数阶数t为整数，且t≥1，根据上面的关系，求解得到多项式函数系数α₀，α₁，…，α_t和多项式函数阶数t，这样就确定了实际失速曲线函数z＝f₂(x)＝α₀+α₁·x+α₂·x²+…+α_t·x^t，也就完成了实际失速曲线C′的拟合；

5)在得到风机实际失速曲线C′后，根据风机运行点与实际失速曲线C′进行风机失速原因的分析和判断。

3.根据权利要求2所述的一种电站轴流式风机运行状态下实际失速线标定方法，其特征在于，步骤1)中，根据轴流风机运行点对管网系统阻力特性曲线进行拟合，具体实施方法如下：

①确定轴流风机运行工况点P_i(q_i,y_i)，i＝1,…,3；

②根据上一步确定的轴流风机运行点坐标P_i(q_i,y_i)，采用n阶多项式函数对管网系统阻力特性曲线C₁进行拟合，多项式函数y＝f₁(x)＝k₀+k₁·x+k₂·x²…+k_n·xⁿ满足以下关系：

多项式函数阶数n为整数，且n≥1，根据上面的公式，求解得到多项式函数系数k₀，k₁，…，k_n和多项式函数阶数n，这样就确定了管网系统阻力特性曲线函数y＝f₁(x)＝k₀+k₁·x+k₂·x²…+k_n·xⁿ，也就完成了管网系统阻力特性曲线C₁的拟合；

③在风机进口膨胀节风机侧下部安装一个静压测量点MP1，在风机进口集流器上部安装一个静压测量点MP2，在上述试验工况过程中，同步记录风机不同工况下两个测量位置的静压，两者数值之差用Δp_i表示，即Δp_i＝p_i(MP1)-p_i(MP2)。

4.根据权利要求3所述的一种电站轴流式风机运行状态下实际失速线标定方法，其特征在于，步骤1)的①中，首先，选取三个风机试验测试工况，对轴流风机开展现场性能测试，得到轴流风机的流量q_i和比压能y_i数据以及风机进气密度ρ_i，进而得到轴流风机运行点及其坐标P_i(q_i,y_i)。

5.根据权利要求4所述的一种电站轴流式风机运行状态下实际失速线标定方法，其特征在于，步骤2)中，首先，根据上一步得到的第i工况轴流风机运行点P_i(q_i,y_i)、风机进气密度ρ_i，差压Δp_i，通过下述公式可计算得到第i工况的风机流量系数k_i：

然后，对所有工况的风机流量系数k_i取平均值，求解得到风机流量系数k，即

6.根据权利要求5所述的一种电站轴流式风机运行状态下实际失速线标定方法，其特征在于，步骤3)中，按如下计算方法求解第i个工况风机临界失速点坐标：

(1)根据风机进口温度T_s,i和当地大气压Pa_s,i，参照《GB/T 10178-2006工业通风机现场性能试验》标准，计算得到临界失速状态风机进气密度ρ_s,i，i＝1,…,m；

(2)求解风机临界失速点流量q_s,i，风机临界失速点流量q_s,i通过下面公式求解：

(3)求解风机临界失速点比压能y_s,i，根据测试得到的临界失速状态风机进口静压p_s1,i、出口静压p_s2,i和风机差压Δp_s,i，结合上面求解得到的临界失速状态风机进气密度ρ_s,i和风机临界失速点流量q_s,i，参照《GB/T 10178-2006工业通风机现场性能试验》标准，计算得到风机临界失速点比压能y_s,i；

通过上述步骤求解得到风机临界失速点流量q_s,i和风机临界失速点比压能y_s,i，这样就得到了风机临界失速点的坐标P_s,i(q_s,i,y_s,i)，i＝1,…,m。

7.根据权利要求2所述的一种电站轴流式风机运行状态下实际失速线标定方法，其特征在于，步骤3)中，风机临近失速指的是电流、进出口压力出现轻微波动。

8.根据权利要求2所述的一种电站轴流式风机运行状态下实际失速线标定方法，其特征在于，步骤3)中，参数α₀，α₁，…，α_t满足以下关系：

Images