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軸流風(fēng)機(jī)產(chǎn)生失速的機(jī)理分析
軸流風(fēng)機(jī)在正常狀態(tài)工況時，沖角很?。饬鞣较蚺c葉片葉弦的夾角即為沖角），氣流繞過機(jī)翼型葉片而保持流線狀態(tài)，如圖 1a 所示。當(dāng)氣流與葉片進(jìn)口形成正沖角，即 α >0 ，并且這正沖角超過某一臨界值時，葉片背面流動工況開始惡化，邊界層受到破壞，在葉片背面尾端出現(xiàn)渦流區(qū)，這個就是“失速” 現(xiàn)象，如圖 1b 所示。沖角大于臨界值越多，失速現(xiàn)象越嚴(yán)重，流體的流動阻力越大，使葉道阻塞，同時軸流風(fēng)機(jī)風(fēng)壓也隨著迅速下降。
軸流風(fēng)機(jī)的葉片在加工及安裝過程中，由于各種原因使葉片不可能有完全相同的形狀和安裝角。因此，當(dāng)運(yùn)行工況變化而使流動方向發(fā)生偏離時，在各個葉片進(jìn)口的沖角就不可能完全相同。如果某一葉片進(jìn)口處的沖角達(dá)到臨界值時，就首先在該葉片上發(fā)生失速，而不會所有葉片都同時發(fā)生失速。如圖 2 中， u 是對應(yīng)葉片上某點(diǎn)的周向速度； w 是氣流對葉片的相對速度； α 為沖角。假設(shè)葉片 2 和 3 間的葉道 23 首先由于失速出現(xiàn)氣流阻塞現(xiàn)象，葉道受堵塞后，通過的流量減少，在該葉道前形成低速停滯區(qū)，于是氣流分流進(jìn)入兩側(cè)通道 12 和 34 ，從而改變了原來的氣流方向，使流入葉道 12 的氣流沖角減小，而流入葉道 34 的沖角增大。可見，分流結(jié)果使葉道 12 繞流情況有所改善，失速的可能性減小，甚至消失；而葉道 34 內(nèi)部卻因沖角增大而促使發(fā)生失速，從而又形成堵塞，使相鄰葉道發(fā)生失速。這種現(xiàn)象繼續(xù)進(jìn)行下去，使失速所造成的堵塞區(qū)沿著與葉輪旋轉(zhuǎn)相反的方向推進(jìn)，即產(chǎn)生所謂的 “ 旋轉(zhuǎn)失速 ” 現(xiàn)象。軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)入到不穩(wěn)定工況區(qū)運(yùn)行，葉輪內(nèi)將產(chǎn)生一個到數(shù)個旋轉(zhuǎn)失速區(qū)。葉片每經(jīng)過一次失速區(qū)就會受到一次激振力的作用，從而可使葉片產(chǎn)生共振。此時，葉片的動應(yīng)力增加，可能致使葉片斷裂，造成重大設(shè)備損壞事故。
大型火電機(jī)組的送風(fēng)機(jī)一般是定轉(zhuǎn)速運(yùn)行的，即葉片周向速度 u 是一定值 ，這樣影響葉片沖角大小的因素就是氣流速度與葉片開度角。如圖 2 所示，可以看出：當(dāng)葉片開度角 β 一定時，如果氣流速度 c 越小時，沖角 α 就越大，產(chǎn)生失速的可能性也就越大。從圖 2 還可以看出，當(dāng)流速 c 一定時，如果葉片角度 β 減小，則沖角 α 也減??；當(dāng)流速 c 很小時，只要葉片角度 β 很小，則沖角 α 也很小。因此，當(dāng)風(fēng)機(jī)剛啟動或低負(fù)荷運(yùn)行時，風(fēng)機(jī)失速的可能性大大減小甚至消失。
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