预测风机喘振边界的新方法

1  概述

　　风机性能曲线是风机性能和状态的重要度量，也是风机控制的基础。当风机运行一定时间后，特别是风机的若干部件更换后，风机的特性会发生变化。另外，很多企业不具备在役风机的完整的性能数据。当需对风机控制系统进行改造时，无据可依，此时就必须对风机的性能状态进行测试。而喘振边界是风机性能状态的关键表征因素之一。但是，风机一旦进入喘振工况，轻则影响风机的正常运转，重则可能会对风机造成巨大的损害。在此情况下，一方面，必须保证风机的安全；另一方面，测试中还必须尽可能地接近或达到喘振边界，以测得准确可信的风机性能数据。因此，如何准确地预测风机喘振边界是首要问题。

２  喘振边界预测的基本思路

　　根据风机原理，一般情况下，风机喘振前会出现旋转失速。可以说，喘振是旋转失速加剧之后导致的一种气流失稳状态。风机的旋转失速会引起风机转子的振动状态较大变化。因此，监测风机振动随工况的变化，就有可能确定旋转失速的出现。事实上，较深度的旋转失速本身就是一种非稳定工况。把此状态定为喘振边界虽然趋于保守，但仍然是可取的。

　　另外，实测时，随着风机的出口流量逐步减小，出口压力会随之增加，此时风机转子会逐渐向进气口方向移动。因此，监测风机的轴位移可给出预测喘振的重要信息。

３  实例应用

　　某厂5＃风机是从捷克进口的12级轴流风机，由汽轮机驱动。其静叶角度分两段可调。其中第一段静叶调节的范围为－10o～+16o 。而第二段静叶则根据第一段静叶联调。转速从2850r／min～ 3750r／min可调。2001年该厂对5＃风机控制系统进行改造。

　　改造过程中，为了得到完整、准确、可信的风机性能曲线数据，实测中又必须尽可能地接近喘振边界。因此，我们首先验证通过监测轴振动和轴位移以及风机的噪声来预测风机喘振是否可行。

　　选定0or／3200r／min ； 0o／3300r／min 和0o／3400r／min 3个具有代表性的工况点。在这3个工况点上测量风机的性能状态，并且直至风机进入喘振边界。这3个工况下，风机喘振时4瓦轴位移、3瓦和4瓦轴振动、风机噪声信号如图1、2 和3所示。图1、2 和3中CH1为噪声，CH5为三瓦轴振动 (I)，CH7为三瓦轴振动(II) ，CH6为四瓦轴振动(I) ，CH8为四瓦轴振动(II)，CH12为四瓦轴位移。
        由图1～图3可见，风机要进入喘振工况时，风机轴振动状态开始发生较大变化。风机喘振时，风机发生剧烈的低频振动，振幅达到最大点，轴向位移突变，噪声低沉。而且在风机进入喘振边界过程中，噪声信号对喘振的反应明显滞后于轴振动以及轴位移信号的反应。因此可知，利用轴振动及轴位移信号来预测喘振比利用噪声信号通过常规的“听音”方式更为可靠、灵敏。