CN102840182B - 火电厂轴流风机低负荷防振方法及旁路风道控制回路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及火电厂轴流风机低负荷防振方法及旁路风道控制回路，该防振方法的特征在于包括如下步骤：1）在火电厂轴流风机中设置旁路风道控制回路，用于调节风机的再循环流量；2）以风机的某一工况下的输出流量作为原始信号，经过函数运算器计算该工况所需最小的再循环流量，通过旁路风道控制回路控制该工况下的再循环流量，使风机工作在稳定运行的边界条件下；3）以各工况下的输出流量作为原始信号，经过函数运算器计算各工况所需最小的再循环流量，通过旁路风道控制回路控制各工况下的再循环流量，使风机在各种工况下工作在稳定运行的边界条件下，以较少的再循环流量保证风机不失速，并且降低再循环的功率消耗。本发明具有以较少的再循环流量保证风机不失速、明显降低再循环的功率消耗的有益效果。

Description

火电厂轴流风机低负荷防振方法及旁路风道控制回路

技术领域

本发明涉及风道控制回路，尤其是一种火电厂轴流风机低负荷防振方法及旁路风道控制回路。属于电力系统的火电厂控制技术领域。

背景技术

在火电厂发电设备中，轴流风机需要在低负荷下运行，但轴流风机在低负荷运行时易产生运行不稳定、易发生失速。现有技术中，通常是在现场采用增加风机出口至风机入口的旁路风道，将部分出口风量回送至风机入口，从而提高风机入口风量，使风机可以在失速线下运行，达到稳定运行的目的。

但是，这种提高风机入口的风量的做法，造成的后果是总有部分风在风机内循环，从而降低风机效率。因此，如果不能控制好循环风量，虽然风机可以稳定运行，但是风机效率下降较多、电耗较大。

例如：现有技术有人采用在风机出口至风机入口设置一旁路，在所述旁路风道上安装一个关断门，通过开关控制信号操作该判断门、无调节功能（参见图4），存在如下缺点：（1）测出风机失速后，才开启旁路风道上的关断门，风机已经发生了不稳定运行，才采取措施，影响风机寿命。（2）无法控制旁路风量。（3）风机运行电耗大。

发明内容

本发明的目的之一，是为了克服现技术不能控制循环风量、影响风机效率和寿命的缺点，提供一种火电厂轴流风机低负荷防振方法。

本发明的目的之二，是为了提供一种火电厂轴流风机低负荷防振的旁路风道控制回路。

本发明的目的之一可以通过以下技术方案达到：

火电厂轴流风机低负荷防振方法，其特征在于包括如下步骤：

1）在火电厂轴流风机中设置旁路风道控制回路，用于调节风机的再循环流量；

2）以风机的某一工况下的输出流量作为原始信号，经过函数运算器计算该工况所需最小的再循环流量，通过旁路风道控制回路控制该工况下的再循环流量，使风机工作在稳定运行的边界条件下；

3）以此类推，以各工况下的输出流量作为原始信号，经过函数运算器计算各工况所需最小的再循环流量，通过旁路风道控制回路控制各工况下的再循环流量，使风机在各种工况下工作在稳定运行的边界条件下，以较少的再循环流量保证风机不失速，并且降低再循环的功率消耗。

本发明的目的之一还可以通过采取如下技术方案达到：

进一步地，所述风机稳定运行的边界条件的确定方法是：根据风机的性能曲线，

首先找出风机的失速线，然后根据表达式中，已知裕量k、失速风压pk、失速流量qk、运行压力p，计算出若干种典型工况的最小安全运行流量，根据对应的气体密度，按照计算的比压能及最小安全运行流量、即防失速失速最小流量，得到不同比压能下的风机安全运行的最小流量值，然后连成曲线，此曲线构成稳定运行曲线，即风机稳定运行的边界条件。

进一步地，稳定运行曲线是比压能与防失速最小流量的函数曲线，该曲线的函数用表达式Y=f(Q)表示，

其中，Y—比压能，N·m/kg；

Q—流量，m³/s。

进一步地，利用不同比压能对应的最小流量值，在最小二乘法基础上，拟合成上述函数的解析式，所述函数解析式为多种已知函数，包括多项式、双曲线、指数函数。

进一步地，前述函数解析式为常规的多项式，即Y=a₀+a₁·Q+a₂·Q²，其中，Q为流量，其余为常数。

本发明的目的之二可以通过采取如下技术方案达到：

火电厂轴流风机低负荷防振的旁路风道控制回路，包括轴流风机和设置在轴流风机出风口与进风口之间的旁路风道，其结构特点是：在旁路风道上设有控制回路，所述控制回路由可调阀门和控制器构成，可调阀门设置在旁路风道上，可调阀门的控制输入端连接控制器的控制信号输出端，控制器通过控制可调阀门的开启度来控制轴流风机的再循环流量，使轴流风机工作在稳定运行的边界条件下。

本发明的目的之二还可以通过采取如下技术方案达到：

进一步地，所述控制器包括检测单元和处理及控制单元，检测单元的检测端连接轴流风机的出风口，检测单元的输出端连接处理及控制单元的输入端，处理及控制单元的输出端连接可调阀门的控制输入端；在处理及控制单元中内置有表达轴流风机稳定运行曲线的拟合函数，处理及控制单元根据检测单元送来的出风量与计算所述拟合函数得出的轴流风机所需的最小再循环流量（风流量）比较，控制可调阀门的开启度来控制轴流风机的再循环流量。

进一步地，检测单元为测风的流量计，处理及控制单元由单板机或控制计算机构成。

进一步地，在旁路风道上还设有关断阀门。

本发明具有如下突出的有益效果：

1、本发明由于以各工况下的输出流量作为原始信号，经过函数运算器计算各工况所需最小的再循环流量，通过旁路风道控制回路控制各工况下的再循环流量，使风机在各种工况下工作在稳定运行的边界条件下，因此，具有以较少的再循环流量保证风机不失速、明显降低再循环的功率消耗的有益效果。

2、本发明由于在轴流风机的旁路风道上设有由可调阀门和控制器构成控制回路，控制器通过控制可调阀门的开启度来控制轴流风机的再循环流量，使轴流风机工作在稳定运行的边界条件下，有目的地调节旁路风道上调节门开度以控制轴流风机稳定运行在最小再循环风流量下，因此，具有既能使轴流风机安全运行、又能减少轴流以风机电能损耗的有益效果。

3、本发明由于在控制回路的处理及控制单元中内置有表达轴流风机稳定运行曲线的拟合函数，处理及控制单元根据检测单元送来的出风量与计算所述拟合函数得出的轴流风机所需的最小再循环流量（风流量）比较，控制可调阀门的开启度来控制轴流风机的再循环流量，因此，能够精确控制可调阀门的开启度，即精确控制轴流风机稳定运行的所需的最小再循环流量（风流量），具有精确控制轴流风机能耗的有益效果。

4、本发明通过设一个可调节阀门在再循环管道上，并且以风机输出流量作为原始信号，经过函数运算器精确计算所需最小的再循环流量，精确控制每个工况下的再循环流量，以较少的再循环流量保证风机不失速，并且降低再循环的功率消耗，达到提高风机总效率的节能目的。

附图说明

图1是本发明涉及控制回路的一种结构示意图。

图2是一种静叶可调轴流风机的性能曲线图。

图3是基于最小二乘拟合的稳定运行曲线图。

图4是现有技术的一种结构示意图。

具体实施方式

具体实施例1：

参照图1，本实施例涉及的火电厂轴流风机低负荷防振的旁路风道控制回路，包括轴流风机1和设置在轴流风机1出风口与进风口之间的旁路风道2，在旁路风道2上设有控制回路，所述控制回路由可调阀门4和控制器5构成，可调阀门4设置在旁路风道2上，可调阀门4的控制输入端连接控制器5的控制信号输出端，控制器5通过控制可调阀门4的开启度来控制轴流风机的再循环流量，使轴流风机工作在稳定运行的边界条件下。

本实施例中：

所述控制器5包括检测单元和处理及控制单元，检测单元的检测端连接轴流风机的出风口，检测单元的输出端连接处理及控制单元的输入端，处理及控制单元的输出端连接可调阀门4的控制输入端；在处理及控制单元中内置有表达轴流风机稳定运行曲线的拟合函数，处理及控制单元根据检测单元送来的出风量与计算所述拟合函数得出的轴流风机所需的最小再循环流量（风流量）比较，控制可调阀门4的开启度来控制轴流风机的再循环流量。检测单元为测风的流量计，处理及控制单元由单板机或控制计算机构成。在旁路风道2上还设有关断阀门3

下面结合附图1、2详细描述火电厂轴流风机低负荷防振方法：

本发明所述火电厂轴流风机低负荷防振方法，包括如下步骤：

1）在火电厂轴流风机中设置旁路风道控制回路，用于调节风机的再循环流量；

2）以风机的某一工况下的输出流量作为原始信号，经过函数运算器计算该工况所需最小的再循环流量，通过旁路风道控制回路控制该工况下的再循环流量，使风机工作在稳定运行的边界条件下；

3）以此类推，以各工况下的输出流量作为原始信号，经过函数运算器计算各工况所需最小的再循环流量，通过旁路风道控制回路控制各工况下的再循环流量，使风机在各种工况下工作在稳定运行的边界条件下，以较少的再循环流量保证风机不失速，并且降低再循环的功率消耗。

1、关于轴流风机稳定运行的边界条件解释

轴流式风机在某一个由管系阻力给定的输出压力下，如果进气量较低，叶片入口气流与叶片的攻角变大，超过临界值以后产生气流与叶片表面分离的现象，称为“失速”。风机失速的宏观现象为风机输出压头突然降低，风压剧烈波动，引起强烈的振动和巨大的噪音，长期运行会导致风机结构破坏。为了保证风机安全，正常操作时风机都应该大于失速临界流量运行。因为每一个给定压力下都有一个对应的失速临界值，把这些临界值连成曲线，这条曲线就是风机稳定运行的边界线。

根据DL/T438-2004《电站锅炉风机选型和使用导则》:

轴流式风机应有足够的失速裕度，失速裕度可用失速安全系统k来表示，k由设计工况点和该开度下（动叶调节为动叶角度，静叶调节为调节导叶角度）的失速工况点（或最大压力点）的风量、风压按表达式（2）求出。在选型设计时，宜选取k＞1.3。表达式如下：

$k=\frac{p_k}{p}{\left(\frac{q}{q_k}\right)}^2---\left(2\right)$

式中：

p、q——设计工况点的风压和风量；

pk、qk——失速工况点的风压和风量。

图2为某型号静叶可调轴流风机性能曲线，由风机厂家绘制提供。

参照图2，对风机性能曲线上参数解释如下：

横坐标：表示风机的流量，符号：Q，单位：m3/s

纵坐标：表示风机的比压能，即压头与密度的比值：P/ρ。符号：Y，单位：N·m/kg，表示风机对单位质量气流的做功量，相当于单位质量气体经过风机后得到的静压升。

阻力特性曲线：外部管道系统的“流量–阻力”函数，每一个给定流量下都有一个对应的管系阻力值。

理论失速线：理论失速线就是失速工况连接而成的曲线。

当风机运行时的压力和流量在理论失速线左侧（流量小于失速临界），风机将发生失速，无法稳定运行，当风机运行在理论失速线右侧（流量大于失速临界），风机可以稳定运行。

现有技术中，一般的防失速措施，是在风机内设置再循环管道，使通过风机叶片的流量大于输出流量，因为再循环管道没有调节能力，为了兼顾各个工况，因此再循环流量较大，消耗较多的风机功率，风机总体效率下降。

2、关于稳定运行曲线的绘制及表达式

举例说明：

所述风机稳定运行的边界条件的确定方法是：根据风机的性能曲线，首先找出风机的失速线，然后根据表达式中，已知裕量k、失速风压pk、失速流量qk、运行压力p，计算出若干种典型工况的最小安全运行流量，根据对应的气体密度，按照计算的比压能及最小安全运行流量、即防失速最小流量，得到不同比压能下的风机安全运行的最小流量值，然后连成曲线，此曲线构成稳定运行曲线，即风机稳定运行的边界条件。

稳定运行曲线是比压能与防失速最小流量的函数曲线，该曲线的函数用表达式Y=f(Q)表示，

其中，Y-比压能，N·m/kg；

Q—流量，m³s。

利用不同比压能对应的最小流量值，在最小二乘法基础上，拟合成上述函数的解析式，所述函数解析式为多种已知函数，包括多项式、双曲线、指数函数。

前述函数解析式为常规的多项式，即Y=a₀+a₁·Q+a₂·Q²，其中，Q为流量，其余为常数。

根据图2中某静叶可调轴流风机特性曲线中的不同比压能与最小流量点的数据，如表1所示：

表1：比压能与防失速最小流量数据列表

在最小二乘基础上，拟合比压能与防失速最小流量的函数表达式，

Y=-532.95-0.48446Q+0.017079Q²

将拟合的稳定运行曲线与拟合用数据点画在同一坐标中，如图3所示拟合曲线与表1中数据吻合很好。

将表达稳定运行曲线的拟合函数表达式加载到控制回路的控制器5中，用于控制可调阀门4的开度。

本实施例中，系统配置函数运算器，可在单板机或控制计算机上运算并对比运行参数作为旁路调节门的动作参数，当运行参数进入危险区时发出开启关断阀门3指令、开启旁路可调阀门4的动作指令，根据函数运算后由控制回路发出指令控制回路调整可调阀门4的开度，让风机出口至进口的循环风量为是风机稳定运行的最小值，即经济风量，使风机既能稳定运行，又能经济运行。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.火电厂轴流风机低负荷防振方法，其特征在于包括如下步骤：

1)在火电厂轴流风机中设置旁路风道控制回路，用于调节风机的再循环流量；

2)以风机的某一工况下的输出流量作为原始信号，经过函数运算器计算该工况所需最小的再循环流量，通过旁路风道控制回路控制该工况下的再循环流量，使风机工作在稳定运行的边界条件下；

3)以此类推，以各工况下的输出流量作为原始信号，经过函数运算器计算各工况所需最小的再循环流量，通过旁路风道控制回路控制各工况下的再循环流量，使风机在各种工况下工作在稳定运行的边界条件下，以较少的再循环流量保证风机不失速，并且降低再循环的功率消耗。

2.根据权利要求1所述的火电厂轴流风机低负荷防振方法，其特征在于：所述风机稳定运行的边界条件的确定方法是：根据风机的性能曲线，首先找出风机的失速线，然后根据表达式中，已知裕量k、失速风压pk、失速流量qk、运行压力p，计算出若干种典型工况的最小安全运行流量，根据对应的气体密度，按照计算的比压能及最小安全运行流量、即防失速最小流量，得到不同比压能下的风机安全运行的最小流量值，然后连成曲线，此曲线构成稳定运行曲线，即风机稳定运行的边界条件。

3.根据权利要求2所述的火电厂轴流风机低负荷防振方法，其特征在于：稳定运行曲线是比压能与防失速最小流量的函数曲线，该曲线的函数用表达式Y＝f(Q)表示，

其中，Y—比压能，N·m/kg；

Q—流量，m³/s。

4.根据权利要求2或3所述的火电厂轴流风机低负荷防振方法，其特征在于：利用不同比压能对应的最小流量值，在最小二乘法基础上，拟合成上述函数的解析式，所述函数解析式为多种已知函数，包括多项式、双曲线、指数函数。

5.根据权利要求4所述的火电厂轴流风机低负荷防振方法，其特征在于：前述函数解析式为常规的多项式，即Y＝a₀+a₁·Q+a₂·Q²，其中，Q为流量，其余为常数。

6.根据权利要求1所述的火电厂轴流风机低负荷防振方法的旁路风道控制回路，包括轴流风机(1)和设置在轴流风机(1)出风口与进风口之间的旁路风道(2)，其特征是：在旁路风道(2)上设有控制回路，所述控制回路由可调阀门(4)和控制器(5)构成，可调阀门(4)设置在旁路风道(2)上，可调阀门(4)的控制输入端连接控制器(5)的控制信号输出端，控制器(5)通过控制可调阀门(4)的开启度来控制轴流风机的再循环流量，使轴流风机工作在稳定运行的边界条件下。

7.根据权利要求6所述的旁路风道控制回路，其特征在于：所述控制器(5)包括检测单元和处理及控制单元，检测单元的检测端连接轴流风机的出风口，检测单元的输出端连接处理及控制单元的输入端，处理及控制单元的输出端连接可调阀门(4)的控制输入端；在处理及控制单元中内置有表达轴流风机稳定运行曲线的拟合函数，处理及控制单元根据检测单元送来的出风量与计算所得拟合函数得出的轴流风机所需的最小再循环流量比较，控制可调阀门(4)的开启度来控制轴流风机的再循环流量。

8.根据权利要求7所述的旁路风道控制回路，其特征在于：检测单元为测风的流量计，处理及控制单元由单板机或控制计算机构成。

9.根据权利要求6所述的旁路风道控制回路，其特征在于：在旁路风道(2)上还设有关断阀门(3)。