0、引言
風機是把機械能轉換為氣體能量的葉輪流體機械。軸流風機由于可以通過調整葉片安裝角來調節風機的風量和風壓，同時可反轉返風，即可避免設置返風道和返風門等工程，極大地方便了風機的安裝和運行，節省了費用，且具有較高的效率，因而近年來得到廣泛的應用。
由于對旋風機葉輪內部流道形狀復雜，使得對旋風機內部流動很復雜。對旋風機內部流動是粘性、非定常的三維運動，經常遇到的現象有分離流動、旋轉失速、葉頂泄漏流動、葉片排間的相互干擾等。內部流動不可避免地出現二次流動，以各種渦系形式存在。這些流動無論是對對旋風機的氣動性能還是安全性，都有很大影響。因此對軸流風機性能故障進行深入研究是十分必要的。
1、風機旋轉失速的機理分析
旋轉失速是對旋軸流風機中的非軸對稱流體擾動。它的形成過程如圖1所示。因為進入風機的氣流在各個流道中的分配并不是均勻的，氣流旋渦的多少也有區別，故假設在第2流道產生氣體脫離團，則脫離團的氣體占據了流道的一部分空間，使流道截面減小，于是流經該流道的氣流量也就相應地減小，使多余氣體擠向相鄰的流道，從而使第1流道的流入角增大，沖角減小，改善了該流道的氣體流動狀況；而第3流道的流入角減小，沖角增大，造成該流道的氣流失速。同時第3流道的氣體脫離團又改善了第2流道的氣流狀況，而加劇了第4流道的氣流失速。依此類推，氣體脫離團如此循環發生，就在葉輪內形成旋轉失速，其運動方向與葉輪旋轉方向相反。
失速區傳播的相對速度低于葉片旋轉的絕對速度，旋轉失速的頻率是在轉速頻率的0.82倍范圍內。如果只有一個失速區的話，則失速頻率是轉速的一半。軸流風機隨著級數的增加逐漸接近轉頻的某一固定分倍頻。常伴1倍頻，振動大幅度波動，在徑向和軸向均發生振動。
2、實驗裝置
實驗臺主要由KDF -5型低噪聲對旋軸流式局部通風機、測試風筒和機座3部分組成。實驗臺的設計和風機的流量、壓力和功率測定按GB1236 -2000《工業通風機用標準化風道進行性能實驗》進行。測試系統布置如圖2所示。
3、實驗測試信號分析處理
本實驗對對旋軸流風機的5種工況進行了測試。測試結果如圖3、圖4所示。
在圖3所示的振動功率譜圖中，1點為轉子轉頻，2點為轉頻二次諧波，3點為失速團頻率，4點為失速團二次諧波，由于氣流與風機相互作用時存在著滑差和相位滯后，造成頻譜并不嚴格等于轉子的轉頻，而是在轉頻附近波動。在未失速狀態下，壓力信號中轉子轉頻與其二次諧波如工況1、2所示，由于這2個工況接近設計工況點，因而不會產生旋轉失速，當流量進一步減小，達到工況3時，接近失速工況，在轉子轉頻約0.7倍35 Hz處出現了微弱的擾動成分（失速團），但幅值較小，與其附近幅值非常接近；進一步減小流量達到工況4時，進入弱失速區，此時失速團的振動幅值與其附近幅值比較已經比較明顯，工況5時，失速團振動幅值進一步提高，其二次諧波也隨之明顯地表現出來。隨著流量的減小旋轉失速工況將進一步發展而進入強失速階段，此時失速團的振動幅值甚至會超過轉子轉頻，并且其二次諧波的幅值也將明顯顯現，達到最大值后，旋轉失速的強度會逐漸減小，失速團以及其二次諧波的幅值也隨之降低。
由于氣動壓力傳感器能更好地表現氣動壓力信號，因此從氣動信號的測試結果中能更清晰地看出旋轉失速的發展過程，如圖4所示。
在圖4所示的氣動信號功率譜圖中，能夠更清晰地看出旋轉失速的發展過程。工況l、2基本上處于設計工況范圍內，沒有失速團的產生，轉子轉頻以及其二次諧波表現的比較明顯；工況3時，失速團產生，但振幅相對與轉子轉頻來說還很小；工況4時失速團進一步發展，振幅進一步提高，已經接近轉子轉頻；工況5時，失速團二次諧波表現出來，而且失速團振幅已經開始超過轉子轉頻。
4、結語
通過對對旋軸流風機在5種工況下的實驗研究，可以清楚地看到旋轉失速的產生全過程：
當風機在設計工況下工作時，沒有失速團的產生；當流量進一步減小，風機處于接近失速工況時，在轉子轉頻約0.7倍35 Hz處出現了微弱的擾動成分（失速團），但幅值較小，與其附近幅值非常接近；進一步減小流量，則進入弱失速區，此時失速團的振動幅值已明顯有別于其附近幅值。隨著流量的減小，失速團振動幅值進一步提高，其二次諧波也隨之明顯地表現出來。進而，旋轉失速工況進一步發展而進入強失速階段，此時失速團的振動幅值甚至會超過轉子轉頻，并且其二次諧波的幅值也將明顯顯現。達到最大值后，旋轉失速的強度會逐漸減小，失速團以及其二次諧波的幅值也隨之降低。
