0、引言
风机是把机械能转换为气体能量的叶轮流体机械。轴流风机由于可以通过调整叶片安装角来调节风机的风量和风压，同时可反转返风，即可避免设置返风道和返风门等工程，极大地方便了风机的安装和运行，节省了费用，且具有较高的效率，因而近年来得到广泛的应用。
由于对旋风机叶轮内部流道形状复杂，使得对旋风机内部流动很复杂。对旋风机内部流动是粘性、非定常的三维运动，经常遇到的现象有分离流动、旋转失速、叶顶泄漏流动、叶片排间的相互干扰等。内部流动不可避免地出现二次流动，以各种涡系形式存在。这些流动无论是对对旋风机的气动性能还是安全性，都有很大影响。因此对轴流风机性能故障进行深入研究是十分必要的。
1、风机旋转失速的机理分析
旋转失速是对旋轴流风机中的非轴对称流体扰动。它的形成过程如图1所示。因为进入风机的气流在各个流道中的分配并不是均匀的，气流旋涡的多少也有区别，故假设在第2流道产生气体脱离团，则脱离团的气体占据了流道的一部分空间，使流道截面减小，于是流经该流道的气流量也就相应地减小，使多余气体挤向相邻的流道，从而使第1流道的流入角增大，冲角减小，改善了该流道的气体流动状况；而第3流道的流入角减小，冲角增大，造成该流道的气流失速。同时第3流道的气体脱离团又改善了第2流道的气流状况，而加剧了第4流道的气流失速。依此类推，气体脱离团如此循环发生，就在叶轮内形成旋转失速，其运动方向与叶轮旋转方向相反。
失速区传播的相对速度低于叶片旋转的绝对速度，旋转失速的频率是在转速频率的0.82倍范围内。如果只有一个失速区的话，则失速频率是转速的一半。轴流风机随着级数的增加逐渐接近转频的某一固定分倍频。常伴1倍频，振动大幅度波动，在径向和轴向均发生振动。
2、实验装置
实验台主要由KDF -5型低噪声对旋轴流式局部通风机、测试风筒和机座3部分组成。实验台的设计和风机的流量、压力和功率测定按GB1236 -2000《工业通风机用标准化风道进行性能实验》进行。测试系统布置如图2所示。
3、实验测试信号分析处理
本实验对对旋轴流风机的5种工况进行了测试。测试结果如图3、图4所示。
在图3所示的振动功率谱图中，1点为转子转频，2点为转频二次谐波，3点为失速团频率，4点为失速团二次谐波，由于气流与风机相互作用时存在着滑差和相位滞后，造成频谱并不严格等于转子的转频，而是在转频附近波动。在未失速状态下，压力信号中转子转频与其二次谐波如工况1、2所示，由于这2个工况接近设计工况点，因而不会产生旋转失速，当流量进一步减小，达到工况3时，接近失速工况，在转子转频约0.7倍35 Hz处出现了微弱的扰动成分（失速团），但幅值较小，与其附近幅值非常接近；进一步减小流量达到工况4时，进入弱失速区，此时失速团的振动幅值与其附近幅值比较已经比较明显，工况5时，失速团振动幅值进一步提高，其二次谐波也随之明显地表现出来。随着流量的减小旋转失速工况将进一步发展而进入强失速阶段，此时失速团的振动幅值甚至会超过转子转频，并且其二次谐波的幅值也将明显显现，达到最大值后，旋转失速的强度会逐渐减小，失速团以及其二次谐波的幅值也随之降低。
由于气动压力传感器能更好地表现气动压力信号，因此从气动信号的测试结果中能更清晰地看出旋转失速的发展过程，如图4所示。
在图4所示的气动信号功率谱图中，能够更清晰地看出旋转失速的发展过程。工况l、2基本上处于设计工况范围内，没有失速团的产生，转子转频以及其二次谐波表现的比较明显；工况3时，失速团产生，但振幅相对与转子转频来说还很小；工况4时失速团进一步发展，振幅进一步提高，已经接近转子转频；工况5时，失速团二次谐波表现出来，而且失速团振幅已经开始超过转子转频。
4、结语
通过对对旋轴流风机在5种工况下的实验研究，可以清楚地看到旋转失速的产生全过程：
当风机在设计工况下工作时，没有失速团的产生；当流量进一步减小，风机处于接近失速工况时，在转子转频约0.7倍35 Hz处出现了微弱的扰动成分（失速团），但幅值较小，与其附近幅值非常接近；进一步减小流量，则进入弱失速区，此时失速团的振动幅值已明显有别于其附近幅值。随着流量的减小，失速团振动幅值进一步提高，其二次谐波也随之明显地表现出来。进而，旋转失速工况进一步发展而进入强失速阶段，此时失速团的振动幅值甚至会超过转子转频，并且其二次谐波的幅值也将明显显现。达到最大值后，旋转失速的强度会逐渐减小，失速团以及其二次谐波的幅值也随之降低。
