多级离心鼓风机基础知识解析与C350-1.5型号深度探讨
作者:王军(139-7298-9387)
关键词:多级离心鼓风机、C350-1.5、风机配件、风机修理、工业气体输送、轴瓦、碳环密封
引言
在工业生产中,风机作为气体输送与增压的核心设备,其性能与可靠性直接关系到工艺流程的稳定与效率。其中,多级离心鼓风机凭借其高压力、高效率及宽广的工况适应范围,在污水处理、冶金、化工、电力、建材等诸多领域扮演着不可或缺的角色。本文将系统阐述多级离心鼓风机的基础知识,并重点对C350-1.5型号进行深度解析,同时对风机关键配件、常见修理要点以及输送各类工业特殊气体的技术考量进行详细说明。
第一章 多级离心鼓风机基础概述
多级离心鼓风机,顾名思义,是指将多个离心叶轮串联安装在同一根主轴上的鼓风机。其核心工作原理是利用高速旋转的叶轮对气体做功,使气体在离心力的作用下获得动能和压力能。
1.1 工作原理与性能特点
气体从进气口进入第一个叶轮,经加速加压后,流入与之相连的导叶或扩压器。在导叶/扩压器中,气体的部分动能被转化为静压能,随后气体被引导至下一级叶轮的入口。此过程逐级重复,每经过一级叶轮,气体的压力就得到一次提升,最终在末级出口达到所需的工作压力。
其性能特点主要包括:
高排气压力:通过增加级数,可以轻松实现单台风机较高的压升,这是单级风机难以比拟的。
较宽的高效区:多级设计使得风机在较宽的流量和压力范围内都能保持较高效率。
结构紧凑:相对于达到同等压力的活塞式压缩机,多级离心鼓风机结构更紧凑,占地面积小。
输送气体洁净:结构上无内部润滑,输送的气体不受油污染。
1.2 主要性能参数
流量:单位时间内风机输送的气体体积,常用立方米每分钟(m³/min)或立方米每小时(m³/h)表示。
压力:通常指静压或全压,是气体压力的提升值。常用单位有千帕(kPa)、兆帕(MPa)或大气压(atm)。
功率:包括轴功率(风机主轴所需功率)和有效功率(气体实际获得的功率)。风机效率为有效功率与轴功率之比。
转速:风机主轴每分钟的旋转次数(r/min),直接影响风机的性能和结构强度。
1.3 主要结构系列简介
根据结构和应用侧重点的不同,离心风机发展出多种系列:
“C”型系列多级风机:通常指传统、成熟的多级离心鼓风机,结构可靠,适用于常规的空气及中性气体输送,是工业领域应用最广泛的类型之一。
“D”型系列高速高压风机:通常采用齿轮箱增速,使叶轮在极高转速下运行,从而实现单级高增压和整机高压输出,结构更紧凑,但制造精度和维护要求更高。
“AI”型系列单级悬臂风机:叶轮悬臂安装,结构简单,适用于中低压、大流量的工况。常用于通风、引风及某些特定气体输送。
“S”型系列单级高速双支撑风机:叶轮两端支撑,转子动力学性能好,适用于高转速、高压比的单级工况,稳定性高。
“AII”型系列单级双支撑风机:与“S”型类似,为双支撑结构,但可能在具体气动设计、应用领域上有所侧重,承载能力强,运行平稳。
第二章 C350-1.5型多级离心鼓风机深度解析
2.1 型号含义
以“C350-1.5”这一典型型号为例进行解读:
“C”:代表该风机属于“C”型系列,即多级离心鼓风机。
“350”:通常表示风机的额定流量,单位为立方米每分钟(m³/min)。因此,该风机在设计工况下的流量约为350
m³/min。
“-1.5”:表示风机的出口压力(表压)为1.5个大气压(atm)。换算成国际单位约为151.7
kPa(表压)。根据型号命名惯例,若无特殊标注进口气压力,则默认进口压力为1个标准大气压(绝压)。
2.2 性能与结构特点
C350-1.5是一款典型的中流量、中压多级离心鼓风机。
性能范围:流量350 m³/min,出口压力1.5
atm(表压)。其性能曲线(压力-流量曲线、功率-流量曲线、效率-流量曲线)呈现出多级离心风机的典型特征:在额定点附近存在一个高效区,当流量偏离设计点时,压力和效率会发生变化。
级数确定:其最终级数取决于单级叶轮的压头能力。单级叶轮的压头(或压力比)与叶轮的圆周速度的平方成正比。通过初步估算总压升需求和单级能力,可以确定大致级数(例如3至5级)。具体计算公式可描述为:风机总压升等于单级压升乘以级数再乘以一个考虑级间损失的系数。
结构组成:
机壳:通常为水平剖分式,便于安装和检修内部组件。由铸铁或铸钢制成,具有足够的强度和刚度以承受内压。
转子总成:是风机的核心运动部件,包括主轴、各级叶轮、平衡盘(用于平衡轴向推力)、联轴器等。叶轮通常采用后向叶片,以获取较高的效率。转子在装配后需进行严格的动平衡校验,确保运行平稳。
密封系统:是保证风机性能和防止介质泄漏的关键。
气封(迷宫密封):安装在机壳与转子之间,用于减少级间和轴端的高压气体向低压区的泄漏。它利用一系列节流齿隙与转子形成曲折路径,产生节流效应以实现密封。
油封:主要用于轴承箱两端,防止润滑油外泄,并阻挡外部杂质进入轴承箱。
碳环密封:在某些要求更高密封性能或输送特殊介质的场合,会采用接触式碳环密封。它由多个碳环组成,在弹簧力作用下紧贴轴套表面,形成动态密封,泄漏量远小于迷宫密封。
轴承与润滑系统:
轴承箱:容纳和支持风机主轴的部件。
风机轴承用轴瓦:对于C系列这类中大型风机,主轴通常采用滑动轴承,即轴瓦。轴瓦内衬有巴氏合金等耐磨材料,在轴颈与轴瓦之间形成油膜,实现液体摩擦,具有承载能力强、耐冲击、寿命长等优点。润滑系统提供强制循环润滑油,对轴承进行润滑和冷却。
轴向推力平衡装置:由于叶轮两侧压力不均,会产生指向进气侧的轴向推力。多级风机此力巨大,通常采用平衡盘(或平衡鼓)结构,通过产生反向推力来平衡大部分轴向力,残余推力由推力轴承承担。
第三章 风机关键配件详解
3.1 风机主轴
主轴是传递扭矩、支撑所有旋转部件的核心零件。要求具有高强度、高韧性、良好的抗疲劳性能和加工精度。材料常选用优质合金钢(如40Cr、35CrMo等),经调质处理和精密加工,确保其尺寸精度和形位公差。轴颈与轴承配合处需有更高的表面硬度和光洁度。
3.2 风机轴承与轴瓦
如前所述,滑动轴承(轴瓦)是此类风机的首选。轴瓦的间隙、油楔形状、巴氏合金层的结合质量至关重要。运行中需监控轴承温度、润滑油温和油质,确保油膜稳定。若出现振动超标、温度过高,可能与轴瓦磨损、刮伤、脱层或间隙不当有关。
3.3 风机转子总成
转子总成的动态平衡等级直接决定风机的振动水平。叶轮与轴的装配多采用过盈配合加键连接。平衡盘用于轴向力平衡,其与固定部件间的间隙需精确调整。转子在长期运行后,可能因结垢、磨损、腐蚀而导致质量分布改变,需重新进行动平衡。
3.4 密封系统
气封(迷宫密封):齿尖与轴的间隙是影响泄漏量的关键。安装时需保证同心度,运行中间隙会因磨损而增大,需定期检查更换。
碳环密封:属于易损件。碳环具有自润滑性,但对轴的表面质量和清洁度要求高。需定期检查碳环的磨损量和弹簧力,磨损超标需成套更换。
3.5 轴承箱
轴承箱不仅提供支撑,还构成润滑油路。其结构设计需保证油流的畅通和杂质沉降。箱体上的观察窗、温度测点、回油口等附件需完好。
第四章 风机常见故障与修理要点
风机修理是恢复其性能、保证安全运行的重要手段。
4.1 常见故障模式
振动超标:可能原因包括转子不平衡(结垢、部件松动、叶轮损坏)、对中不良、轴承(轴瓦)磨损、基础松动、喘振等。
轴承温度高:润滑油量不足或油质恶化、轴瓦间隙过小、巴氏合金损伤、冷却系统故障、对中不良等。
性能下降(压力/流量不足):密封间隙磨损过大导致内泄漏严重、转速下降、进口过滤器堵塞、叶轮腐蚀磨损效率下降。
异常声响:轴承损坏、转子与静止件摩擦、喘振、齿轮箱(对于D型)故障。
4.2 修理流程与要点
停机检查与诊断:记录故障现象,分析运行数据,初步判断故障原因。
拆卸与清洗:按规程有序拆卸,对零部件进行彻底清洗,便于检查。
检查与测量:
转子:检查叶轮、主轴有无裂纹、磨损、腐蚀。进行无损探伤(如磁粉、超声波)。测量主轴直线度、叶轮口环跳动等。
轴承与轴瓦:检查轴瓦巴氏合金有无磨损、剥落、裂纹、烧熔。测量轴瓦间隙、紧力。检查轴颈表面状况。
密封:测量迷宫密封间隙,检查碳环密封磨损量。
机壳:检查结合面、流道有无腐蚀、裂纹。
修理与更换:
转子动平衡:这是修理中的关键环节。转子所有组件修复或更换后,必须在动平衡机上按精度等级(如G2.5)进行校正。
轴瓦修理:间隙过大或表面损伤需重新浇铸巴氏合金并机加工,或直接更换新轴瓦。刮瓦是保证接触面积和油膜形成的重要手工工序。
叶轮修复:对于轻微磨损腐蚀,可进行堆焊后机加工修复。严重损坏需更换。
密封更换:按标准间隙要求安装新的迷宫密封条或碳环密封组件。
组装与调试:按相反顺序组装,确保各部件间隙、对中精度符合要求。加注合格润滑油。进行单机试车,监测振动、温度、电流等参数,直至各项指标合格。
第五章 输送工业气体的特殊考量
输送非空气介质,尤其是腐蚀性、有毒性的工业气体,对风机的选材、密封和安全设计提出了更高要求。
5.1 材料选择
根据输送气体的成分、温度、湿度选择耐腐蚀材料。
输送二氧化硫(SO₂)气体:遇水形成亚硫酸,腐蚀性强。机壳、叶轮可选用不锈钢(如304,
316),或进行防腐涂层处理。
输送氮氧化物(NOₓ)气体:具有一定的氧化性和酸性。需选用耐硝酸腐蚀的材料,如316L不锈钢。
输送氯化氢(HCl)、氟化氢(HF)、溴化氢(HBr)气体:这些都是强腐蚀性酸性气体,特别是HF对硅酸盐材料(如玻璃、陶瓷)有强烈腐蚀。需采用高牌号镍基合金(如哈氏合金C-276)、蒙乃尔合金或采用内衬聚四氟乙烯(PTFE)等防腐措施。
输送其他特殊有毒气体:原则是防止泄漏,材料需保证在该气体环境下的化学稳定性。
5.2 密封强化
对于有毒、易燃易爆或贵重气体,必须采用零泄漏或极低泄漏的密封形式。
采用高性能碳环密封:相比迷宫密封,其泄漏量大幅降低。
采用干气密封:这是目前最先进的气体动压非接触式密封,可实现几乎零泄漏,但成本较高。
串联密封与隔离气系统:可采用“迷宫密封+碳环密封”或“碳环密封+干气密封”的串联形式,并在中间通入惰性隔离气体(如氮气),形成气障,确保有毒气体不外泄。
5.3 结构形式与型号标识
针对煤气等易燃易爆或有毒气体,发展了专门的型号。
“AI(M)”系列:表示AI系列的煤气风机,悬臂结构,适用于输送混合煤气。
“AII(M)”系列:表示AII系列的煤气风机,双支撑结构,运行更稳定,适用于更大流量或更高压力的煤气输送工况。
型号示例:“AI(M)600-1.124/0.95”
“AI(M)”:AI系列悬臂单级煤气风机。
“600”:流量,600
m³/min。
“-1.124”:出口压力(绝压或表压需结合上下文,通常理解为表压),1.124
atm。
“/0.95”:进口压力(绝压),0.95
atm。这表明风机是在一个负压的进气条件下工作的。若无“/”及后续数字,则默认进口压力为1标准大气压。
5.4 安全与维护
安全联锁:设置气体泄漏检测报警、轴温振动超限停机等联锁保护。
防火防爆:对于易燃气体,风机需采用防爆电机,并消除一切可能产生火花的隐患。
特殊维护规程:检修前必须进行彻底的惰性气体吹扫置换,检测气体浓度合格后方可作业,确保人员安全。
结论
多级离心鼓风机,如C350-1.5型号,是现代工业中不可或缺的关键设备。深入理解其工作原理、型号含义、核心配件及维修技术,是保障其稳定高效运行的基础。而在面对日益复杂的工业气体输送需求,特别是腐蚀性、有毒气体时,必须在材料、密封、结构设计和安全防护方面采取针对性的措施。作为风机技术人员,不断深化对这些知识的掌握,并紧跟如“D”型、“AI”型、“S”型等各类风机技术的发展,才能更好地服务于工业生产,解决实际工程问题。
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