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多级离心鼓风机基础知识与C83-1.5型号深度解析及工业气体输送应用

作者:王军(139-7298-9387)

关键词:多级离心鼓风机、C83-1.5、风机配件、风机修理、工业气体输送、酸性气体、轴瓦、碳环密封

引言

在工业生产中,风机作为气体输送与加压的核心设备,其性能与可靠性直接关系到生产流程的稳定与效率。离心式鼓风机凭借其结构紧凑、运行平稳、效率较高以及流量范围广等特点,在众多领域得到了广泛应用。其中,多级离心鼓风机通过将多个叶轮串联,逐级对气体做功,能够实现较高的压升,满足了诸如高炉鼓风、污水处理曝气、化工流程气体加压等多种高压需求场景。本文将从多级离心鼓风机的基础知识入手,重点对典型型号C83-1.5进行深度解析,并详细阐述其关键配件、常见修理要点,以及对输送各类工业气体,特别是具有腐蚀性、毒性的特殊气体时的技术考量。

第一章 多级离心鼓风机基础概述

多级离心鼓风机的核心设计思想是将多个单级离心风机单元集成在同一主轴之上,气体依次通过每一级的进气室、叶轮、扩压器和回流器,最终汇集到出口蜗壳排出。每一级都对气体施加能量,使其压力和速度得到提升,经过多级累积后,最终达到系统所需的总压升。

1.1 工作原理与性能表征
其工作原理基于离心力和能量转换。当电机驱动风机主轴高速旋转时,固定在主轴上的叶轮随之转动。叶轮叶片间的气体在离心力作用下被甩向叶轮外缘,气体的动能和压力能同时增加。随后,高速气体进入扩压器,流道截面积逐渐增大,气体流速降低,部分动能转化为压力能,使气体压力进一步提高。回流器则引导气体以合适的角度进入下一级叶轮的进口,重复上述过程。

风机的性能主要通过以下几个参数表征:

流量 (Q):单位时间内通过风机的气体体积,常用立方米每分钟(m³/min)或立方米每小时(m³/h)表示。 压力 (P):通常指风机的全压,是静压(气体势能)与动压(气体动能)之和。进出口压力差是风机做功能力的直接体现。常用单位有千帕(kPa)、兆帕(MPa)或大气压(atm)。 功率 (N):分为轴功率(输入风机主轴的功率)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的比值。 转速 (n):风机主轴每分钟的旋转次数(r/min)。

这些参数之间的关系构成了风机的性能曲线,是选型和运行的重要依据。

1.2 主要结构型式简介
根据结构特点和应用压力范围,离心鼓风机发展出多种系列,除了核心的“C”型多级系列外,还包括:

“C”型系列多级风机:这是最经典的多级离心鼓风机结构。通常采用双支撑结构(主轴两端由轴承支撑),叶轮等间距排列,级间通过回流器导流。结构坚固,适用于中高压场合,如C83-1.5即属于此系列。 “D”型系列高速高压风机:通常采用齿轮箱增速,使叶轮获得远超电机转速的工作转速,从而在单级或较少级数下实现很高的压升。结构紧凑,效率高,但制造精度和维护要求也更高。 “AI”型系列单级悬臂风机:叶轮悬臂安装在主轴的一端。结构简单,维护方便,适用于中低压、大流量的工况。 “S”型系列单级高速双支撑风机:叶轮安装在主轴中部,主轴两端支撑。结合了高速与双支撑的稳定性,适用于高压、高转速的单级应用。 “AII”型系列单级双支撑风机:与“AI”型相比,叶轮为非悬臂式,由主轴两端的轴承支撑,刚性更好,适用于叶轮较重或工况波动较大的场合。

第二章 C83-1.5型多级离心鼓风机深度解析

C83-1.5是多级离心鼓风机中的一个典型型号,对其进行解析有助于理解此类风机的通用设计理念。

2.1 型号含义解读
遵循常见的风机型号命名规则,“C83-1.5”可以解读为:

“C”:代表该风机属于“C”型系列,即多级、双支撑、离心鼓风机。 “83”:通常表示风机叶轮的直径尺寸代号,可能与叶轮公称直径相关,例如约830毫米,具体尺寸需查阅制造商的技术手册。这个数字决定了风机的基本通流能力和结构大小。 “-1.5”:表示风机在设计点的出口压力(表压)为1.5公斤力每平方厘米(kgf/cm²),约等于0.147兆帕(MPa)或1.47巴(bar)。在工程习惯中,也常近似理解为1.5个大气压(绝压)。

因此,C83-1.5型多级离心鼓风机是一款叶轮直径代号为83、设计出口压力为1.5 kgf/cm²的多级离心鼓风机。

2.2 核心结构与配件详解
C83-1.5风机主要由定子部件(机壳、隔板、密封等)、转子部件(主轴、叶轮、平衡盘等)、支撑系统(轴承箱、轴瓦)以及密封系统组成。

风机主轴:作为整个转子系统的核心传动件,要求具有极高的强度、刚度和耐磨性。通常采用高强度合金钢(如40CrNiMoA)锻造而成,并经过精密加工和热处理(调质),确保其能够承受巨大的扭矩、弯矩以及高速旋转产生的离心应力。主轴上安装叶轮、平衡盘等部件的轴颈部位,尺寸精度和表面光洁度要求极高。 风机转子总成:这是风机的“心脏”,包括主轴、所有级的叶轮、平衡盘、联轴器等旋转部件的集合体。叶轮是多级风机中最为关键的做功元件,多为后向或径向叶片型式,采用闭式结构以保障效率。叶轮与主轴的连接通常采用过盈配合加键连接,确保传递扭矩的同时防止松动。转子总成在装配完成后必须进行严格的动平衡校正,通常要求达到G2.5或更高的平衡精度等级,以消除不平衡力,保证风机平稳运行,振动值在允许范围内。 风机轴承与轴瓦:对于C83-1.5这类中型多级风机,滑动轴承(轴瓦)是常见的选择。滑动轴承依靠轴颈在轴瓦内旋转时形成的油膜来支撑转子,具有承载能力强、阻尼性能好、寿命长等优点。 轴瓦:通常为剖分式结构,瓦衬采用巴氏合金(一种白色金属,如锡基巴氏合金)浇铸在钢背之上。巴氏合金具有良好的嵌入性、顺应性和抗胶合能力,能有效保护轴颈。轴瓦与轴颈之间的间隙是关键技术参数,需根据轴径、转速、润滑油粘度等精确计算和加工保证。 轴承箱:是容纳轴承(轴瓦)、润滑油并起支撑作用的壳体。它需要保证轴承的对中性和稳定性,内部设有油路,确保润滑油能顺畅流动至轴瓦工作面进行润滑和冷却。 密封系统:用于防止气体沿轴端泄漏和润滑油外泄,是保障风机安全、环保、高效运行的关键。 气封与油封气封(轴端密封):主要用于防止机壳内的高压气体从主轴与机壳的间隙处向外泄漏。在C系列风机中,迷宫密封是传统且常见的形式,它通过一系列节流齿与轴(或轴套)形成微小间隙,使气体经过多次节流膨胀而降压,从而减少泄漏。 油封:主要用于防止轴承箱内的润滑油沿主轴向外泄漏。常见的有骨架油封、迷宫式油封等。 碳环密封:在现代风机中,尤其是处理有毒、贵重或易燃易爆气体时,碳环密封作为一种非接触式机械密封,应用日益广泛。它由多个碳石墨环组成,在弹簧力作用下轻贴于轴套表面,形成动态密封。碳环密封具有泄漏量小、耐磨性好、适应一定范围内的轴窜动和跳动等优点,相比迷宫密封能显著降低气体泄漏率。在改造或升级C83-1.5风机时,用碳环密封替换传统的迷宫密封是提高密封效果的常用手段。

第三章 风机常见故障与修理要点

风机的稳定运行离不开定期维护和及时修理。以下结合C83-1.5等类似风机的常见问题进行分析。

3.1 振动超标
振动是风机最常见的故障现象。原因可能包括:

转子不平衡:叶轮磨损、结垢、或被异物撞击导致质量分布不均。修理时需停机,清理叶轮(如喷砂、化学清洗),检查叶轮有无裂纹或变形,然后重新进行动平衡校正。 对中不良:风机与电机联轴器对中超差。需使用百分表或激光对中仪重新精确找正。 轴承(轴瓦)磨损:轴瓦间隙过大、巴氏合金脱落或出现疲劳裂纹。需更换轴瓦,并检查轴颈是否磨损,必要时进行修磨或喷涂修复。 基础松动或机座变形:检查并紧固地脚螺栓,必要时加固基础。

3.2 轴承温度过高

润滑油问题:油质劣化、油号不符、油位过低或过高、油路堵塞。应定期化验油质,按规定牌号加油并保持合适油位,清洗油路和冷却器。 轴瓦问题:轴瓦刮研不良,接触斑点不符合要求;轴瓦间隙过小。需由经验丰富的钳工重新刮瓦或更换新瓦。 安装问题:轴承预紧力过大或对中不良导致附加载荷。

3.3 性能下降(压力、流量不足)

内部间隙增大:叶轮与隔板间的密封间隙因磨损而增大,导致级间内泄漏增加。需调整或更换密封件(如迷宫密封齿)。 叶轮腐蚀或磨损:输送介质含有粉尘或具有腐蚀性,导致叶轮通道形状改变,效率下降。需视情况对叶轮进行修复或更换,必要时选用更耐蚀耐磨的材料。 气体介质变化:进气温度、密度或成分与设计条件偏差较大。需复核工况,必要时调整运行参数。

3.4 气体泄漏

轴端密封失效:迷宫密封磨损间隙过大,或碳环密封磨损、弹簧失效。需更换密封元件。对于碳环密封,安装时需特别注意保证其与轴的垂直度和间隙。

在进行任何修理工作前,必须确保风机已完全隔离(断电、挂牌)、内部介质已置换吹扫干净并降至常温。修理过程应遵循严格的装配工艺,特别是转子部件的吊装、轴承的装配和密封的安装。

第四章 输送工业气体的特殊考量

离心鼓风机广泛应用于输送各类工业气体,其中许多气体具有腐蚀性、毒性或易燃易爆特性,这对风机的设计、材料选择和运行维护提出了特殊要求。

4.1 通用防护原则

材料选择:必须根据输送气体的化学性质选择相容的材料。对于酸性气体,通常需要采用不锈钢(如304、316L)、双相不锈钢、高镍合金(如哈氏合金、蒙乃尔合金)甚至钛材等耐腐蚀材料制造与气体接触的部件,如机壳、叶轮、密封件等。 密封可靠性:对于有毒气体(如SO₂、NOₓ、HCI、HF、HBr等),必须采用高效密封技术,将轴端泄漏降至最低。碳环密封、干气密封等先进密封形式是首选。同时,轴承箱等部件可能需要采用加压密封或惰性气体(如氮气)吹扫,防止有毒气体窜入。 安全设计:机壳设计需考虑更高的爆破压力。对于易燃易爆气体,需采用防爆电机和电器仪表。设置泄漏检测、超压报警和联锁停机系统。

4.2 特定气体输送示例

输送二氧化硫(SO₂)气体:SO₂遇水形成亚硫酸,腐蚀性极强。风机需完全杜绝水分进入,内部件通常采用316L不锈钢及以上等级材料。密封必须绝对可靠。 输送氮氧化物(NOₓ)气体:NOₓ气体通常温度较高,且具有一定的氧化性。需考虑材料的耐高温氧化性能,同时注意冷却系统的设计,避免在低温区形成冷凝酸。 输送卤化氢气体(HCI、HF、HBr):这些气体干燥时对某些材料腐蚀性不强,但一旦遇潮,将形成强酸(盐酸、氢氟酸、氢溴酸),腐蚀性剧增。氢氟酸(HF)能腐蚀玻璃和大多数硅酸盐材料,需特别注意选用蒙乃尔合金等特殊材料。密封系统和所有辅助管路接头都必须高度耐蚀。 输送混合工业酸性有毒气体:成分复杂,腐蚀行为可能具有协同效应,材料选择需格外谨慎,往往需要进行腐蚀试验来确定。密封系统的设计要求最高。

4.3 煤气风机型号解读
如前文示例,鼓风机型号:"AI(M)600-1.124/0.95"清晰地传达了其应用和性能:

"AI(M)":表示这是AI系列的悬臂式单级煤气风机,专门用于输送混合煤气。"(M)"特指混合煤气。 "600":表示风机的额定流量为600立方米每分钟(m³/min)。 "-1.124":表示风机出口的绝对压力为1.124个标准大气压(atm)。 "/0.95":表示风机进口的绝对压力为0.95个标准大气压(atm)。这表明风机是在一个略低于常压的进气条件下工作的。

同理,“AII(M)”则表示双支撑结构的单级煤气风机。这种明确的型号规则便于用户快速了解风机的结构型式、主要用途和关键性能参数。

结论

多级离心鼓风机,以C83-1.5为代表,是工业领域实现气体增压输送的关键设备。深入理解其工作原理、结构特点,特别是转子总成、轴瓦轴承、碳环密封等核心部件的功能与维护要点,是保障风机长周期稳定运行的基础。同时,面对输送工业酸性、有毒气体等苛刻工况,必须从材料、密封、安全设计等多方面进行针对性考量与强化。随着技术的发展,更高效、更可靠的高速风机和先进密封技术不断涌现,但扎实掌握传统多级风机的基础知识,依然是从事风机技术工作者的必备素养,为设备的选型、运维、故障诊断与升级改造提供坚实支撑。

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