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多级离心鼓风机基础知识与C150-1.63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、C150-1.63、风机配件、风机修理、工业气体输送、酸性有毒气体、主轴、轴瓦、转子总成、碳环密封

第一章:多级离心鼓风机概述

多级离心鼓风机是现代工业领域中不可或缺的关键设备,广泛应用于污水处理、冶金、化工、电力、建材等行业的气体输送与加压流程。其核心工作原理基于离心力作用:当风机主轴带动叶轮高速旋转时,气体从轴向进入叶轮,在高速旋转的叶轮叶片作用下获得动能和压力能,随后流入扩压器,将部分动能转化为静压能。经过单级叶轮增压后的气体,被引导至下一级叶轮的入口,如此逐级增压,最终在风机出口达到工艺所需的高压力。

与单级风机相比,多级风机通过多个叶轮的串联,实现了在相对较低的单个叶轮线速度下获得较高的总压升,这使得其在高压工况下具有更高的效率和更好的稳定性。多级离心鼓风机的结构通常包括:主轴、多个叶轮、扩压器、回流器、机壳、轴承系统、密封系统以及润滑系统等。其性能主要受流量、压力、转速、功率和效率等参数影响。流量与压力之间的关系通常用性能曲线表示,在实际应用中,需要根据管网特性曲线与风机性能曲线的交点(即工作点)来选择和控制风机,以确保其运行在高效稳定区内。

根据结构形式和适用工况的不同,离心鼓风机发展出了多个系列,以满足不同行业和工艺条件的苛刻需求。除了核心的“C”型多级离心鼓风机外,常见的还有:

“D”型系列高速高压风机:通常采用齿轮箱增速,使叶轮获得极高的转速(可达数万转/分钟),从而实现单级或两级叶轮即可产生很高的压比。结构紧凑,效率高,适用于需要高压但流量中等的场合。 “AI”型系列单级悬臂风机:叶轮悬臂安装在主轴的一端,结构相对简单,维护方便。适用于中低压、大流量的工况。其煤气风机变体常标注为“AI(M)”。 “S”型系列单级高速双支撑风机:叶轮位于两个支撑轴承之间,转子动力学性能更优,适用于高转速、高压力的单级工况,运行平稳可靠。 “AII”型系列单级双支撑风机:同样是双支撑结构,但可能侧重于不同的压力与流量范围或特定的介质适应性,结构刚性更强。其煤气风机变体常标注为“AII(M)”。

这些系列风机,特别是经过特殊设计的型号,能够处理各种复杂的工业气体,包括混合工业酸性有毒气体、二氧化硫(SO₂)、氮氧化物(NOₓ)、氯化氢(HCI)、氟化氢(HF)、溴化氢(HBr)以及其他特殊有毒气体。这就要求风机在材料选择、密封形式、冷却方式和结构设计上采取针对性的措施。

第二章:C150-1.63多级离心鼓风机深度解析

C150-1.63是一款典型的多级离心鼓风机型号,下面我们对其进行详细的拆解分析。

1. 型号释义

“C”:代表该风机属于“C”型系列多级离心鼓风机。这是最经典的多级鼓风机结构形式,气体在串联的多级叶轮和固定导叶(扩压器、回流器)间逐级增压。 “150”:通常表示风机的流量参数。在离心风机命名中,此数字常与设计流量相关,单位可能是立方米每分钟(m³/min)或立方米每小时(m³/h)。对于C150,通常理解为进口状态下的体积流量约为150 m³/min。具体流量值需参照制造商提供的性能表,因为它可能与转速和压力条件有关。 “-1.63”:表示风机的出口压力。这里的单位通常是“公斤力每平方厘米”或“巴”,在工程实践中常近似等同于“标准大气压”。因此,1.63表示风机出口的绝对压力约为1.63个大气压,或者表压约为0.63公斤力/平方厘米(因为1个标准大气压的表压为0)。这意味着风机能够将进口压力为1个大气压的空气,压缩到1.63个绝对大气压后排出。型号中未标注进口压力,按照惯例,默认为标准大气压(约0.1013 MPa绝压)。

2. 结构与核心部件解析
C150-1.63风机体现了多级离心风机的典型结构,其主要由定子部件(机壳、隔板、密封等)、转子部件、支撑系统(轴承箱)和辅助系统组成。

风机主轴:作为风机的“脊梁”,主轴承载所有旋转部件(叶轮、平衡盘等),并传递电机的扭矩。它必须具有极高的强度、刚性和韧性,通常采用高强度合金钢(如40Cr、35CrMo等)经锻造、热处理、精密加工而成。主轴的直线度、轴颈的尺寸精度和表面光洁度要求极高,以确保动平衡精度和轴承的稳定运行。 风机转子总成:这是风机的核心做功部件,由主轴、套装在主轴上的多个叶轮、平衡盘、轴套以及联轴器等组成。每个叶轮都经过严格的动平衡校正,整个转子总成在装配后还需进行高速动平衡,将不平衡量控制在极低的范围内,这是保证风机平稳运行、减小振动噪音的关键。 风机轴承与轴瓦:对于C150-1.63这类中型多级风机,常采用滑动轴承(即轴瓦)。滑动轴承依靠油膜支撑转子,具有承载能力强、阻尼性能好、寿命长、运行平稳等优点,特别适用于高速重载的旋转机械。轴瓦通常由巴氏合金等耐磨减摩材料浇铸在钢背上制成。轴承的运行状态(温度、振动)是风机健康监测的重要指标。 密封系统:这是防止气体泄漏和油泄漏的关键。 气封:通常安装在机壳隔板与主轴之间,用于减少级间和轴端的高压气体向低压区泄漏。传统形式为迷宫密封,利用多次节流效应来密封。 油封:主要安装在轴承箱两端,防止润滑油沿着主轴向外泄漏。 碳环密封:在现代风机中,尤其是在处理有毒或贵重气体时,常采用接触式或无接触式的碳环密封作为气封。碳环密封由多个碳环组成,凭借碳材料自润滑性和耐磨性,能在与轴微小间隙或轻微接触下形成有效密封,其密封性能远优于传统迷宫密封,能显著降低工艺气体的泄漏量。在C系列风机升级改造中,常用碳环密封替换原有迷宫密封以提升环保性和经济性。 轴承箱:是容纳和支撑轴承(轴瓦)的部件,内部构成润滑油腔,设有进油口、回油口以及观察窗、测温孔等。其设计需保证润滑油能均匀稳定地供给到轴瓦,并有效带走摩擦产生的热量。

第三章:风机核心配件与维护修理要点

风机的长期稳定运行离不开高质量的配件和规范的维护修理。

1. 核心配件详解

叶轮:是能量转换的核心,其型线、材料、制造工艺直接决定风机效率和可靠性。根据输送介质不同,叶轮材料可从普通碳钢到不锈钢(如304、316L),乃至耐腐蚀合金(如哈氏合金、蒙乃尔合金)或钛合金。制造工艺包括铆接、焊接、精密铸造等。 主轴与轴瓦:如前所述,是保证转子稳定性的基础。配件供应时必须保证材料、热处理状态和加工精度与原厂一致。 密封组件:迷宫密封片、碳环密封套件、油封等均为易损件。碳环密封在更换时需特别注意安装方向和间隙要求,避免脆性断裂。 润滑系统配件:包括油泵、油过滤器、油冷却器、安全阀、压力表和温度计等。保持润滑油清洁、合适的油温和油压至关重要。

2. 风机常见故障与修理流程
风机修理是一项专业性极强的工作,必须由经验丰富的技术人员执行。

修理前准备:切断电源、介质来源,安全隔离;放空机内气体和润滑油;拆卸相连管道和联轴器。 常见故障与处理振动超标:最常见故障。原因包括转子不平衡(需重新进行动平衡)、对中不良(重新找正联轴器)、轴承磨损或损坏(更换轴瓦或滚动轴承)、地脚螺栓松动(紧固)、喘振(调整运行工况,避开喘振区)。喘振是离心风机在小流量、高压比工况下出现的一种不稳定现象,表现为流量和压力周期性剧烈波动,伴随巨大噪音和振动,必须立即设法增大流量或降低压力以脱离喘振区。 轴承温度高:原因可能是润滑油不足或变质、冷却水不畅、轴承间隙过小、轴瓦刮研不当、润滑油中带水或杂质等。需检查清洗润滑系统,更换润滑油或调整/更换轴承。 性能下降(压力/流量不足):可能由于密封间隙过大导致内泄漏严重(调整或更换密封)、转速未达额定值(检查电机和传动)、进口过滤器堵塞(清洗)、叶轮腐蚀或积垢(清洗或更换叶轮)。 气体泄漏:轴端密封失效。若为迷宫密封,检查间隙;若为碳环密封,检查碳环是否磨损或破裂,必要时更换整套密封。 修理关键步骤解体检修:有序拆卸,记录各部件相对位置和间隙数据(如轴向窜量、各级密封间隙、轴承间隙等)。 检查测量:对主轴(直线度、轴颈尺寸)、叶轮(形貌、口环间隙)、轴承(磨损、接触斑点)、密封、机壳等进行全面检查和无损探伤。 修复更换:对超标或损坏的部件进行修复(如主轴喷涂、叶轮动平衡)或直接更换合格配件。 精确装配:严格按照制造商提供的装配工艺和间隙要求进行回装。确保各部件的清洁度,转子总成重新进行动平衡校验。 对中找正:风机与电机重新对中是保证运行平稳的关键,需使用百分表等工具精确调整。 试运行:修理完成后,先进行点动,无异常后进行空载和逐步加载运行,密切监控振动、温度、噪声等参数,直至达到稳定运行状态。

第四章:工业气体输送风机的特殊考量

输送工业气体,特别是酸性、有毒、腐蚀性气体时,对风机提出了极其苛刻的要求。

1. 气体特性与风机选材

输送二氧化硫(SO₂)气体:SO₂遇水形成亚硫酸,腐蚀性强。风机过流部件(叶轮、机壳、隔板)需选用耐酸不锈钢(如316L)或更高等级的合金。密封系统需特别加强,防止有毒气体外泄。 输送氮氧化物(NOₓ)气体:具有一定的腐蚀性和毒性。材料选择需考虑其氧化性环境,通常采用不锈钢。 输送氯化氢(HCl)气体:干态腐蚀性不强,但极微量水分即可形成盐酸,腐蚀性极强。必须保证气体干燥,风机材料需选用耐盐酸合金(如哈氏合金C-276、蒙乃尔合金)或采用非金属内衬(如PTFE、PO)。密封必须绝对可靠。 输送氟化氢(HF)/溴化氢(HBr)气体:均为强腐蚀性、剧毒气体。HF能腐蚀玻璃和大多数金属,需选用蒙乃尔合金、因科镍合金或碳制品。对密封和材料的要求是最高等级的。 输送混合工业酸性有毒气体:成分复杂,腐蚀行为难以预测。通常根据气体成分分析和工况(温度、湿度)进行材料试验或选用最耐蚀的材料,如超级奥氏体不锈钢、镍基合金等。

2. 结构设计与系统配置

密封:必须采用高效密封形式,如采用注入惰性气体的迷宫密封、干气密封或高性能碳环密封,确保有毒气体零泄漏或微泄漏至可接受水平。 冷却与保温:根据气体性质,可能需要对机壳进行冷却(水夹套)或保温,以控制气体温度,避免冷凝腐蚀或材料高温失效。 安全性:风机及其系统需配备气体泄漏检测报警装置、紧急停车系统、防火防爆措施等。 以AI(M)600-1.124/0.95为例:此型号明确表示为输送混合煤气的AI系列悬臂风机。流量600 m³/min,出口压力1.124绝压大气压,进口压力0.95绝压大气压(表明是负压进气工况)。其设计必然考虑了煤气的易燃易爆特性(可能采用防爆电机、静电导除等)、含有的腐蚀性成分(如H₂S)以及防止煤气泄漏的强化密封措施。

结论

多级离心鼓风机,如C150-1.63,是工业生产的动力心脏,其高效稳定的运行对于流程工业至关重要。深入理解其工作原理、型号含义、核心配件结构及维护修理要点,是风机技术人员的基本素养。而在面对日益严峻的工业气体处理,特别是腐蚀性、有毒气体的输送挑战时,必须从材料科学、密封技术、结构设计及系统防护等多个维度进行综合考量,选择合适的风机系列(如C、D、AI、AII、S等)并进行特殊化设计。只有这样,才能确保设备在苛刻工况下的长周期、安全、环保、稳定运行,为工业生产保驾护航。

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