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多级离心鼓风机基础与C350-1.39型风机深度解析

作者:王军(139-7298-9387)

关键词:多级离心鼓风机、C350-1.39、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。多级离心鼓风机凭借其高压力、高效率及宽广的工况适应性,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,并以典型型号C350-1.39为例进行深度解析,同时详细介绍其关键配件、常见维修要点,并特别探讨用于输送各类工业气体(尤其是有毒、腐蚀性气体)风机的特殊技术要求。

第一章 多级离心鼓风机基本原理与系列概览

离心鼓风机的工作原理基于牛顿第二定律和欧拉方程。当电机驱动风机主轴及叶轮高速旋转时,气体介质从叶轮中心(进口)被吸入,在离心力的作用下被加速并甩向叶轮外缘,气体的动能和静压能随之增加。随后,高速气流进入扩压器,流速降低,部分动能进一步转化为静压能。最后,气体经过蜗壳收集,导向出口,形成具有一定压力和流量的稳定气流。

多级离心鼓风机的核心在于“多级”串联。气体从第一级叶轮流出后,进入下一级的进口,如此逐级增压。其总压升(或压比)近似等于各级压升之和。理论上,对于理想气体,多级离心压缩机的总耗功可以用下列中文公式描述:总耗功等于质量流量乘以每千克气体在各级的等熵压缩功之和。这种多级结构使得风机能够在单台设备上实现单级离心风机难以企及的高压输出,同时通过合理的级间导流设计,能够维持较高的整机效率。

目前,行业内常见的离心鼓风机主要分为以下几大系列,以适应不同的工况需求:

“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(叶轮组两端由轴承支撑),气流轴向吸入,经过多个叶轮逐级压缩后从蜗壳排出。该系列风机以其结构坚固、压力范围广、运行平稳可靠而著称,适用于中高压力的洁净空气或中性气体输送。本文重点解析的C350-1.39型风机即属于此系列。 “D”型系列高速高压风机:该系列风机通常采用齿轮箱增速,使叶轮获得极高的转速(可达每分钟数万转),从而在单级或较少级数下实现很高的压升。其核心在于高速转子动力学设计和精密齿轮传动技术,结构紧凑,效率高,适用于对体积和效率有严苛要求的高压场合。 “AI”型系列单级悬臂风机:其叶轮悬臂安装在主轴的一端,结构简单紧凑。气体从轴向进入,经单级叶轮压缩后排出。适用于压力要求不高,但流量较大的工况,也常作为煤气增压风机。 “S”型系列单级高速双支撑风机:结合了高速技术与双支撑结构的稳定性。叶轮安装在两轴承之间,运行稳定性好,转速高,能以单级叶轮实现较高的压升,常用于要求紧凑结构且压力中等的工艺。 “AII”型系列单级双支撑风机:与AI系列相比,AII系列的叶轮同样位于两轴承之间,但采用的是常规转速下的单级结构。其刚性更好,承载能力更强,适用于输送介质密度较大或有一定污染物的气体。

第二章 C350-1.39型多级离心鼓风机深度解析

C350-1.39是一个典型的多级离心鼓风机型号,其命名规则清晰地反映了其主要性能参数。

“C”:代表该风机属于“C”型系列,即多级、双支撑、蜗壳出风的结构形式。 “350”:通常表示风机在额定工况下的流量,单位为立方米每分钟(m³/min)。因此,C350-1.39的设计流量约为350 m³/min。 “-1.39”:表示风机的出口绝对压力为1.39个标准大气压(atm)。由于没有“/”及后续数字,根据约定,其进口压力为标准大气压(1 atm)。因此,该风机的升压(出口表压)为 1.39 - 1 = 0.39 atm,约等于39.8 kPa。

性能特点与应用场景:
C350-1.39型风机能够在标准吸气状态下,将350 m³/min的空气压缩至比进口压力高约0.39 atm的水平。这个压力范围使其非常适合用于中型污水处理厂的曝气系统、小型高炉的鼓风、气力输送系统的气源以及化工流程中的气体循环等场合。其多级结构确保了在达到所需压力时,仍能保持较平坦的性能曲线,即在一定压力波动范围内,流量变化相对平稳。

结构剖析:

机壳与隔板:机壳通常为铸铁或铸钢制成,水平剖分式设计便于内部检修。机壳内包含各级的隔板,隔板上固定有扩压器和回流器,用于引导气体有序地从前一级进入下一级。 转子总成:这是风机的核心旋转部件。由风机主轴、多个叶轮、平衡盘(用于平衡轴向推力)、轴套等部件过盈配合或键连接而成。每个叶轮都经过精密的动平衡校正,确保整个转子在高速旋转时的振动值在允许范围内。 密封系统:为防止气体在级间泄漏和润滑油进入流道,C系列风机采用了多种密封形式。 气封(迷宫密封):安装在隔板与轴之间,利用一系列节流齿隙来减小级间高压气体向低压区的泄漏。 油封:位于轴承箱两端,防止润滑油沿轴向外泄。 碳环密封:在一些要求更高或介质特殊的型号中,会采用接触式的碳环密封作为轴端密封,其密封效果优于迷宫密封,尤其适用于防止有毒或贵重气体外漏。 轴承与润滑系统:C350-1.39这类风机通常采用滑动轴承,即风机轴承用轴瓦。轴瓦内衬巴氏合金,在油膜的支撑下运行,具有承载能力强、耐冲击、寿命长的优点。整个轴承箱内充满润滑油,由一套完整的润滑系统(包括主油泵、辅助油泵、油箱、冷却器等)强制供油,确保轴承和轴瓦得到充分润滑和冷却。 轴向推力平衡:多级风机由于叶轮两侧压力不均,会产生巨大的轴向推力。C350-1.39通常采用“平衡鼓(平衡活塞)”结构,通过产生一个反向推力来抵消大部分轴向力,残余推力则由推力轴承承担。

第三章 风机核心配件详解

风机的可靠运行离不开每一个精密配件的协同工作。

风机主轴:作为传递扭矩和支撑旋转部件的核心,要求极高的强度、刚性和韧性。通常采用优质合金钢(如40CrNiMoA)锻制而成,并经调质处理和精密加工。 风机轴承用轴瓦:是滑动轴承的关键部件。其基体为铸铁或钢壳,内表面浇注巴氏合金层。巴氏合金质地软、顺应性好,能在异物进入时嵌入其中,保护主轴。轴瓦的间隙、油楔形状是影响振动和寿命的关键。 风机转子总成:这是一个动态平衡的精密组件。装配完成后,必须在动平衡机上进行高速动平衡校正,将不平衡量控制在标准(如G2.5级)以内,以保证风机平稳、低振动运行。 气封(迷宫密封):由多个铜制或铝制密封齿片组成。其密封效能取决于齿数与间隙。安装时要求与主轴有适当的径向间隙,既不能过小以防摩擦,也不能过大导致泄漏量超标。 碳环密封:由若干个碳环组成,在弹簧力作用下 lightly 抱紧主轴。其自润滑特性好,密封性能优异,但成本较高,对安装精度要求也高。 轴承箱:它是容纳轴承、轴瓦和润滑油的壳体。其结构设计需保证油路的畅通,并具有良好的刚性,以抵抗变形,确保轴承的对中性。

第四章 风机常见故障与修理要点

风机修理是一项专业性极强的工作,需遵循严格的规程。

常见故障:

振动超标:最常见的问题。原因包括:转子不平衡(结垢、部件松动)、对中不良、轴承/轴瓦磨损、基础松动、喘振等。 轴承温度高:润滑油质不佳、油量不足、冷却器失效、轴瓦间隙过小、负载过大等。 性能下降:流量或压力不足。原因可能是密封磨损间隙过大、叶轮腐蚀或磨损、进口过滤器堵塞、转速下降等。 异常声响:可能是轴承损坏、转子与静止件摩擦(扫膛)、喘振征兆。

修理流程与要点:

停机检查与诊断:记录故障现象,进行振动频谱分析、油液分析等,初步判断故障根源。 解体:按顺序拆卸管路、联轴器罩壳、轴承箱上盖等。吊出转子总成时需小心,避免磕碰。 检查与测量转子:检查叶轮有无裂纹、腐蚀、磨损。对转子进行跳动测量和动平衡校验。 轴瓦:检查巴氏合金层有无磨损、剥落、裂纹、烧熔。测量轴瓦间隙和紧力,不符合标准必须更换或刮研。 密封:测量所有迷宫密封和碳环密封的间隙,磨损超差需更换。 主轴:检查轴颈有无拉伤、磨损,测量其圆度和圆柱度。 机壳与管路:检查内部有无积垢、腐蚀。 修理与更换:对可修复的部件如转子进行动平衡校正,对轴瓦进行刮研。对损坏严重的叶轮、轴瓦、密封等予以更换。所有更换的配件必须符合原厂规格。 回装与对中:按解体相反顺序回装。确保所有配合面清洁,螺栓紧固力矩达标。最关键的一步是主机与电机的对中,必须使用激光对中仪等精密工具,确保冷态和热态(考虑热膨胀)的对中数据都在允许范围内。 试运行:修理完成后,先进行点动,确认无摩擦声。然后空载运行,监测振动、温度、噪声。一切正常后,逐步加载至额定工况,并持续监测运行参数。

第五章 输送工业气体的特殊风机技术

输送工业气体,尤其是酸性、有毒、腐蚀性气体,对风机提出了远超常规空气风机的特殊要求。

材料选择:根据输送介质的化学性质,必须选择耐腐蚀材料。

输送二氧化硫(SO₂)气体、输送氮氧化物(NOₓ)气体:湿态下酸性极强,与壳体接触部分(过流部件)需采用不锈钢(如304L, 316L)或更高级别的双相不锈钢。 输送氯化氢(HCl)气体、输送氟化氢(HF)气体:腐蚀性极强,特别是HF能腐蚀玻璃和大多数金属。需采用蒙乃尔合金、哈氏合金,或进行特殊的衬胶、衬塑处理。 输送溴化氢(HBr)气体、输送其他特殊有毒气体:同样需要评估其腐蚀性和对材料的应力腐蚀开裂敏感性,选用合适的镍基合金或非金属涂层。

密封系统升级:为防止有毒气体外泄,密封系统至关重要。

轴端密封普遍采用碳环密封或更先进的干气密封,实现近乎零泄漏。 对于输送混合工业酸性有毒气体的工况,有时甚至需要采用双端面密封,并在中间通入惰性阻塞气体,形成一道可靠的隔离屏障。

结构设计与安全考量

对于“AI(M)”和“AII(M)”系列煤气风机,其“(M)”代表输送混合煤气,设计上需考虑煤气中可能含有的焦油、萘等杂质,因此在进气口可能设置过滤或冲洗装置。 机壳可能采用垂直剖分式(筒型结构),以适应更高的压力和更好的密封性。 设置更多的监测点,如壳体温度、振动、密封气压、气体浓度探测器等,并联锁停机。 以鼓风机型号:"AI(M)600-1.124/0.95"为例,它是一款悬臂式煤气风机,流量600 m³/min,出口压力1.124 atm,进口压力0.95 atm(表明是在一个负压或低压系统后抽吸),其所有与煤气接触的部件都必须进行防腐处理,并配备高效的轴封。

结论

多级离心鼓风机是现代工业的心脏设备之一。深入理解其工作原理,掌握如C350-1.39等具体型号的技术内涵,熟悉其核心配件的性能与维修要点,并充分认识到输送工业特殊气体时所面临的技术挑战与解决方案,对于风机技术人员而言至关重要。唯有如此,才能确保风机的安全、稳定、高效运行,为工业生产提供持续可靠的动力保障。在实际工作中,务必严格遵守操作规程,定期维护,防患于未然。

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