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多级离心鼓风机基础知识与C150-1.2型号深度解析

作者:王军(139-7298-9387)

关键词:多级离心鼓风机、C150-1.2、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。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、矿山通风、冶金化工及各类工业气体输送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,并重点对典型型号C150-1.2进行深度解析,同时详细说明风机关键配件、常见修理要点,以及针对输送各类特殊工业气体的技术考量。

第一章 多级离心鼓风机基础原理与系列概览

离心鼓风机的工作原理基于牛顿第二定律和欧拉涡轮机械方程。当电机驱动风机主轴高速旋转时,叶轮上的叶片对气体做功,迫使气体随叶轮旋转,在离心力的作用下,气体被从叶轮中心(进口)甩向边缘(出口),从而获得动能和静压能。气体离开叶轮后进入扩压器,流速降低,动能进一步转化为静压能。多级离心鼓风机正是将多个“叶轮-扩压器”单元串联在同一主轴上,气体逐级增压,最终在末级出口获得所需的高压力。

其核心性能遵循离心式压缩机的能量头方程:能量头等于叶轮出口圆周速度的平方乘以压力系数,再除以重力加速度。这表明,单级叶轮所能提供的压力提升有限,若要获得更高压比,最直接有效的方式就是增加级数。

目前,市场上主流的多级离心鼓风机系列包括:

“C”型系列多级风机:这是最经典的多级离心鼓风机结构。通常采用水平剖分式机壳,便于安装与维护。转子由多个叶轮串联而成,级间通过隔板分隔,设有回流器引导气体进入下一级。该系列风机压力范围广,效率高,结构坚固,是通用领域的主力机型,本文重点解析的C150-1.2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整体式机壳,转子直接由高速齿轮箱或变频电机驱动,转速极高(可达数万转/分钟)。由于转速的提升,在达到相同排气压力的前提下,风机体积可以做得更小,结构更紧凑。它适用于对安装空间有严格要求的高压场合。 “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,只有一级压缩。适用于压比要求不高,但流量较大的工况。常用于通风、冷却或作为低压头工艺风机。 “S”型系列单级高速双支撑风机:这是一种高速单级风机,叶轮安装在主轴中部,两端由轴承支撑,稳定性优于悬臂结构。通过极高的转速来弥补单级压缩的不足,从而在单级内实现较高的压力升,具有结构紧凑、效率高的特点。 “AII”型系列单级双支撑风机:与“AI”型相比,同样是单级,但叶轮为双支撑结构,转子动力学性能更优,适用于更重的叶轮或对振动要求更苛刻的场合。

第二章 C150-1.2多级离心鼓风机深度解析

C150-1.2是“C”型系列中一个典型的型号,其命名规则清晰地反映了其核心性能参数。

“C”:代表该风机属于多级离心鼓风机系列。 “150”:通常表示风机在设计工况下的进口体积流量,单位为立方米每分钟。因此,C150表示该风机的额定流量约为150 m³/min。 “-1.2”:表示风机的出口绝对压力为1.2个大气压(即绝压为120 kPa)。根据命名惯例,在没有“/”符号指明进口压力的情况下,默认进口压力为1个标准大气压(101.325 kPa)。因此,该风机的压升约为0.2个大气压(约20 kPa)。

性能与结构特点:

压力与流量:C150-1.2适用于需要中等流量和中等压力升的工业场景。其性能曲线(压力-流量曲线)通常呈下降趋势,即随着流量的增加,出口压力会逐渐降低。用户需根据管网阻力特性选择合适的工作点。 转子总成:作为风机的核心运动部件,C150-1.2的转子总成包括主轴、多个离心叶轮、平衡盘、推力盘以及联轴器等。每个叶轮都经过精密的动平衡校正,确保整个转子在高速运转下的平稳性。平衡盘用于平衡转子工作时产生的大部分轴向推力,剩余推力由推力轴承承担。 密封系统:这是保证风机效率和防止介质泄漏的关键。 气封:通常安装在机壳两端和级间,用于减少高压气体向低压区的泄漏。在C系列风机中,常见的结构为迷宫密封,利用多次节流膨胀原理来密封气体。 油封:主要用于轴承箱两端,防止润滑油的泄漏和外部杂质进入轴承箱。 碳环密封:在一些对密封要求更高,或输送介质不允许与润滑油接触的场合(如某些工业气体),会采用碳环密封作为轴端密封。碳环依靠弹簧力紧贴轴套表面,形成动态密封,具有自润滑、耐磨损和泄漏量小的优点。 轴承与润滑:C150-1.2这类多级风机的主轴通常采用滑动轴承(轴瓦)来承受径向载荷。轴瓦具有承载能力强、阻尼性能好、适用于高速重载的优点。推力轴承则采用金斯伯雷或米契尔等可倾瓦块式推力轴承,以承受转子剩余的轴向力。整个轴承箱需要一套强制循环润滑油系统,为轴承提供润滑和冷却。

第三章 风机核心配件详解

风机的长期稳定运行离不开各个核心配件的协同工作。

风机主轴:是传递扭矩和支撑所有旋转部件的核心。通常由高强度合金钢锻造而成,经过调质处理以获得优异的综合机械性能。其上的轴颈、叶轮安装部位等关键尺寸和形位公差要求极为严格。 风机轴承与轴瓦:如前所述,轴瓦是滑动轴承的核心部件。其内表面浇铸有巴氏合金层,具有良好的嵌藏性和顺应性,能容忍少量杂质。轴瓦与轴颈之间的间隙是关键参数,需严格按照制造厂标准进行装配和调整,以保证形成稳定的润滑油膜。 风机转子总成:这是一个高度集成的动态组件。除了叶轮和主轴,还包括: 平衡盘:利用其两侧的压力差,产生一个与叶轮轴向推力方向相反的平衡力。 推力盘:与推力轴承配合,承受剩余的轴向力并确定转子的轴向位置。 密封系统气封(迷宫密封):由一系列金属密封齿和轴套上的光滑表面组成。间隙控制至关重要,过大会导致泄漏量激增,效率下降;过小则易发生摩擦。 碳环密封:由多个碳环组成密封组,属于接触式密封。需定期检查碳环的磨损情况,确保弹簧预紧力适当。 轴承箱:是容纳径向和推力轴承的部件,其结构需保证润滑油路的通畅,并有效散发轴承产生的热量。箱体的加工精度直接影响轴承的对中性与运行寿命。

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:可能原因包括转子不平衡(叶轮结垢或损坏)、对中不良、轴承磨损(轴瓦间隙过大)、基础松动或发生喘振。 轴承温度高:原因可能是润滑油油质不佳、油量不足、冷却系统故障、轴瓦刮研不当导致接触不良或间隙过小。 性能下降(压力/流量不足):常见原因有密封间隙磨损过大导致内泄漏严重、进口过滤器堵塞、转速不足或叶轮腐蚀磨损。 异常声响:可能是轴承损坏、转子与静止件摩擦(如气封碰磨)或喘振的前兆。

修理要点:

解体与检查:严格按照顺序解体,对所有零部件进行清洗和编号。重点检查转子跳动、叶轮裂纹、轴瓦巴氏合金层有无脱落或磨损、密封间隙、各配合尺寸等。 转子动平衡校正:这是修理中的核心环节。转子在修复后(如更换叶轮、补焊等)必须重新进行动平衡。通常要求在两个校正平面上进行,最终残余不平衡量需达到ISO G2.5或更高标准。 轴瓦的刮研与装配:新轴瓦或修复的轴瓦需要进行刮研,使其与轴颈的接触面积达到75%以上且接触点均匀。然后使用压铅法或抬轴法精确测量径向间隙和侧间隙,确保符合设计值。 密封间隙调整:安装迷宫密封或碳环密封时,需使用塞尺测量四周间隙,确保均匀。迷宫密封的径向间隙通常控制在轴径的千分之二到千分之三之间。 对中找正:风机与电机重新连接前,必须进行精确的对中找正。通常采用双表法(径向和轴向)进行测量和调整,冷态对中数据需补偿预估的热膨胀量,确保在运行温度下对中良好。

第五章 输送工业气体的特殊考量

输送工业气体,尤其是腐蚀性、有毒气体,对风机的材料、密封和安全设计提出了严峻挑战。

通用原则:

材料选择:必须根据输送介质的化学性质选择耐腐蚀材料。例如,输送二氧化硫(SO₂)、氯化氢(HCl)等湿酸性气体,过流部件(叶轮、机壳、隔板)需采用不锈钢(如304、316),甚至更高级别的双相不锈钢、哈氏合金或进行特种涂层处理。 密封强化:为防止有毒气体外泄,密封系统必须万无一失。轴端密封常采用碳环密封组、干气密封或串联式机械密封,并引入惰性气体(如氮气)作为阻塞气,在有毒气体泄漏路径上形成一道屏障。 安全设计:机壳设计需符合压力容器规范,设置安全阀。对于易燃易爆气体,需考虑防爆电机和静电导出设计。所有接口法兰应采用榫槽面或环连接面,并使用合适的垫片。

特定气体输送说明:

输送混合工业酸性有毒气体、SO₂、NOₓ、HCl、HF、HBr等:这类气体在含水时酸性极强,腐蚀性巨大。风机不仅要求全不锈钢结构,对焊接接头质量要求极高,需光滑无缺陷。碳环密封在此类应用中尤为常见,因其材料(如浸渍呋喃树脂的碳石墨)具有良好的化学惰性。对于HF(氟化氢),因其对硅酸盐有强烈腐蚀性,需避免使用任何含玻璃纤维的填料或垫片。 煤气风机(AI(M)/AII(M)系列):以型号AI(M)600-1.124/0.95为例进行解读。 “AI(M)”:表示AI系列悬臂单级煤气风机。若为“AII(M)”则表示双支撑结构。 “(M)”:特指用于输送混合煤气。 “600”:表示流量为600立方米每分钟。 “-1.124”:表示出口绝对压力为1.124个大气压。 “/0.95”:表示进口绝对压力为0.95个大气压。这表明风机是在一个负压的进气条件下工作的。如果没有“/”及后续数字,则默认进口压力为1标准大气压。
此类风机需特别注意煤焦油等杂质在叶轮上的附着,以及煤气中硫化氢等成分的腐蚀,通常需要定期清洗和维护密封系统。

结语

多级离心鼓风机是现代工业的“肺部”,其技术内涵深厚。从经典的C150-1.2到应对各种苛刻工况的特殊气体风机,其设计、制造、维护都体现着精密的工程技术。深入理解其工作原理、核心配件、维修要点及针对不同介质的适应性设计,是确保风机长周期安全稳定运行,从而保障整个生产系统高效、环保的关键。作为风机技术人员,不断深化这方面的知识,并应用于实践,是我们的核心价值所在。

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