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多级离心鼓风机基础知识及D850-3.2型号深度解析

作者:王军(139-7298-9387)

关键词:多级离心鼓风机、D850-3.2、风机配件、风机修理、工业气体输送、轴瓦、转子总成、碳环密封

引言

在工业流体输送领域,离心鼓风机扮演着至关重要的角色,广泛应用于污水处理、冶金、化工、电力、建材等诸多行业。其中,多级离心鼓风机以其结构紧凑、效率高、压力范围广、运行稳定等特点,在需要中高压鼓风的工况中占据核心地位。本文将系统阐述多级离心鼓风机的基础知识,并重点针对D850-3.2这一典型型号进行深度解析,同时详细说明风机关键配件、常见修理要点,以及对输送工业气体,特别是腐蚀性、有毒气体的特殊考量。

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,是将多个单级离心叶轮串联安装在同一根主轴上的风机。气体每经过一个叶轮和其后的导叶/扩压器,压力就得到一次提升。通过这种逐级增压的方式,最终在风机出口获得远高于单级风机的总压力。

其基本工作原理遵循离心力和能量守恒定律。当电机驱动风机主轴高速旋转时,固定在主轴上的叶轮带动气体同向旋转。气体在离心力作用下被甩向叶轮外缘,流经截面逐渐增大的扩压器时,气体的动能部分转化为静压能,实现压力升高。经过一级增压后的气体被引导至下一级叶轮的入口,重复上述过程,直至从最后一级排出。

多级离心鼓风机的核心性能参数主要包括:

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):分为进口压力、出口压力和升压。出口压力与进口压力之差即为风机的升压,是风机克服系统阻力的能力体现,常用千帕 (kPa)、兆帕 (MPa) 或大气压 (atm) 表示。 转速 (n):风机主轴每分钟的旋转圈数 (rpm),是影响风机性能和结构强度的重要参数。 功率 (N):分为轴功率和有效功率。轴功率是电机输入给风机主轴的功率,有效功率是单位时间内气体从风机获得的能量。两者之比即为风机效率 (η)。

其性能关系通常用风机定律来描述,例如:在转速和气体密度不变时,流量与转速成正比;压力与转速的平方成正比;轴功率与转速的三次方成正比。

根据结构和用途的不同,市场上存在多种系列的多级离心鼓风机,例如:

“C”型系列多级风机:通常为常规压力、通用型多级离心鼓风机,结构成熟可靠,适用于空气、惰性气体等。 “D”型系列高速高压风机:采用更高的工作转速和更紧凑的结构设计,以实现更高的单机输出压力,是本文重点讨论的D850-3.2所属系列。 “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、大流量工况。 “S”型系列单级高速双支撑风机:高转速单级叶轮,两端支撑,适用于特定高压比场合。 “AII”型系列单级双支撑风机:叶轮置于两轴承之间,刚性更好,适用于较重的叶轮或特定工况。

第二章 D850-3.2型多级离心鼓风机深度解析

D850-3.2是该型号风机的完整标识,遵循了特定的命名规则:

“D”:代表该风机属于“D”型系列,即高速高压多级离心鼓风机。该系列风机通常采用齿轮增速箱驱动,使叶轮获得远超电机转速的工作转速(可达数万转/分钟),从而在较少的级数下实现高压输出。 “850”:代表风机在额定工况下的容积流量,单位为立方米每分钟 (m³/min)。即该风机的设计流量为850 m³/min。需要注意的是,实际运行流量会随管网阻力的变化而变化。 “-3.2”:代表风机的出口绝对压力(或升压,具体需参照厂家技术文件),单位为公斤力每平方厘米 (kgf/cm²) 或约等于巴 (bar)。在此,3.2表示出口绝对压力约为3.2 kgf/cm²(约合314 kPa)。根据压力等于大气压力加上升压的关系,可以推算出其升压值。若进口为常压(1 atm ≈ 1.033 kgf/cm²),则升压约为 3.2 - 1.033 = 2.167 kgf/cm² (约212 kPa)。

结构特点分析:

气缸与隔板:D系列风机气缸通常为水平剖分式,便于安装和检修。气缸内装有各级隔板,隔板上固定有扩压器和回流器,用于引导气体并实现动能向压力能的转换。 转子总成:这是风机的核心运动部件。对于D850-3.2,其转子总成包括: 风机主轴:采用高强度合金钢锻造,经过精密加工和动平衡校正,以承受高转速下的扭矩和离心力。 叶轮:通常为闭式后向叶轮,采用高强度铝合金或不锈钢精密铸造或数控加工而成,每个叶轮都经过超速试验和单独的动平衡。 平衡盘:用于平衡大部分轴向推力,减少止推轴承的负荷。 联轴器:连接高速齿轮轴与风机主轴,传递扭矩。 轴承系统:由于是高速风机,通常采用滑动轴承(轴瓦)。 径向轴承:支撑转子重量,保持径向定位。采用压力油润滑的滑动轴承(轴瓦),瓦面常覆有巴氏合金,具有良好的耐磨性和嵌藏性。 止推轴承:承受剩余的轴向推力,采用金斯伯里型或米切尔型等可倾瓦块式推力轴承。 轴承箱:容纳径向和止推轴承,是轴承座和润滑油路的集成体。 密封系统:对于高压风机,密封至关重要。 级间密封和轴端密封:常采用碳环密封。碳环依靠弹簧力抱紧在轴套上,形成非接触或微接触的迷宫式密封,有效减少内部气体泄漏和外部空气吸入。碳材料具有自润滑、耐高温、摩擦系数低等优点。 油封:在轴承箱两端,防止润滑油泄漏,通常采用骨架油封或迷宫油封与挡油环组合结构。 气封:在某些特定位置,可能会引入压力稍高的密封气(如氮气),形成气幕,进一步阻止工艺气体外泄或污染物进入,尤其在输送危险气体时尤为重要。

性能与应用:
D850-3.2型风机以其高压力、大流量的特点,常用于需要强大鼓风能力的工业流程,如高炉鼓风、大型化工流程气输送、空分装置等。

第三章 风机关键配件详解

风机的可靠运行离不开各个精密配件的协同工作。

风机主轴:作为传递动力和支撑叶轮的核心,要求极高的强度、刚性和韧性。材料常选用40CrNiMoA、42CrMo等优质合金钢,经调质处理和精密磨削,确保尺寸精度和形位公差。 风机轴承与轴瓦:在多级高速离心鼓风机中,滑动轴承(轴瓦)是主流选择。轴瓦通常由钢背和浇铸在其上的减摩合金层(如锡锑轴承合金/巴氏合金)构成。润滑油在轴与瓦之间形成油膜,实现液体摩擦,磨损极小,运行平稳。需要定期检查轴瓦间隙、接触角和巴氏合金层状况。 风机转子总成:这是一个高速旋转的平衡体。除了主轴和叶轮,还包括锁紧螺母、轴套、平衡盘等。转子在组装完成后,必须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,这是保证风机平稳运行、振动达标的前提。 气封与油封气封:主要指用于隔离工艺气体的密封,如碳环密封。它由多个碳环片段组成,依靠弹簧力提供径向密封力。磨损后具有一定自补偿能力。在腐蚀性气体环境中,需选用耐腐蚀等级的碳环或特殊材料密封。 油封:主要用于轴承箱的密封,防止润滑油外泄。常见的有橡胶骨架油封,在高速场合常与迷宫式油封结合使用。 轴承箱:它不仅支撑轴承,还构成了润滑油路的一部分。内部有油槽、进油孔、回油孔等,确保润滑油能顺畅地流入轴承间隙并带走热量。

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,需遵循严格规程。

常见故障模式:

振动超标:最常见的问题。原因可能包括:转子动平衡失效(叶轮结垢、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、油路堵塞、油量不足、轴瓦间隙过小或过大、冷却系统故障等。 性能下降:流量或压力不足。可能原因:转速异常、密封间隙过大导致内泄漏严重、进口过滤器堵塞、叶轮磨损或腐蚀。 异常声响:轴承损坏、转子与静止件摩擦、喘振征兆。

修理流程与要点:

解体前检查与记录:测量并记录原始对中数据、各部间隙(如推力间隙)、轴窜量等。 安全解体:按顺序拆卸管路、联轴器、端盖、轴承等。吊装转子需使用专用工具,保持水平。 零部件清洗与检查:彻底清洗所有零件,重点检查: 主轴:检查直线度、轴颈表面有无拉毛、磨损。 叶轮:检查有无裂纹(渗透或磁粉探伤)、磨损、腐蚀情况。结垢需进行清理。 轴瓦:测量瓦隙,检查巴氏合金层有无剥落、裂纹、烧灼现象。 密封:检查碳环磨损量、弹簧弹力。 气缸与隔板:检查有无裂纹、冲刷腐蚀痕迹。 修理与更换转子动平衡:如果叶轮清理、修复或更换,或者整体转子跳动超差,必须重新进行动平衡。先在低速平衡机上做双面平衡,最终在高速平衡机上按工作转速进行校验。 轴瓦修复:磨损超差的轴瓦需重新浇铸巴氏合金并机加工至要求尺寸。 主轴修复:轴颈磨损可采用镀铬、热喷涂等工艺修复后磨削至原尺寸。 密封更换:所有碳环、油封等易损件建议大修时一律更换。 回装与调试:按拆卸的逆序进行,严格保证各部间隙(如径向轴承顶隙、侧隙,推力轴承间隙,气封间隙)符合图纸要求。重新进行精确对中。加注合格的润滑油。进行单机试车,逐步升速,监测振动、温度、压力等参数至正常。

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(如SO₂、NOₓ、HCl、HF、HBr等),对风机的材料选择、结构设计和安全措施提出了极高要求。

材料选择:
必须根据输送介质的成分、浓度、温度、湿度等因素选择耐腐蚀材料。

输送SO₂气体:干态SO₂腐蚀性较弱,但遇水形成亚硫酸腐蚀性极强。壳体、叶轮可选用316L不锈钢、双相不锈钢,甚至更高级别的哈氏合金、钛材。密封系统也需相应升级。 输送NOₓ气体:NOₓ遇水形成硝酸,腐蚀性强。需选用耐硝酸腐蚀的不锈钢(如304L, 316L)。 输送卤化氢气体(HCl, HF, HBr):这些都是强腐蚀性气体,特别是HF,能腐蚀玻璃和大多数金属。需选用蒙乃尔合金、哈氏合金C系列、或采用内衬防腐材料(如聚四氟乙烯PTFE)等。 通用耐腐蚀材料:316L不锈钢是常见选择,对于更强腐蚀环境,可选用904L、2205双相钢、2507超级双相钢、哈氏合金C-276、蒙乃尔400等。

结构设计与安全措施:

特殊风机型号:如“AI(M)”系列“AII(M)”系列,就是专门为输送煤气(含混合煤气)等气体设计的。其中的“(M)”标识即指明其适用于煤气介质。它们在设计上充分考虑了煤气的特性,如可能的杂质、爆炸风险等。 以型号“AI(M)600-1.124/0.95”为例: “AI(M)”:AI系列悬臂单级煤气风机。 “600”:流量为600 m³/min。 “-1.124”:出口绝对压力为1.124 atm。 “/0.95”:进口绝对压力为0.95 atm。这表明风机是在一个负压的进气条件下工作的。 轴封系统:必须采用绝对可靠的密封,防止有毒气体外泄。碳环密封常被选用,并可配合引入惰性密封气(如氮气),使密封腔内的压力略高于大气压和风机内压,确保有害气体不会向外泄漏。对于极度危险的介质,可采用双端面机械密封并配以隔离液系统。 监测与防护:设置气体泄漏检测探头。轴承箱、润滑油系统与气体腔室之间需有完善的隔离和排气措施,防止气体窜入润滑油。外壳体可能设计有泄爆装置。所有焊接接头需进行无损检测。 维护操作:检修前必须进行彻底的吹扫和置换,确保设备内部无残留有毒有害气体。维修人员需配备个人防护装备。

结论

多级离心鼓风机,特别是像D850-3.2这样的高速高压型号,是现代工业的心脏设备之一。深入理解其工作原理、型号含义、核心配件结构以及维护修理技术,是保障其长期稳定运行的关键。而当面对腐蚀性、有毒工业气体的输送任务时,更需要在材料、密封和安全设计上做出周密考量,选择如AI(M)、AII(M)等专用系列风机,并严格执行特殊的操作和维护规程。作为一名风机技术人员,不断深化对这些专业知识的掌握,对于提升设备管理水平、保障安全生产、降低运营成本具有重要意义。

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