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高温风机G4-73№12.5A基础知识解析与应用

作者:王军(139-7298-9387)

关键词:高温风机、G4-73№12.5A、工业气体输送、酸性气体、风机修理、配件解析、煤气风机、№16.5D、AII(M)

高温风机概述

高温风机是工业窑炉、锅炉系统、化工流程及冶金行业中不可或缺的关键设备,其核心功能是输送温度显著高于环境空气的气体介质。这类风机与常温风机的根本区别在于,其设计与材料选择必须充分考虑高温环境带来的严峻挑战,包括材料强度衰减、热膨胀效应、润滑难题以及介质腐蚀性等。高温风机能否稳定、高效、长寿运行,直接关系到整个生产系统的连续性与安全性。因此,深入理解其工作原理、结构特点、适用介质及维护要点,对于从事相关技术工作的工程师至关重要。

一、 风机型号G4-73№12.5A深度解析

G4-73№12.5A是我国通风机系列中一个典型的高温离心风机型号,广泛适用于输送温度不超过250摄氏度的气体。该型号的命名遵循了我国机械部颁标准,每一个字母和数字都蕴含了特定的技术信息。

“G4-73”:这是风机的系列代号。“G”代表锅炉鼓风机,明确了其最初设计的主要应用领域。“4-73”表示该系列风机的比转速数值。比转速是一个重要的无因次参数,它综合反映了风机的流量、压力和转速之间的关系。比转速为73左右的风机,通常属于中比转速风机,其性能特点是压力适中、流量较大、效率较高,非常适合电站锅炉及各类工业炉窑的送引风系统。 “№12.5”:这是风机叶轮的公称直径代号,表示该风机的叶轮外径为12.5分米,即1.25米。叶轮直径是决定风机全压和流量的核心结构参数。根据风机相似定律,风机的全压与叶轮直径的平方成正比,流量与叶轮直径的三次方成正比。因此,№12.5这个尺寸决定了该风机适用于中等规模的系统需求。 “A”:这是风机的传动方式代号。在国家标准中,“A”表示悬臂支承结构,即叶轮安装在主轴的一端,由位于单侧的轴承箱进行支撑。这种结构相对紧凑,制造成本较低,适用于中小型风力和载荷情况。与之对应的是“D”式,即双支撑结构,主轴两端均有轴承支承,刚性更好,适用于更大功率和更恶劣的工况。

性能特点与高温适应性:
G4-73系列风机通常采用后向式叶片设计,这种叶型的气动效率高,性能曲线平坦,不易过载,运行稳定。针对高温工况,G4-73№12.5A在设计和制造上会采取一系列特殊措施:

材料选择:风机的主要过流部件,如叶轮、机壳和进风口,会采用耐热钢,如Q235-A.F(适用于250℃以下)或更高等级的15MnV等,以确保在高温下仍能保持足够的机械强度。 热膨胀考量:设计时会在轴承箱与机壳之间预留足够的膨胀间隙,机壳底部通常设置挠性支座,允许其在受热时向特定方向自由膨胀,防止因热应力导致结构变形或损坏。 冷却与润滑:轴承箱往往设计有冷却水套,通过循环水对轴承进行冷却,防止润滑油因高温失效。同时,选用耐高温的润滑脂或润滑油至关重要。

二、 高温气体输送特性与风机性能修正

输送高温气体时,气体的物理性质会发生显著变化,最主要的是密度减小和粘度增加。这直接影响到风机的性能。

气体的密度计算公式为:气体密度等于气体绝对压力除以气体常数与气体绝对温度的乘积。由此可见,在压力不变的情况下,温度升高,气体密度成反比下降。

风机的基本性能参数:全压和轴功率,都与气体密度密切相关:

风量:在转速不变时,风机输送的气体体积流量基本不变。 全压:风机的全压与气体密度成正比。因此,当输送高温低密度气体时,风机所能产生的全压将远低于输送常温空气时的全压。 轴功率:风机的轴功率与气体密度成正比。输送高温气体时,由于密度降低,风机实际消耗的轴功率也会下降。这意味着,如果驱动电机是按常温空气选型的,在高温工况下电机不会过载,这通常被视为一个安全因素;但反过来,若需要达到与常温时相同的全压,则必须通过提高转速或更换更大型号的风机来实现。

因此,在选型高温风机时,必须将使用工况下的温度、压力、介质成分换算成标准状态下的参数进行选型计算,并确保电机功率在风机输送常温空气启动(此时密度最大,功率最高)时也能满足要求。

三、 工业酸性及有毒气体的输送挑战与对策

输送混合工业酸性有毒气体,如二氧化硫(SO₂)、氮氧化物(NOₓ)、氯化氢(HCl)、氟化氢(HF)、溴化氢(HBr)等,对风机提出了极其苛刻的要求,这已远超普通高温风机的范畴,进入了特种风机的领域。

1. 腐蚀机理:

酸性腐蚀:上述气体在遇水或水蒸气后会形成相应的酸(如SO₂形成亚硫酸、HCI形成盐酸),对金属部件产生强烈的电化学腐蚀和化学腐蚀。 高温氧化与硫化:在高温下,氧气和硫化物会对钢材表面造成破坏,破坏保护性氧化层。 露点腐蚀:当风机壳体、叶轮等部件的金属表面温度低于烟气中酸性气体的露点温度时,酸性气体就会冷凝成液体酸,造成严重的点蚀和均匀腐蚀,这通常是设备损坏的主要原因。

2. 风机设计与材料策略:

材料升级:必须根据气体成分、浓度、温度来选择耐腐蚀材料。 对于中低温段的强腐蚀环境(如含有HCl、HF的烟气),常采用镍基合金(如Hastelloy C-276)、超级奥氏体不锈钢(如254 SMO)或钛材。 对于高温硫腐蚀,可采用高铬镍含量的奥氏体不锈钢(如316L)或渗铝钢。渗铝钢表面形成的致密氧化铝层能有效抵抗硫化和氧化。 在条件允许的情况下,对碳钢部件进行橡胶、玻璃钢或耐酸瓷砖内衬,也是一种有效的防腐手段。 结构设计加强气密性:防止有毒气体泄漏至关重要。需要采用高效的密封形式。 减少积灰:优化流道设计,避免出现容易积聚冷凝水和腐蚀产物的死角。 保温措施:对风机机壳进行良好保温,确保壁温始终在酸性露点以上,是防止冷凝腐蚀最经济有效的方法之一。 特殊密封:对于有毒、易燃易爆的煤气介质,普通的迷宫密封可能不足以保证安全。此时会采用更先进的密封技术,如碳环密封。碳环密封依靠多个碳环在弹簧力作用下与轴紧密贴合,形成多级节流密封,密封效果极佳,能有效防止煤气外泄。

四、 煤气风机型号释义:以№16.5D AII(M)为例

在冶金、化工领域,输送混合煤气的风机是核心设备,其型号命名也具有特定含义。

“№16.5D”:表示风机叶轮直径为16.5分米,即1.65米。“D”代表双吸双支撑结构,即叶轮位于两个轴承中间,两侧均可进气。这种结构平衡性好,转子稳定性高,适用于大流量、高功率的重载场合。 “AII(M)”:这是煤气风机的系列代号。“AII”通常指该系列风机的具体气动性能和结构形式。“(M)”明确标示此风机为煤气风机,专用于输送混合煤气。与之对应的“AI(M)”可能代表同一系列中不同性能参数或结构的煤气风机。 核心部件特点风机主轴与轴承:由于载荷大、转速高,主轴采用高强度合金钢锻造而成,并经精密加工和热处理。轴承通常采用滑动轴承(轴瓦),因为滑动轴承承载能力大、阻尼性能好、运行平稳,更适合高速重载转子。轴瓦内衬巴氏合金,具有良好的嵌藏性和顺应性。 风机转子总成:包括主轴、叶轮、平衡盘等。叶轮需采用耐腐蚀和耐磨损的特殊钢材,并经过严格的动平衡和超速试验,确保在高速旋转下的稳定性和可靠性。 气封与油封气封(通常是迷宫密封)安装在机壳与轴之间,用于减少高压气体向大气泄漏。油封则安装在轴承箱两端,防止润滑油泄漏并阻挡外部杂质进入。在煤气风机中,这些密封的完整性和高效性直接关系到安全和环保。 轴承箱:作为转子的支撑核心,其结构坚固,内置润滑系统,并配备冷却装置以维持油温稳定。

五、 高温风机核心配件详解

一台完整的高温风机由多个关键配件组成,其状态直接影响整机性能。

叶轮:风机的心脏,其型式(后向、前向、径向)、材料、制造工艺(焊接、铆接、铸造)决定了风机的压力、流量和效率。高温风机叶轮需计算热应力,并考虑动态平衡。 机壳:收集从叶轮出来的气体,并将其动能部分转化为静压。高温机壳需有足够的刚度和保温设计。 进风口:收敛型结构,用于引导气体平稳进入叶轮,减少入口涡流和冲击损失。 主轴:传递扭矩的核心部件,需具有高抗扭和抗弯强度。其材质、热处理及与叶轮的配合方式(热装或键连接)至关重要。 轴承与轴承箱:支撑转子旋转。高温风机多采用滚动轴承(需计算额定寿命并选用高温油脂)或滑动轴承(轴瓦)。轴承箱提供润滑和冷却环境。 密封系统:包括气封(如迷宫密封、碳环密封)和油封(如骨架油封、迷宫式油封)。其作用是防止介质互窜和泄漏,是安全与环保的关键。 联轴器:连接风机主轴与电机轴,传递动力。需能补偿一定的轴向、径向和角向偏差。 底座:支撑整个风机本体,需有足够的强度和稳定性,并考虑热膨胀位移。

六、 高温风机常见故障与修理要点

风机在长期高温、腐蚀、磨损环境下运行,难免出现故障。科学的修理是保障其寿命的重要手段。

常见故障:

振动超标:最常见故障。原因包括:叶轮积灰或磨损不均导致动平衡破坏;主轴弯曲;轴承磨损;地脚螺栓松动;联轴器对中不良;转子与静止件发生摩擦。 轴承温度过高:润滑油(脂)不足或变质;冷却水中断或堵塞;轴承安装不当或损坏;振动过大导致轴承负荷加剧。 性能下降:风量、风压不足。原因:转速降低(如皮带打滑);叶轮磨损严重,间隙增大;进口滤网堵塞;机壳或管道泄漏。 异常噪音:轴承损坏;转子与机壳摩擦;进入异物。 腐蚀与磨损:叶轮、机壳因介质腐蚀或粉尘冲刷而穿孔、减薄,导致强度下降和性能恶化。

修理流程与要点:

停机检查与诊断:全面记录运行参数和故障现象,初步判断故障原因。 拆卸与清洗:按顺序拆卸,对零部件进行彻底清洗,去除油污和积垢,便于检查。 详细检查与测量叶轮:检查磨损、腐蚀、裂纹(可采用着色探伤或磁粉探伤)。测量叶轮与进风口口的径向和轴向间隙。进行动平衡校正,精度等级需达到G6.3或更高。 主轴:检查直线度(跳动量),检查轴颈磨损情况。 轴承/轴瓦:检查磨损、间隙、接触斑点。滑动轴承需刮研以保证接触面积。 密封:检查迷宫密封齿的磨损情况,碳环密封的环和弹簧是否完好。 机壳:检查腐蚀、变形,检查保温层。 修理与更换叶轮:轻微磨损可堆焊修复后重做动平衡。严重损坏需更换。修复后的叶轮必须进行超速试验。 主轴:弯曲可进行矫直,磨损轴颈可采用喷涂、电刷镀等工艺修复。 轴承:滚动轴承一旦损坏,建议更换。滑动轴承轴瓦可重新刮研或重浇巴氏合金。 密封:磨损严重的密封件必须更换。 回装与调试:按相反顺序回装,确保所有间隙符合设计要求。严格进行对中找正。加注合格的润滑油。点动试车无异常后,进行空载和负载试运行,监测振动、温度、电流等参数直至正常。

结论

高温风机,无论是通用的G4-73№12.5A,还是专用的煤气风机№16.5D AII(M),都是现代工业生产中的关键动力设备。深入理解其型号含义、性能特点、介质适应性以及核心配件的维护修理,是确保其安全、稳定、长周期运行的技术基础。面对日益苛刻的环保要求和复杂的工业气体成分,未来高温风机的发展将更加侧重于高效、低噪、智能化以及新材料、新密封技术的应用,这要求我们技术人员不断学习,与时俱进。

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