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高温风机W9-16№14.5D与工业气体输送技术解析

作者:王军(139-7298-9387)

关键词:高温风机、W9-16№14.5D、工业气体输送、酸性气体、风机维修、煤气风机、碳环密封、轴瓦轴承

一、 高温风机基础概述

在工业生产过程中,高温风机是至关重要的气体输送设备,广泛应用于冶金、化工、电力、建材等行业,负责输送各种高温、腐蚀性或有毒的工艺气体。其核心功能是在高温工况下,持续、稳定地提供所需的风压和风量,保障生产流程的顺畅进行。与常温风机相比,高温风机在设计、材料选择、结构配置及运行维护方面面临着更为严峻的挑战。

高温风机面临的首要挑战是热应力。当风机输送的气体温度远高于环境温度时,风机各部件,特别是叶轮、机壳和主轴,会因受热不均而产生热膨胀。如果设计不当,热膨胀会导致部件变形、摩擦加剧,甚至引发设备故障。因此,高温风机的材料必须具备良好的高温强度、抗蠕变性能和抗热疲劳性能。

其次,高温环境对润滑和冷却系统提出了更高要求。轴承、轴瓦等关键运动部件在高温下必须得到有效的冷却和润滑,否则会因油膜失效而导致烧瓦、抱轴等严重事故。

最后,当输送介质为腐蚀性或有毒气体时,风机还需具备优异的耐腐蚀性能和可靠的气密性,防止介质泄漏造成环境污染或安全事故。因此,一台合格的高温风机,是材料科学、结构力学、流体力学和防腐技术的高度集成体现。

二、 W9-16№14.5D型高温风机深度解析

1. 型号释义与基本参数

型号“W9-16№14.5D”是理解该风机特性的钥匙。

“W”:通常代表风机类型为离心式通风机。 “9-16”:此系列代号代表了风机的气动性能特征,即在最高效率点时,其压力系数约为0.9,比转速约为16。比转速是一个重要的相似设计准则,它综合反映了风机的流量、压力和转速之间的关系。一个较低的比转速值通常意味着该风机适用于高压力、小流量的工况。 “№14.5”:这是风机的主要规格参数,表示风机叶轮的直径尺寸为14.5分米,即1.45米。叶轮直径是决定风机外缘线速度、从而影响风机全压和风量的核心几何参数。风机产生的理论全压与叶轮圆周速度的平方成正比。 “D”:这是风机的传动方式代号。D式传动表示采用悬臂支撑结构,即叶轮安装在主轴的一端,由双个轴承座支撑,通常通过联轴器与电机直联。这种结构相对紧凑,适用于中等规格的风机。

基于以上型号信息,可以推断W9-16№14.5D是一款侧重于产生较高压力、适用于输送高温气体的单级、单吸、悬臂支撑式离心风机。

2. 输送气体特性与风机适应性

该型号风机设计用于输送高温气体,其工作温度范围通常在200℃至450℃之间,甚至可根据材料升级而更高。风机在设计时已充分考虑热膨胀问题:

机壳:通常采用Q235R或更优的耐热钢板(如16MnR)制造,并在结构上设计有加强筋以增加刚性。机壳与轴承箱的连接处常采用挠性设计,允许机壳在受热后向进气口方向自由膨胀,避免将热应力传递给轴承箱。 叶轮:作为核心部件,叶轮的材料选择至关重要。根据气体温度和腐蚀性,可选用耐热钢(如15MoG、12Cr1MoV)、不锈钢(如304、316)或更高等级的耐热合金。叶片型式通常为后向或径向,以保证在高温下具有足够的强度和稳定性。 主轴:采用优质碳素钢(如45钢)或合金结构钢(如42CrMo)锻造而成,并进行调质处理,确保其在高温下仍能保持足够的强度和刚度。

三、 工业气体输送专项说明

工业气体,特别是酸性、有毒气体的输送,对风机提出了超越常规的耐腐蚀和密封要求。

1. 可输送混合工业酸性有毒气体
混合酸性气体成分复杂,可能同时含有SO₂、NOₓ、HCL、HF、HBr等以及水蒸气。这种工况下,风机面临电化学腐蚀、点蚀和应力腐蚀开裂等多重威胁。风机适应性措施包括:

材料升级:与气体接触的过流部件(叶轮、机壳内壁)需采用高等级不锈钢(如316L、2205双相不锈钢)或哈氏合金、蒙乃尔合金等镍基合金。 防腐涂层:在碳钢机壳内壁喷涂或衬覆耐高温、耐酸的防腐材料,如聚四氟乙烯(PTFE)或搪瓷。 结构设计:避免缝隙和滞流区,所有焊缝需平滑连续,防止腐蚀介质积聚。

2. 特定气体输送要点

输送二氧化硫(SO₂)气体:SO₂遇水形成亚硫酸,腐蚀性极强。必须确保气体入口温度高于酸露点,防止冷凝酸形成。叶轮材料推荐使用316L不锈钢。 输送氮氧化物(NOₓ)气体:NOₓ气体在高温下具有一定氧化性。风机部件需考虑抗氧化能力,同时注意密封,防止泄漏。 输送氯化氢(HCl)气体:HCl气体,尤其是含湿气的HCl,是强腐蚀剂。除了选用耐氯离子腐蚀的材料如哈氏合金C-276外,必须保证极佳的气密性。 输送氟化氢(HF)气体:HF能腐蚀绝大多数金属和玻璃。蒙乃尔合金对HF有较好的耐受性,但需根据浓度和温度精确选材。密封系统必须万无一失。 输送溴化氢(HBr)气体:HBr的腐蚀性与HCl类似,对许多不锈钢造成点蚀。需要采用高钼含量的不锈钢或镍基合金。

3. 煤气风机系列:AI(M)与AII(M)
在冶金和煤化工领域,专门用于输送煤气的风机型号常标注为“AI(M)”或“AII(M)”。

“(M)”的含义:确指用于输送“混合煤气”。混合煤气是多种气体的混合物,通常包含一氧化碳(CO)、氢气(H₂)、甲烷(CH₄)及少量杂质,可能具有毒性、爆炸性和一定的腐蚀性。 结构差异:“AII(M)”通常指AII系列单级、双支撑结构煤气风机,即叶轮置于两个轴承座之间。这种结构刚性更好,运行更平稳,适用于更大功率、更高压力的工况。而“AI(M)”可能为悬臂结构或另一种系列。双支撑结构能更好地平衡叶轮载荷,减少主轴挠度,提高转子动力学稳定性。

四、 核心配件与密封系统详解

1. 风机转子总成
这是风机的“心脏”,由叶轮、主轴、平衡盘(如有)、联轴器等部件组成。动平衡精度是衡量转子总成质量的关键指标。在高温下,由于材料密度变化和热变形,转子平衡状态可能发生改变,因此要求在工作温度下进行高速动平衡校验,残余不平衡量需严格控制在标准(如ISO 1940 G2.5级)以内。

2. 风机主轴与轴承(轴瓦)

主轴:作为传递扭矩和支撑转子的核心,其强度、刚度和同心度要求极高。与轴承和密封配合的轴颈部位,表面硬度、光洁度和尺寸精度需经过精密加工。 轴瓦(滑动轴承):在大型、高速、重载的高温风机中,滑动轴承(轴瓦)比滚动轴承更具优势。它承载能力大、耐冲击、运行平稳噪音小。轴瓦通常由巴氏合金(一种锡锑铜合金)衬层浇铸在钢背上制成,巴氏合金具有良好的嵌入性和顺应性,能容忍少量硬质颗粒。轴承座内通有循环冷却油,一方面润滑形成油膜,另一方面带走由摩擦和轴传导过来的热量。油膜的建立遵循流体动压润滑原理,即依靠轴颈旋转将润滑油带入楔形间隙,产生压力油膜将轴颈托起。

3. 密封系统
密封是防止介质泄漏和外部空气进入的关键,对于有毒气体输送尤为重要。

气封(迷宫密封):在叶轮轮盖和机壳之间,以及轴穿过机壳的部位,常采用迷宫密封。它由一系列环形齿片和腔槽组成,利用多次节流膨胀效应来增大泄漏阻力。结构简单,非接触式,无磨损,但存在微量泄漏。 碳环密封:对于要求更高的密封场合,尤其在煤气风机上,碳环密封被广泛使用。它由数个内置弹簧的碳环组成,碳环在弹簧力作用下其内孔与主轴保持轻微接触。碳环具有自润滑性、耐高温和一定的化学稳定性。它能实现比迷宫密封更有效的密封,属于接触式密封,存在极微量的磨损。 油封:主要用于轴承箱两端,防止润滑油泄漏和外部灰尘、水分进入轴承箱。常用的是骨架油封,其唇口与轴颈过盈接触。

4. 轴承箱
它是容纳轴承(轴瓦)、润滑油及冷却系统的箱体。其设计需保证足够的刚性,防止变形影响轴承对中。内部设有油位计、测温孔(用于安装铂热电阻)、冷却水盘管或夹套,是风机润滑与冷却的核心部件。

五、 风机修理与维护要点

高温风机的修理是一项专业性极强的工作,必须遵循严谨的流程。

1. 故障诊断与拆卸

振动异常:这是最常见故障。原因可能包括转子不平衡、联轴器对中超差、轴承(轴瓦)磨损、地脚螺栓松动、基础刚性不足或喘振。需使用振动分析仪进行频谱分析以确定根源。 轴承温度过高:原因可能是润滑油油质不佳、油量不足、冷却水中断、轴承(轴瓦)间隙不当或装配不当。 性能下降:风量风压不足,可能是叶轮磨损、间隙增大(特别是径向和轴向密封间隙)、转速下降或管网阻力增加所致。
拆卸前,务必切断电源,关闭进出口阀门,待机体完全冷却。做好各部件配合位置的标记,有序拆卸。

2. 核心部件检修

叶轮:检查叶片、轮盘、盖盘有无裂纹、磨损、腐蚀减薄。重点检查焊缝区域。出现裂纹需彻底清除后补焊,并进行无损探伤(如着色渗透检测PT或磁粉检测MT)。磨损严重需进行堆焊修复或更换。修复后必须重新进行动平衡。 主轴:检查直线度(矫直若超标)、轴颈尺寸和表面状况。若有磨损,可采用镀铬、热喷涂等方式修复并精磨至原尺寸。 轴瓦:检查巴氏合金层有无剥落、裂纹、烧熔现象。测量瓦背过盈量和轴瓦间隙(顶隙、侧隙)。间隙计算公式通常为:顶隙等于轴颈直径乘以千分之一点二到千分之一点五。若间隙超标或合金层损伤,需重新刮研或浇铸新瓦。 密封:检查迷宫密封齿的磨损情况,磨损严重需更换密封片。检查碳环密封的环体磨损量和弹簧弹力,确保环在环室内能轴向灵活浮动。

3. 回装与调试
按拆卸的逆序进行回装,确保所有配合尺寸、间隙符合图纸要求。重点保证:

转子跳动:叶轮口环、轴封处径向跳动和端面跳动需在公差内。 轴承(轴瓦)装配:保证正确的间隙和接触斑点。 对中精度:风机与电机联轴器的对中误差(径向、端面)需严格控制在0.05mm以内。
调试时,先点动确认转向,然后空载运行,监测振动、轴承温度稳定正常后,再逐步加载至满负荷。

六、 总结

W9-16№14.5D型高温风机及其所属的AI(M)/AII(M)系列煤气风机,是现代工业高温气体工艺链中的关键设备。其成功运行依赖于精准的型号选型、针对输送介质的耐腐材料选择、 robust的结构设计(如双支撑、轴瓦轴承)、以及先进的密封技术(如碳环密封)。而持续稳定的运行,则离不开基于深厚专业知识的定期维护与精准修理。作为一名风机技术人员,深刻理解其内在原理、结构特点及维护要点,是保障生产安全、提升设备效率、延长风机寿命的根本所在。

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