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煤气风机AI(M)300-1.1207/0.9676技术详解与工业气体输送应用

作者:王军(139-7298-9387)

关键词:煤气风机、AI(M)300-1.1207/0.9676、风机配件、风机修理、工业气体输送、有毒气体、轴瓦、碳环密封

第一章 煤气加压风机基础与型号体系解析

在现代化工、冶金、环保及城市燃气等领域,气体介质的加压与输送是核心工艺环节之一。风机,作为实现这一功能的关键设备,其性能与可靠性直接关系到整个生产系统的稳定与效率。特别是用于输送煤气及其他工业气体的加压风机,因其介质常具有易燃、易爆、有毒、腐蚀等特性,对其设计、制造、选型及维护提出了远高于普通通风机的苛刻要求。

煤气加压风机,顾名思义,是专门用于提升煤气压力并克服管网阻力,实现煤气安全、稳定、长距离输送的旋转机械。根据结构形式、压力等级和适用介质的不同,形成了多个系列化产品。常见的系列包括:

“C(M)”型系列多级煤气加压风机:采用多级叶轮串联结构,每级叶轮均能提升气体压力,最终实现较高的总压升。该系列风机适用于中高压、大流量的工况,结构相对复杂,轴向尺寸较长。 “D(M)” 型系列高速高压煤气加压风机:通常采用高转速设计,配合高效的叶轮型线,在单级或较少级数下即可获得很高的压头。适用于对压力和紧凑性要求极高的场合,但对转子动平衡、轴承及密封系统要求极高。 “AI(M)” 型系列单级悬臂煤气加压风机:叶轮悬臂安装于主轴一端,结构紧凑,轴向尺寸小,维护相对方便。适用于中低压、中等流量的工况,是应用非常广泛的机型。 “S(M)” 型系列单级高速双支撑煤气加压风机:同样为单级结构,但叶轮位于两个支撑轴承之间,转子稳定性更好,适用于更高转速或对振动要求更严格的场合。 “AII(M)” 型系列单级双支撑煤气加压风机:与S(M)系列类似,同为双支撑结构,可能在具体轴承形式、箱体结构或应用侧重上有所不同,共同点是转子刚性优于悬臂式。

型号中的“(M)”具有重要含义,它标志着该风机是针对煤气介质设计的。这里的“煤气”是一个广义概念,不仅指焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气等工业副产煤气,更延伸涵盖了各种混合煤气及具有特殊性质的工业气体。这些气体往往含有硫化氢、氰化氢、焦油、萘、粉尘等杂质,具有腐蚀性和磨损性。因此,(M)系列风机在材料选择、密封形式、结构设计上均进行了特殊优化,以应对恶劣工况。

核心型号深度解读:AI(M)300-1.1207/0.9676

以本文重点讨论的AI(M)300-1.1207/0.9676型号为例,对其编码规则进行详细拆解:

“AI(M)”:这是风机的系列代号。“A”通常代表离心通风机大类,“I”在此处表征其为“单级悬臂”结构。括号内的“M”明确指示此为适用于煤气及其他特殊气体的风机变种。 “300”:此数值代表风机的流量参数。根据行业惯例,通常指风机在额定工况下,进口处的气体体积流量,单位为立方米每分钟。因此,该风机的设计流量为300立方米每分钟。这是一个关键的性能参数,直接决定了风机的输送能力。 “-1.1207”:此部分定义了风机的出口压力。数值前的负号“-”在此类风机型号表述中,通常表示压力低于大气压,即“负压”或“真空”状态。但结合煤气加压机的功能(提升压力以输送),此处的“-”更可能是一种型号标识习惯,实际应理解为出口的绝对压力或表压值。数值“1.1207”指的是压力大小,单位是“公斤力每平方厘米”或“巴”,在工程上常近似等同于“标准大气压”。因此,“-1.1207”应解释为风机出口的设计绝对压力为1.1207个大气压(约113.6 kPa绝压)。若以表压力计,则为出口压力高于大气压0.1207个大气压(约12.2 kPa表压)。具体需参照风机性能曲线和设计文件。 “/0.9676”:斜杠后的数值表示风机的进口压力。此处的“0.9676”表示风机进口处的设计绝对压力为0.9676个大气压(约98.0 kPa绝压)。这通常意味着进口管路存在一定的真空度或进气压力低于标准大气压。型号中明确标注进口压力,对于准确计算风机的实际压缩比、功率消耗以及性能至关重要。

作为对比,另一型号鼓风机"AI(M)600-1.124/0.95"则表示:AI系列悬臂单级煤气风机,流量为600立方米每分钟,出口绝对压力为1.124个大气压,进口绝对压力为0.95个大气压。如果没有“/”及后续数字,则默认进口压力为1个标准大气压。

理解风机型号的完整含义,是正确选型、安装、运行和维护的第一步。AI(M)300-1.1207/0.9676这一型号清晰地定义了这是一台中等流量、能够在小压差下稳定运行的单级悬臂式煤气加压风机。

第二章 AI(M)系列风机核心配件详解

一台高效可靠的煤气风机,是其各个精密部件协同工作的结果。熟悉核心配件的功能、材料及特点,是进行维护和修理的基础。

1. 风机主轴
主轴是风机的“脊梁”,它传递电机的扭矩,驱动叶轮高速旋转。对于AI(M)系列悬臂风机,主轴一端承受叶轮及介质产生的径向力和轴向力,工况严峻。主轴必须具有极高的强度、刚性和疲劳韧性。通常采用优质合金钢(如40Cr、42CrMo)经锻造、粗加工、调质热处理、精加工、磨削等多道工序制成。其轴颈、键槽等关键部位的尺寸精度、形位公差和表面粗糙度要求极为严格,以确保与轴承、叶轮的精确配合。

2. 风机转子总成
转子总成是风机的“心脏”,是完成能量转换的核心部件。它主要由主轴、叶轮、平衡盘(如有)、联轴器等部件组成,并经过严格的动平衡校正。叶轮作为直接对气体做功的部件,其型式(如后向、前向、径向)、叶片数量、出口角度等决定了风机的压力-流量特性。对于输送含尘、具腐蚀性的煤气,叶轮材料常选用不锈钢(如2Cr13、304、316L)或在易磨损部位堆焊耐磨层(如碳化钨),以延长使用寿命。转子总成的动平衡等级直接关系到风机的振动和噪音水平,是保证长周期平稳运行的关键。

3. 风机轴承与轴瓦
轴承是转子的“支点”,承受径向和轴向载荷,保证转子精确旋转。在大型或重载的煤气风机中,滑动轴承(即轴瓦)的应用非常普遍,相较于滚动轴承,它具有承载能力大、耐冲击、运行平稳噪音小等优点。

轴瓦:通常由瓦壳和衬层组成。瓦壳为碳钢或铸钢,衬层为巴氏合金(又称白合金)。巴氏合金质地软、嵌入性好、顺应性强,能有效保护轴颈。轴瓦与轴颈之间需要维持一个合适的油膜厚度,其工作原理基于流体动压润滑理论,即依靠轴颈旋转将润滑油带入楔形间隙,形成压力油膜将轴颈托起,实现非接触式润滑。油膜的建立与轴的转速、润滑油粘度、轴承间隙及载荷有关,可用“轴承特性数”来表征润滑状态。轴瓦的间隙、刮瓦质量、油路畅通与否至关重要。

4. 气封与油封
密封系统是防止介质泄漏和外界杂质进入的“关卡”,对于安全性和环保性要求极高的煤气风机而言,尤为重要。

气封:主要用于风机壳体内腔与外部环境之间,以及各级之间(对于多级风机)的气体密封,防止高压气体向低压区或外部泄漏。在AI(M)这类煤气风机中,碳环密封是一种常见且高效的气封形式。它由多个碳环组合而成,依靠弹簧力使其与轴(或轴套)保持微小的径向间隙或轻微接触。碳材料具有自润滑、耐磨损、耐高温、化学稳定性好的特点,能有效密封有毒有害气体。 油封:主要用于轴承箱等润滑部位,防止润滑油泄漏和灰尘、水分侵入。常见的有骨架油封、迷宫密封等。其密封效果依赖于唇口与轴颈的紧密贴合或复杂的流道设计。

5. 轴承箱
轴承箱是容纳轴承(或轴瓦)、并提供润滑的密闭腔体。它不仅要保证轴承的精确对中和固定,还要设计合理的进油、回油通道和油槽,确保润滑油能充分、均匀地润滑轴承并带走摩擦热。轴承箱的刚性、密封性和散热性能直接影响轴承的工作寿命。

6. 碳环密封(专项说明)
如前所述,碳环密封在煤气风机中扮演着关键角色。其工作机理是:多个碳环串联安装在密封腔内,形成一个曲折的密封路径。气体通过狭窄的间隙时,节流效应使得压力逐级下降,从而实现密封。碳环与轴之间的摩擦系数极小,即使发生短暂接触也不会损伤轴颈。在选择和安装碳环密封时,必须确保其与轴的间隙符合设计要求,弹簧预紧力适当,且整个密封组件洁净无污染。

第三章 煤气风机常见故障与修理流程

风机在长期运行后,难免会出现性能下降或故障。及时、规范的修理是恢复设备性能、保障生产安全的重要手段。

常见故障模式:

振动超标:这是最常见的故障现象。原因可能包括:转子动平衡破坏(叶轮结垢、磨损、叶片断裂)、轴承/轴瓦磨损间隙过大、对中不良、地脚螺栓松动、基础刚性不足、油膜振荡(对于滑动轴承)等。 轴承温度过高:原因可能是润滑油油质劣化、油量不足、油路堵塞、冷却效果差、轴承装配过紧、轴向力过大(平衡盘或平衡孔失效)等。 性能下降:出口压力或流量不足。可能由于转速降低、进口过滤器堵塞、密封间隙过大导致内泄漏严重、叶轮腐蚀磨损、介质密度或成分变化等。 异常声响:如摩擦声、撞击声。可能来自内部件松动、动静部件摩擦、轴承损坏、喘振等。 气体泄漏:气封(如碳环)磨损老化、密封件损坏、壳体或管路开裂等导致。

系统性修理流程:

停机隔离与准备:切断电源,挂警示牌。彻底隔离煤气来源,进行可靠的氮气吹扫和置换,直至气体分析合格。准备齐全的工具、备件、技术图纸及安全防护用品。 解体与检查:按顺序拆卸进出口管路、联轴器护罩、对中测量、拆除轴承箱盖、吊出转子总成等。对每一个拆卸下的部件进行清洗和详细检查。 转子总成:送至动平衡机进行校验,根据不平衡量进行校正。检查叶轮焊缝、叶片有无裂纹、腐蚀坑和磨损量,必要时进行修复或更换。 主轴:检查轴颈有无拉毛、磨损、热变色,测量其圆度和圆柱度。 轴瓦:检查巴氏合金层有无剥落、裂纹、磨损、烧熔现象。测量瓦背过盈量及瓦口间隙。必要时进行刮研或更换。 密封:检查碳环密封的磨损量、碎裂情况,弹簧弹力是否失效。检查所有油封唇口是否老化开裂。 壳体:检查内壁有无腐蚀、冲刷痕迹,隔板有无裂纹。 修理与更换:根据检查结果,执行修复工作。如:转子动平衡校正、轴颈喷焊修复后磨削、更换新轴瓦并刮瓦、更换全部密封件、清理润滑油路等。所有修复工作必须遵循制造厂的精度标准和工艺要求。 回装与对中:按拆卸的逆顺序进行回装。确保各部件清洁,配合尺寸正确。特别注意转子在壳体内的轴向和径向位置。采用“双表法”或“三表法”进行精确的联轴器对中,确保径向和端面偏差在允许范围内。 试运行与验收:修理完成后,先进行点动确认旋转方向无误。然后进行空载试运行,监测振动、轴承温度、噪音等参数。空载运行正常后,逐步加载至额定工况,全面评估风机性能是否恢复,各项参数是否稳定在标准之内。

第四章 工业有毒有害气体输送风机的特殊考量

如前所述,(M)系列风机不仅用于常规煤气,其设计和材料选择使其能够应对更广泛的、具有强腐蚀性和毒性的工业气体。在输送这些特殊介质时,需有额外的针对性考量。

输送混合工业酸性有毒气体:此类气体可能含有SO₂、HCl、HF、HBr等多种酸性成分,且常伴有水蒸气。遇水后形成酸性溶液,腐蚀性极强。风机过流部件(叶轮、壳体、密封)必须选用耐酸不锈钢(如316L、2205双相钢)或更高级别的哈氏合金、钛材。密封系统需绝对可靠,防止有毒气体外泄。通常采用双端面机械密封或充气式迷宫密封等高级密封形式。 输送二氧化硫(SO₂)气体:干SO₂气体腐蚀性相对较弱,但一旦存在水分,将形成亚硫酸和硫酸,腐蚀碳钢和普通不锈钢。材料需选择316L及以上等级。需严格控制气体露点,确保风机内壁温度高于酸露点。 输送氮氧化物(NOₓ)气体:NOₓ气体本身具有强氧化性,且易与水反应生成硝酸。需选用耐硝酸腐蚀的材料,如304L、321不锈钢。同时,NOₓ气体可能在一定条件下发生分解,需考虑温升控制。 输送氯化氢(HCl)气体:无论是无水HCl还是湿HCl,都具有极强的腐蚀性。无水HCl可使用蒙乃尔合金,湿HCl则需采用耐盐酸镍基合金(如哈氏合金B/C系列)或非金属材料(如陶瓷涂层、聚四氟乙烯衬里)。密封要求极高。 输送氟化氢(HF)气体:HF是腐蚀性最强的介质之一,能腐蚀玻璃和大多数金属。蒙乃尔合金是其常用的耐蚀材料。密封系统必须万无一失,所有垫片、密封件均需耐HF腐蚀。 输送溴化氢(HBr)气体:性质与HCl类似,腐蚀性强。通常需要采用哈氏合金、蒙乃尔合金或银衬里等特殊材料。

通用设计原则:

材料选择:根据介质成分、浓度、温度、含水量(露点)精确选择耐腐蚀材料。这是保证设备寿命的根本。 密封强化:针对有毒气体,采用多重密封、高级密封形式,并设置泄漏检测和引漏接口,将风险降至最低。 结构设计:避免死区和缝隙,防止腐蚀产物积聚或结垢。流道设计应平滑,减少涡流和冲刷。 表面处理:对过流部件进行抛光、喷涂耐蚀涂层等处理,提高表面质量,延缓腐蚀起始。 维护策略:制定更频繁的检查和预防性维护计划,重点监测壁厚减薄、密封性能和振动变化。

结论

煤气加压风机,特别是AI(M)300-1.1207/0.9676这类专为苛刻介质设计的机型,是现代工业中不可或缺的动力设备。深入理解其型号编码规则,掌握其核心配件如主轴、转子、轴瓦、碳环密封等的结构与功能,并建立起一套系统性的故障诊断与修理流程,是保障其安全、稳定、长周期运行的技术基石。而当其应用扩展到输送SO₂、HCl、HF等极具腐蚀性和毒性的工业气体时,必须在材料、密封和结构设计上采取超越常规的特殊措施。作为风机技术人员,不断深化对这些专业知识的学习与实践,方能从容应对各种复杂工况,为企业的安全生产和环保达标保驾护航。

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