硫酸离心鼓风机基础知识与应用解析:以AII1150-1.26/0.91型为例

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：硫酸风机、AII1150-1.26/0.91、风机配件、风机修理、工业气体输送、二氧化硫、轴瓦、碳环密封

一、硫酸离心鼓风机概述

硫酸离心鼓风机是硫酸生产系统和化工工艺流程中的核心设备，专门用于输送含有二氧化硫等腐蚀性、有毒性的工业气体。这类风机不同于普通通风设备，需要具备极强的耐腐蚀性能、可靠的气密结构和稳定的运行特性。在硫酸制造的焙烧、转化和吸收工段中，风机承担着提供气体流动动力、维持系统压力平衡的关键作用。

硫酸风机根据气体特性进行特殊设计，接触介质的部件采用耐酸不锈钢、高镍合金或特殊复合材料制造，确保在酸性环境下的长期稳定运行。风机的密封系统尤为关键，必须完全防止有毒气体外泄，保护生产环境和人员安全。同时，风机内部结构需要抵抗酸性气体可能形成的酸雾、酸液侵蚀，这对材料选择和结构设计提出了极高要求。

现代硫酸风机已经发展出多种结构形式，包括悬臂式、双支撑式、多级式等，满足不同压力、流量工况的需求。风机设计需综合考虑气体成分、浓度、温度、压力及含尘量等因素，确保在恶劣工况下的长期可靠运行。

二、硫酸风机系列分类与技术特点

1. C(SO₂)型系列多级硫酸加压风机

C(SO₂)型系列多级硫酸加压风机采用多级叶轮串联结构，能够提供较高的压比，适用于需要大幅提升气体压力的工况。该系列风机通常包含2-8个叶轮，每个叶轮级间设有导叶和扩压器，使气体逐级增压，最终达到所需的出口压力。多级设计使得单级负荷降低，提高了风机整体效率和稳定性。

C(SO₂)型风机的壳体通常采用水平剖分式结构，便于内部组件的检修和维护。叶轮多采用后弯叶片设计，效率高且工作点稳定，避免了前弯叶片容易导致的喘振问题。轴封系统采用多重密封组合，包括碳环密封、迷宫密封和气体密封等，确保无泄漏运行。

2. D(SO₂)型系列高速高压硫酸加压风机

D(SO₂)型系列属于高速高压硫酸加压风机，采用齿轮箱增速设计，转速可达每分钟数千至上万转，能够在小流量工况下实现高压力输出。该系列风机结构紧凑，占地面积小，特别适合空间有限的改造项目或紧凑型布置需求。

高速风机对转子动力学设计有极高要求，需要精确计算临界转速，确保工作转速避开共振区域。轴承系统多采用可倾瓦轴承，提供良好的阻尼特性，抑制油膜振荡。润滑系统采用强制供油方式，确保高速轴承得到充分冷却和润滑。

3. AI(SO₂)型系列单级悬臂硫酸加压风机

AI(SO₂)型系列为单级悬臂结构硫酸加压风机，叶轮安装在轴的一端，另一端由轴承箱支撑。这种结构简单紧凑，检修方便，只需打开机壳即可对叶轮和密封进行检查维护，无需拆卸联轴器和轴承箱。

悬臂结构对轴的刚性要求较高，需要精确计算轴的挠度，确保叶轮与密封环之间的间隙在允许范围内。AI系列风机适用于中等压力和流量工况，在硫酸装置的干燥塔和吸收塔循环风机中应用广泛。

4. S(SO₂)型系列单级高速双支撑硫酸加压风机

S(SO₂)型系列是单级高速双支撑硫酸加压风机，叶轮安装在两轴承之间，转子稳定性好，适用于高转速工况。双支撑结构使轴承受力均匀，转子临界转速较高，能够适应更宽的转速范围。

该系列风机通常与增速齿轮箱直联，达到较高的工作转速，从而在单级叶轮上实现较高的压力升。S型风机效率高，工况调节范围宽，在大型硫酸装置中常用于主鼓风机或主引风机位置。

5. AII(SO₂)型系列单级双支撑硫酸加压风机

AII(SO₂)型系列单级双支撑硫酸加压风机结合了双支撑结构的稳定性和单级风机的简洁性，是硫酸系统中应用最广泛的机型之一。叶轮置于两轴承之间，转子动力学特性优良，运行平稳可靠。

AII系列风机壳体通常为轴向进气、径向出气的蜗壳式结构，气体流动顺畅，冲击损失小。叶轮采用三元流设计，效率高，耐磨耐腐蚀性能好。该系列风机适用于中大流量、中高压力工况，是硫酸系统主工艺流程中的首选机型。

三、AII1150-1.26/0.91型硫酸风机详细解析

1. 型号含义与技术参数

AII1150-1.26/0.91型硫酸风机型号解析："AII"表示AII系列单级双支撑结构硫酸风机，"1150"表示风机设计流量为每分钟1150立方米，"-1.26"表示风机出口压力为-1.26个大气压（表压），"/0.955"表示进口压力为0.955个大气压（绝对压力）。这种压力参数表明该风机处于系统负压段工作，承担气体抽取功能。

该风机的主要技术参数包括：工作介质为含二氧化硫的工艺气体，介质温度通常在40-80℃之间，气体密度依据成分和温度在1.2-1.5千克每立方米范围内变化。风机额定转速根据具体设计通常在每分钟1500-3000转之间，配套电机功率依据气动功率和机械效率计算确定。

2. 结构特点与工作原理

AII1150-1.26/0.91型风机采用单级双支撑结构，主要包括进气壳体、叶轮、主轴、轴承箱、密封系统和排气蜗壳等部件。工作时，驱动电机通过联轴器带动主轴旋转，叶轮随之高速转动，气体从轴向进入叶轮，在离心力作用下被加速并甩向叶轮外周，进入蜗壳后动能转换为压力能，最终从径向出口排出。

该风机的气动设计基于欧拉涡轮机械方程，描述叶轮对气体做功与气体状态参数变化的关系。风机产生的压头与叶轮圆周速度的平方成正比，与气体密度成正比。流量与叶轮出口宽度、出口直径和转速相关。性能曲线反映了风机在恒定转速下压力、效率与流量的关系，实际工作点由风机性能曲线与管网阻力曲线的交点确定。

3. 应用场景与性能特点

AII1150-1.26/0.91型硫酸风机主要应用于硫酸生产系统的焚硫工序或焙烧工序后，负责抽取含二氧化硫的工艺气体，并克服后续设备和管道的阻力。在这一工况下，风机需要处理含有微量酸雾和粉尘的热气体，同时保持稳定的抽气量和出口压力。

该风机的性能特点包括：运行平稳，振动小，噪音低；效率高，能耗较低；密封可靠，无外泄漏；耐腐蚀性能好，使用寿命长。由于采用双支撑结构，转子临界转速高于工作转速，避免了共振问题，确保了长期安全运行。

四、硫酸风机核心配件详解

1. 风机主轴

风机主轴是转子的核心部件，承担传递扭矩、支撑旋转部件的功能。AII1150-1.26/0.91型风机主轴采用高强度合金钢制造，经过调质处理获得良好的综合机械性能。轴上有多个轴肩和键槽，用于固定叶轮、轴套和轴承等部件。

主轴设计需满足强度、刚度和临界转速要求。强度计算包括扭矩传递能力和弯矩承载能力校核；刚度计算确保轴的最大挠度在允许范围内，避免与静止部件发生摩擦；临界转速计算保证工作转速远离各阶临界转速，通常要求一阶临界转速高于工作转速的25%以上。

2. 风机轴承与轴瓦

AII1150-1.26/0.91型风机采用滑动轴承，具体为轴瓦结构。轴瓦由钢背和轴承合金层组成，轴承合金通常为巴氏合金，具有良好的嵌入性和顺应性，能够容忍少量异物且不易发生胶合失效。

轴瓦设计包括长径比确定、比压计算、间隙选择等。比压值需在允许范围内，过高会导致油膜破裂，过低则易引起油膜振荡。轴承间隙根据轴径、转速和润滑油粘度确定，直接影响轴承温升和稳定性。润滑系统提供压力油，在轴颈与轴瓦间形成油膜，实现液体摩擦。

3. 风机转子总成

风机转子总成包括主轴、叶轮、轴套、平衡盘等旋转部件。叶轮是转子的核心气动部件，AII1150-1.26/0.91型风机叶轮采用耐酸不锈钢焊接结构或整体铸造，叶片型线经过空气动力学优化，效率高且工作点稳定。

转子组装后需要进行动平衡校正，确保残余不平衡量在标准允许范围内。平衡精度等级通常要求G2.5或更高，对应不同转速下的许用偏心距。平衡过程包括单面平衡和双面平衡，消除静态和动态不平衡量，保证风机平稳运行。

4. 气封与油封系统

气封系统用于防止气体沿轴泄漏，AII1150-1.26/0.91型风机采用迷宫密封和碳环密封组合结构。迷宫密封由一系列环形齿片组成，气体经过多次节流和膨胀实现密封；碳环密封由多个碳环组成，依靠弹簧力与轴保持接触，具有良好的自润滑性和密封效果。

油封用于防止轴承润滑油外泄，通常采用唇形密封圈或机械密封。唇形密封结构简单，成本低，适用于中低速工况；机械密封效果好，寿命长，但结构复杂，成本较高。密封系统选择需综合考虑介质特性、压力差和转速等因素。

5. 轴承箱与碳环密封

轴承箱是支撑转子并容纳轴承的部件，为铸铁或铸钢结构，具有足够的刚性和强度。轴承箱内部设有油槽和油路，确保润滑油顺利到达轴承表面。箱体上有测温孔、观察窗等附件，便于监测轴承运行状态。

碳环密封是硫酸风机常用的轴封形式，由多个分割的碳环组成，安装在密封腔内。碳环在弹簧作用下与轴保持轻微接触，运行时依靠气膜实现非接触式密封，既保证密封效果，又减少轴磨损。碳环密封对轴跳动和偏心敏感，要求轴在密封处有较高的表面硬度和光洁度。

五、硫酸风机维修与维护要点

1. 常见故障分析与处理

硫酸风机常见故障包括振动超标、轴承温度高、气量不足、密封泄漏等。振动超标可能原因包括转子不平衡、对中不良、轴承损坏、基础松动等。处理措施包括重新平衡转子、调整对中情况、更换轴承、紧固地脚螺栓等。

轴承温度高可能原因包括润滑油不足或变质、轴承间隙不当、冷却系统故障等。应对措施包括检查油位和油质、调整轴承间隙、清理冷却器等。气量不足可能由于转速降低、叶轮磨损、密封间隙过大等引起，需相应检查驱动系统、叶轮状态和内部间隙。

2. 定期检修内容与标准

硫酸风机应按照预定周期进行定期检修，检修内容主要包括：解体检查各部件磨损情况，测量叶轮与密封环间隙，检查主轴直线度和表面状态，评估轴承和轴瓦磨损情况，检查壳体腐蚀状况等。

检修标准参照相关行业标准和制造厂规范，主要间隙要求包括：叶轮与密封环径向间隙一般为轴径的千分之二到千分之三，叶轮与壳体轴向间隙通常为2-4毫米，轴承顶隙为轴径的千分之一点五到千分之二。所有间隙测量值需与原始装配记录比较，判断磨损程度，确定是否需要更换部件。

3. 关键部件修复工艺

叶轮修复：当叶轮出现均匀磨损时，可采用堆焊修复，选择与母材匹配的焊条，控制焊接热输入，避免变形。修复后需进行应力消除处理和动平衡校正。对于局部严重磨损，可采用补焊或贴片修复。

主轴修复：轴颈磨损可采用镀铬、热喷涂或堆焊方法修复，修复后需精加工至原尺寸和表面粗糙度。键槽磨损可加大键槽尺寸或重新开槽，但需校核强度影响。轴弯曲可采用机械校正或热点校直，校正后需检查直线度和表面状态。

壳体修复：壳体腐蚀可采用补焊修复，大面积腐蚀可贴衬耐酸板。密封面损伤需铣平或车削修复，确保平面度和平整度。所有修复工作完成后需进行压力试验，验证壳体完整性。

六、工业气体输送风机的特殊要求

1. 不同气体介质的特性与应对措施

输送二氧化硫(SO₂)气体时，风机需重点考虑湿SO₂的强腐蚀性，接触介质部件需采用高级不锈钢或耐酸合金。密封系统必须绝对可靠，防止有毒气体外泄。气体冷却时可能形成硫酸，需控制壳体温度在露点以上或采用特殊排水结构。

输送氮氧化物(NOₓ)气体时，需注意NO₂的强氧化性和硝酸形成可能，材料选择需兼顾耐腐蚀性和抗氧化性。气体温度控制很重要，高温会加速材料腐蚀，低温可能导致硝酸凝结。

输送氯化氢(HCl)气体时，无论是干燥还是潮湿状态都具有强腐蚀性，特别是在有水分存在时形成盐酸。风机材料需选用高镍合金或哈氏合金，密封系统需特别加强，防止剧毒气体泄漏。

输送氟化氢(HF)气体是最苛刻的工况之一，HF能腐蚀大多数金属材料，仅少数高镍合金和特殊复合材料能够抵抗。风机设计需避免任何死角，防止HF积聚，所有接缝和密封必须绝对可靠。

2. 材料选择与防腐设计

工业气体输送风机的材料选择基于气体成分、浓度、温度和压力等因素。常用耐腐蚀材料包括304L、316L不锈钢，适用于一般酸性气体；904L、2205双相钢适用于含氯离子介质；哈氏合金C-276、Inconel625等高级合金适用于苛刻腐蚀环境。

防腐设计包括结构设计和表面处理。结构设计避免缝隙和死角，防止腐蚀介质积聚；流道设计平滑过渡，减少涡流和冲蚀；表面处理采用喷涂、衬里或镀层等方法，提高基材耐腐蚀性。对于特别苛刻的工况，可采用整体复合材料或陶瓷涂层技术。

3. 安全与监控系统

工业气体输送风机必须配备完善的安全与监控系统，包括振动监测、温度监测、压力监测和气体泄漏检测等。振动监测采用加速度传感器，实时监测轴承座振动值；温度监测包括轴承温度和气体温度；压力监测包括进出口压力和润滑油压力；气体泄漏检测在风机周围布置有毒气体探测器。

安全系统包括联锁保护和紧急停车装置。当监测参数超过安全限值时，系统发出报警或触发联锁动作，必要时执行紧急停车。控制系统还需具备数据记录和故障诊断功能，为预防性维护提供依据。

七、硫酸风机运行优化与节能措施

1. 运行参数优化

硫酸风机运行优化首先在于工作点选择，应使风机在高效区运行，避免喘振和阻塞工况。对于变工况需求，可采用调速控制代替节流控制，大幅降低能耗。调速方式包括变频调速、液力耦合器调速和汽轮机驱动等。

系统阻力优化也能显著降低风机能耗，包括合理布置管道、减少弯头和阀门、采用低阻力过滤器等。定期清理流道结垢和沉积物，维持风机原始性能。对于并联运行的多台风机，需合理分配负荷，使各风机均在高效区工作。

2. 状态监测与预测性维护

建立完善的状态监测系统是实现风机长周期安全运行的关键。在线监测包括振动、温度、压力等参数，离线监测包括油液分析、红外热成像等。通过趋势分析和故障预警，及时发现潜在问题，避免突发故障。

预测性维护基于设备状态评估，科学安排检修时间和内容，避免过度维修或维修不足。建立风机生命周期档案，记录所有运行数据和检修历史，为优化维护策略提供依据。采用专家系统或人工智能技术，实现故障智能诊断和维护决策支持。

3. 节能技术与改造

硫酸风机节能改造包括气动性能改进、传动系统优化和控制系统升级。气动性能改进措施包括采用高效叶轮、优化蜗壳型线、减小内部间隙等；传动系统优化包括采用高效齿轮箱、直联驱动等方式；控制系统升级包括应用先进控制算法，实现精确负荷跟踪。

余热回收也是重要的节能途径，对于出口气体温度较高的风机，可安装换热器回收热能，用于工艺预热或发电。能源管理系统整合所有能耗数据，识别节能潜力，持续改进运行效率。

结语

硫酸离心鼓风机作为硫酸生产和化工流程中的关键设备，其设计、制造、运行和维护都具有特殊要求。AII1150-1.26/0.91型风机作为AII系列的代表，体现了双支撑结构的稳定性和可靠性。通过深入了解风机结构、配件功能和维修要点，结合实际工况优化运行参数，实施状态监测和预测性维护，可以显著提高风机运行效率和可靠性，延长使用寿命，同时确保安全生产和环境保护。

随着材料科学、制造技术和智能监控的发展，硫酸风机正朝着高效化、大型化和智能化方向迈进。未来风机将具有更高效率、更强耐腐蚀性和更智能的监控系统，为硫酸工业和化工生产提供更可靠的装备保障。