提升離心風(fēng)機(jī)系統(tǒng)效率的與葉片選型
關(guān)鍵詞：提升離心風(fēng)機(jī)系統(tǒng)效率的與葉片選型 發(fā)布時(shí)間：2013-12-11 點(diǎn)擊數(shù)：4011
1 引 言
離心風(fēng)機(jī)在重工業(yè)企業(yè)運(yùn)用比較廣泛，如冶金、化工 等企業(yè)，單耗電量就占我國年總耗電量的 10%左右，提高 風(fēng)機(jī)效率對(duì)節(jié)約能源具有十分重要的意義。隨著科學(xué)技 術(shù)的發(fā)展，我國在風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)方面已經(jīng)有了很大進(jìn)步，特別 是在效率、可靠性、噪音的降低等方面都有了很大的提 高，國產(chǎn)風(fēng)機(jī)效率已接近 90%。但是在生產(chǎn)系統(tǒng)中的實(shí)際 運(yùn)行效率只有 40%左右，甚至更低，比發(fā)達(dá)國家低 10%- 30%，而且風(fēng)機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性差，檢修頻繁。
2 風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況分析
濟(jì)鋼擁有離心風(fēng)機(jī) 百余臺(tái)，分布在不同的生 產(chǎn)環(huán)節(jié)，以轉(zhuǎn)爐煤氣加壓 設(shè) 備 AI180 -1.345/1.245 風(fēng)機(jī)為例， 6 臺(tái)風(fēng)機(jī)平均 實(shí)際效率在 50%左右，與 設(shè)計(jì)效率差距較大。通過 設(shè)備檢修時(shí)對(duì)葉片積灰 詳細(xì)觀察和分析，可以確認(rèn)葉輪風(fēng)道積灰是效率低的主 要原因，如圖 1 所示。由風(fēng)道積灰情況可以看出，葉片積 灰由壓力面向吸力面延伸和由入口向出口延伸，導(dǎo)致風(fēng) 道逐步變窄，容積效率大幅下降，有用功占比降低，軸功 率降低，致使系統(tǒng)運(yùn)行效率下降。同時(shí)，因風(fēng)道積灰煤氣供量不足、葉輪積灰脫落導(dǎo) 致葉輪不平衡等，迫使風(fēng)機(jī)頻繁檢修，設(shè)備檢修周期不 到設(shè)備零部件使用壽命 50%，不僅造成備件材料的大量 浪費(fèi)，檢修成本高居不下，而且設(shè)備運(yùn)行可靠性也大幅 降低。
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3 葉輪風(fēng)道積灰原因
（1）轉(zhuǎn)爐煤氣含塵量高。我廠 AI180 風(fēng)機(jī)輸送的是轉(zhuǎn) 爐煤氣，其中雜有粉塵、水汽及其他腐蝕性氣體，腐蝕性 氣體直接導(dǎo)致葉輪表面光潔度降低，同時(shí)除塵過程中產(chǎn) 生的水汽為粉塵增加了粘度，此時(shí)通過風(fēng)道的粉塵擁有 的能量無法克服其與導(dǎo)流板間的粘附力，從而導(dǎo)致粉塵 的逐步累積。 （2）葉片設(shè)計(jì)選型不合理。根據(jù)運(yùn)行環(huán)境選擇不同的 葉型，對(duì)提高效率和降低系統(tǒng)維護(hù)成本十分重要，不能單 純考慮理論效率而忽視實(shí)際效率及其帶來的一系列不良 影響。
4 葉型對(duì)風(fēng)機(jī)理論效率的影響
4.1 風(fēng)機(jī)葉片型式 目前離心風(fēng)機(jī)型式主要有三種，即：后彎式、徑向式 和前彎式，主要是依據(jù)出口安裝角 β2α 來確定。 4.2 安裝角與葉輪進(jìn)出口速度 圖 2 為葉輪內(nèi)介質(zhì)在出入口時(shí)速度分解圖，在葉輪 幾何尺寸、轉(zhuǎn)速 n 及煤氣靜態(tài)流速 v0 不變的情況下， u1、u2 為恒量。
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由速度矢量圖解法可知：進(jìn)出口絕對(duì)速度 v1、 v2 隨著葉片進(jìn)出口安裝角 β1、 β2 增大而增加。
u-圓周速度，沿 葉輪圓周切線方向， u=r·ω； w-介質(zhì)相對(duì) 葉片流出速度，稱相 對(duì)速度，基本沿葉片 型線方向； v-介質(zhì)相 對(duì)機(jī)殼流出速度，為 絕對(duì)速度，v 軆=u 軋+w 軑； α-絕對(duì)速度 v 與圓周速度 u 正向的夾角，稱絕對(duì)流動(dòng)角； β-葉片切線與圓周速度反向的夾角，稱安裝角。 4.3 進(jìn)出口速度與動(dòng)風(fēng)壓 通過葉輪旋轉(zhuǎn)，介質(zhì)獲得能量，增加的能量可以用流 體力學(xué)中的動(dòng)量矩定律求得，所得方程即為能量方程： pT=ρ（u2v2μ∞-u1v1μ∞） （1） 其中， pT-理想介質(zhì)下所產(chǎn)生的總風(fēng)壓； ρ-介質(zhì)密度； ∞-表 示葉片無窮多；1-表示進(jìn)口；2-表示出口。 由能量方程和圖解介質(zhì)速度三角形的余弦定理： w2 1=u2 1+v2 1-2u1v1cosα1 （2） w2 2=u2 2+v2 2-2u2v2cosα2 （3） 推導(dǎo)出風(fēng)壓的另一個(gè)表達(dá)式： p= ρ 2 ［（v2 2-v2 1） + （u2 2-u2 1） + （w2 1－w2 2）］ （4） 式（4）中，ρ 2 （v2 2 -v2 1）為介質(zhì)通 過葉輪后所增加的動(dòng)風(fēng)壓 pd；
ρ 2
（u2 2-u2 1）和 ρ 2
（w2 1－w2 2）為介質(zhì).jpg)
通過葉輪后所增加靜風(fēng)壓 pj。 由此得出：動(dòng)風(fēng)壓 pd 的大小與進(jìn)出口速度有關(guān)，也就 與進(jìn)出口安裝角 β1、β2 有關(guān)。 以上表明：通過兩種方法可以調(diào)整動(dòng)風(fēng)壓的大小：一 是增大出口安裝角 β2；二是減小進(jìn)口安裝角 β1。 4.4 動(dòng)風(fēng)壓的作用 動(dòng)風(fēng)壓的作用可以分解為兩方面，一是增加系統(tǒng)能 量損失，二是提高介質(zhì)動(dòng)能。機(jī)械能轉(zhuǎn)換為壓力能的過程 中，動(dòng)風(fēng)壓產(chǎn)生的能量損失最大，介質(zhì)在風(fēng)道內(nèi)流動(dòng)的過 程中與葉片產(chǎn)生摩擦損失，速度越大損失越大。介質(zhì)由入口到出口，最終進(jìn)入蝸殼的過程中，動(dòng)、靜風(fēng)壓轉(zhuǎn)換產(chǎn)生 擴(kuò)散損失。 從理論上分析：動(dòng)風(fēng)壓大小是恒量風(fēng)機(jī)效率高低主 要依據(jù)，也就是說：出（進(jìn)）口安裝角 β2（β1）越大（�。�，出 （進(jìn)）口速度 v2（v1）越大（�。�，風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)風(fēng)壓 pd 越大， 流動(dòng)損失也就增大，風(fēng)機(jī)效率也隨之降低。
5 動(dòng)風(fēng)壓的除灰效應(yīng)
通過提高介質(zhì)動(dòng)風(fēng)壓 pd，介質(zhì)在能量轉(zhuǎn)換過程中損 失增加，風(fēng)機(jī)的理論效率降低。但是動(dòng)風(fēng)壓的增加可以 使煤氣介質(zhì)所獲得的動(dòng)能增加，煤氣中含有的粉塵及水 汽的動(dòng)能也相應(yīng)增加。我們知道煤氣中粉塵要在風(fēng)機(jī)葉 片上滯留或堆積，必須克服其自身所具有的動(dòng)能。也就 是說，可以通過粉塵的動(dòng)能來克服粉塵與葉片之間的粘 附力，迫使經(jīng)過風(fēng)道的全部或大部分粉塵都不能粘附在 葉片上，以此達(dá)到除塵效果，保證風(fēng)道的通暢和設(shè)備穩(wěn) 定運(yùn)行。
6 不同生產(chǎn)環(huán)境中的葉型選擇及優(yōu)化
風(fēng)機(jī)葉型選擇要依據(jù)煤氣除塵系統(tǒng)的除塵效果。 目前高爐煤氣的除塵系統(tǒng)，煤氣經(jīng)過重力除塵后又進(jìn) 行干法除塵，含塵量大幅降低，然后又通過靜電除塵后 才進(jìn)入風(fēng)機(jī)，這樣含塵量已經(jīng)降至 10mg/Nm3 以下；焦 爐煤氣主要是焦油，粘附性強(qiáng)，但是累積效應(yīng)差，所以 對(duì)風(fēng)道的占用量低，對(duì)葉輪動(dòng)平衡影響很�。晦D(zhuǎn)爐煤氣 除塵工藝發(fā)展較慢，先進(jìn)的干法除塵系統(tǒng)可以將粉塵控 制在 10 mg/Nm3 左右，但是投資成本高昂，國內(nèi)多數(shù)企 業(yè)都采用濕法除塵，除塵系統(tǒng)差，一次除塵后含塵量在 100mg/Nm3 以上，經(jīng)過二次除塵后含塵量也在 50mg/Nm3 以上。 煤氣的含塵量的多少?zèng)Q定著葉片選型。盡管葉型劃 分只有三類，但是每類又可以通過調(diào)整進(jìn)出口安裝角進(jìn) 一步劃分，這就要根據(jù)煤氣實(shí)際含塵量進(jìn)行調(diào)整，以實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)效率最大化。未經(jīng)過改造的轉(zhuǎn)爐煤氣凈化系統(tǒng)，可以 通過改造風(fēng)機(jī)葉型來提高風(fēng)機(jī)動(dòng)風(fēng)壓的辦法，減少風(fēng)道 積灰，提高了風(fēng)道平均有效容積率 η。
7 結(jié)束語
基于具體運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行葉型選擇及優(yōu)化，可以實(shí)現(xiàn) 設(shè)備實(shí)際效益最大化，不僅可以提高設(shè)備系統(tǒng)效率，還可 以降低設(shè)備檢修頻次，節(jié)約檢修成本，運(yùn)行期內(nèi)設(shè)備的穩(wěn) 定性也得到提升。我廠按照實(shí)際運(yùn)行環(huán)境投產(chǎn)的部分離心風(fēng)機(jī)，系統(tǒng)效率明顯高于其他風(fēng)機(jī)，設(shè)備運(yùn)行周期提高了一 倍多，設(shè)備運(yùn)行十分穩(wěn)定。
常州市（無錫）文順風(fēng)機(jī)有限公司產(chǎn)品齊全，主要產(chǎn)品有：高、中、低離心風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)；各種軸流風(fēng)機(jī)；水泥立窯專用高壓離心風(fēng)機(jī)；化鐵爐高壓離心風(fēng)機(jī)；化鐵企業(yè)替代進(jìn)口的不銹鋼風(fēng)機(jī)；空調(diào)專用風(fēng)機(jī)；各種除塵、耐磨、防腐、非標(biāo)等特種風(fēng)機(jī)近三十個(gè)系列，三百多種規(guī)格的產(chǎn)品。公司各類通用、專業(yè)設(shè)備齊全，工藝先進(jìn)，技術(shù)力量雄厚，性能測(cè)試運(yùn)用微機(jī)電腦處理。
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