化铁炉（冲天炉）鼓风机HTD70-31技术解析

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：离心风机、HTD70-31、化铁炉鼓风机、风机性能、风机配件、风机修理

引言

在铸造行业的化铁炉（冲天炉）熔炼工艺中，鼓风机是提供充足、稳定空气供给的核心设备，其性能直接关系到铁水的质量和熔炼效率。离心式鼓风机凭借其输出风压高、气流稳定、运行可靠的特点，成为此工艺的首选。HTD系列风机是专为化铁炉工况设计的离心鼓风机，其中HTD70-31是一款性能卓越的代表型号。本文将系统介绍离心风机的基础知识，并重点围绕HTD70-31型号，深入解析其性能参数、配件构成及常见故障的修理维护要点，旨在为风机技术人员提供实用的参考和指导。

一、 离心风机基础知识

离心风机，又称径流风机，其工作原理是基于惯性离心力和动能转化为压力能。

1. 基本结构与工作原理

离心风机的主要结构部件包括：叶轮、机壳、进风口、主轴、轴承箱、传动组及密封组件等。

其工作过程可分为三个连续阶段：

吸气与加速阶段：电机通过主轴驱动叶轮高速旋转，叶轮叶片间的空气在离心力作用下，从叶轮中心（进风口）被甩向叶轮外缘。在此过程中，气体的流速急剧增加，其动能获得大幅提升。 能量转化阶段：高速气流离开叶轮后，进入蜗壳形的机壳流道。蜗壳的横截面积逐渐扩大，根据流体连续性方程（流量等于流速乘以横截面积），气流速度逐渐降低。根据伯努利原理（流体中，流速降低时，其静压力升高），这部分减小的动能便有效地转化为气体的静压能。 排气阶段：经过能量转换后，具有较高静压的气体最终从机壳出口排出，通过管道输送至化铁炉炉底。

简而言之，离心风机的工作过程就是一个“吸气—加速—增压—排气”的连续能量转换过程。

2. 核心性能参数

评价一台离心风机的性能，主要依据以下几个关键参数：

风量（Q）：单位时间内风机输送气体的体积，常用单位为立方米/分钟(m³/min)或立方米/小时(m³/h)。它是衡量风机输送能力的主要指标。 风压（P）：风机进出口气体全压之差，通俗讲就是气体克服管道阻力所需的能力。常用单位为帕（Pa）或毫米水柱（mmH₂O），1 mmH₂O ≈ 9.8 Pa。风压是衡量风机“力气”大小的指标。 轴功率（N）：风机单位时间内消耗的功，即电机传递给风机轴的功率，单位一般为千瓦（kW）。它不包括电机本身的损耗和传动损失。 效率（η）：风机的有效功率（即空气实际获得的功率）与轴功率之比。效率越高，说明风机能量转换过程中的损失越小，经济性越好。其计算公式为：效率等于（风压乘以风量）除以（轴功率乘以常数K）。 转速（n）：风机叶轮每分钟旋转的圈数，单位是转/分钟（r/min）。风机的风量、风压和功率都与转速存在特定的比例关系（即风机定律）。

3. 风机定律简述

风机的风量、风压、功率与转速之间存在以下近似关系，这对理解和调整风机性能至关重要：

风量与转速成正比。 风压与转速的二次方成正比。 轴功率与转速的三次方成正比。

这意味着，小幅提高转速会带来风压和功率的大幅增加，因此在通过调速（如变频控制）来调节风量时，必须密切关注电机功率是否超载。

二、 HTD70-31风机性能深度解析

HTD系列风机是专为化铁炉送风设计的高压离心鼓风机。其型号命名规则借鉴HTD50-13，含义明确：

“HTD”：代表“化铁炉风机”。 “70”：代表风机在额定工况下的流量为70标准立方米/分钟。这是选型的核心参数，直接对应化铁炉的熔化率。 “-3”：代表该风机采用三个叶轮串联的结构。多叶轮串联是获得超高风压的有效技术手段，每个叶轮逐级增压，最终在出口处达到所需的总压力。 “1”：代表这是该流量和压力等级下的第一次设计。

1.性能参数与化铁炉匹配分析

参考提供的技术参数：

化铁量：4吨/小时。这表明HTD70-31风机是为匹配每小时熔化4吨铁料的中型冲天炉而设计的。风机的风量必须满足此熔化率下焦炭充分燃烧所需的氧气量。 风量：70标立方米/分钟。这是设计的核心。风量不足会导致炉内燃烧不充分，铁水温度低，熔化效率低下；风量过大则可能吹冷炉膛，增加铁水氧化和焦炭消耗。70m³/min的额定风量正是4t/h熔化率经过理论计算和实践验证的最佳值。 风压：2800毫米水柱（约27440 Pa）。这是一个非常高的压力值。风压主要用于克服以下几个部分的阻力：
送风管道及弯头的沿程阻力和局部阻力。 送风调节阀门的阻力。 炉篦及底层焦炭、铁料的阻力。 整个料柱的阻力。
2800mmH₂O的风压确保了即使在炉况变化、阻力增加时，仍能将足量的空气强制鼓入炉膛深处。
轴功率：43千瓦。这是在输送额定风量、克服额定风压时，风机轴所需的功率。它反映了风机本体的功耗水平。 主轴转速：2950转/分钟。这是典型的两极电机的同步转速，表明风机采用直接驱动或高速齿轮传动，以满足高风压对叶轮线速度的高要求。 电机配置：型号Y225M-2，功率45kW，电压380V。电机的额定功率（45kW）略大于风机的轴功率（43kW），这预留了必要的安全余量，防止在工况波动或电网电压略低时电机过载运行，保证了运行的可靠性。

2.性能曲线与工作点

每台风机都有其独特的性能曲线，即风压-风量（P-Q）曲线、功率-风量（N-Q）曲线和效率-风量（η-Q）曲线。HTD70-31的性能曲线通常呈以下特点：

P-Q曲线：是一条从左上向右下倾斜的曲线。风量为零时（阀门全闭），风压最高（关闭压力）；随着风阀开启，风量增大，风压逐渐下降。 N-Q曲线：是一条上升的曲线。离心风机的轴功率在风量为零时最小，随着风量增大而增加。因此，离心风机严禁在进、出风口阀门完全关闭的情况下长时间启动，否则会因电流过大而烧毁电机。必须空载启动（即打开阀门启动）。 η-Q曲线：是一条拱形曲线，存在一个最高效率点。

风机在管网中的实际工作风量和风压，由风机自身的P-Q曲线与管网的阻力特性曲线的交点决定。HTD70-31的设计就是确保在4t/h化铁炉的额定管网阻力下，其工作点正好落在高效区内，从而实现节能、稳定运行。

三、 风机关键配件解析

了解风机配件对于维护和修理至关重要。HTD70-31作为多级高压离心风机，其主要配件包括：

1. 核心转动组件

叶轮：风机的心脏，其材质、型线和制造精度直接决定风机的性能、效率和可靠性。HTD70-31有三个叶轮，通常采用高强度、耐腐蚀的优质合金钢（如35CrMo）精密铸造或焊接而成，并经过严格的动平衡校正，以确保高速旋转下的平稳。 主轴：传递扭矩、支撑叶轮的关键部件。要求具有极高的强度、刚度和韧性，常用优质碳素结构钢（如45钢）或合金结构钢制造，并经过调质处理。 轴承箱与轴承：支撑主轴并保证其灵活、平稳旋转。HTD70-31这类高速重载风机通常采用滚动轴承（双列向心球面滚子轴承等），能同时承受径向和轴向载荷。轴承的润滑、冷却和密封是维护的重点。

2. 静止与辅助组件

机壳（蜗壳）：由铸铁或钢板焊接而成，形成收集气流并实现动能向静压能转换的流道。其型线设计直接影响效率。多级风机机壳内设有隔板，用于分隔各级叶轮和形成回流器，引导气流进入下一级。 密封组件：主要用于防止气体从轴与机壳的间隙泄漏，以及外界空气被吸入。常见形式有迷宫密封、填料密封和机械密封。HTD70-31多采用非接触式的迷宫密封，可靠性高，磨损小。 底座：支撑整个风机本体和电机，通常为整体式铸铁件，保证整机的刚性和安装稳定性，减少振动。 联轴器：连接电机轴与风机轴，传递扭矩。常用弹性柱销联轴器或膜片联轴器，能补偿一定的轴向和径向偏差，并吸收部分振动冲击。 进口导叶或调节阀：用于调节风机的风量，以适应不同的炉况需求。通过改变进口气流的角度或通道面积来改变风机性能曲线，比单纯节流调节更节能。

四、 风机常见故障与修理维护解析

风机在长期运行中难免出现故障，及时的诊断和正确的修理是保障生产的关键。

1. 常见故障诊断

振动超标：
原因：最常见的原因包括叶轮积灰或磨损不均导致的不平衡；叶轮松动；主轴弯曲；轴承磨损或损坏；联轴器对中不良（找正误差大）；地脚螺栓松动等。 处理：首先停机检查紧固件。然后检查对中情况。若问题依旧，需拆检轴承，并对叶轮和主轴进行动平衡校验。对于HTD70-31，三级叶轮的平衡要求极高。
轴承温度过高：
原因：润滑油脂过多或过少、油脂变质；润滑油牌号不对；冷却不良（水路或油路堵塞）；轴承安装不当（如预紧力过大）；轴承磨损；对中不良导致附加载荷。 处理：检查油位、油质和冷却系统。严格按照说明书要求选用和加注润滑脂。检查安装尺寸和对中数据。
风量或风压不足：
原因：转速未达额定值（如电网频率低、皮带打滑）；进口过滤器或消声器堵塞；管道泄漏严重；叶轮磨损严重，间隙过大；密封泄漏严重。 处理：检查电机转速和电压。清理进口滤网。检查管道法兰和密封部位。停机检查叶轮与机壳的径向间隙，若超差需修复或更换叶轮。
异常噪音：
原因：轴承损坏会发出连续或间歇性的金属撞击声；叶轮与机壳摩擦会发出刺耳的刮擦声；基础不牢会产生低沉的轰鸣声。 处理：根据声音特征判断故障点，立即停机检查，防止事故扩大。

2. 修理与维护要点

日常维护：
定时巡检，记录轴承温度、振动值、电流值。 保持设备清洁，特别是冷却器和润滑部位的清洁。 定期检查润滑油位和品质，按周期更换润滑油。 检查密封有无泄漏迹象。
定期检修（中修）：
检查、清洗轴承，更换润滑脂。 检查叶轮的磨损、腐蚀情况，清除积灰。 检查密封磨损情况，调整或更换密封件。 复核联轴器的对中情况。 检查所有紧固螺栓。
大修：
全面解体风机，对所有部件进行清洗、检查。 校验主轴直线度，超差需校正或更换。 叶轮必须进行无损探伤（如磁粉探伤）和动平衡校验，动平衡精度需达到G2.5级或更高。不平衡量需通过去重或配重法校正。 检查机壳流道有无腐蚀或开裂。 更换全部轴承和密封件。 大修后重新组装时，必须严格控制各级叶轮与隔板的轴向、径向间隙，该间隙是影响风机效率和性能的关键装配参数。 组装完成后，需进行机械运转试验，测试振动、温度、噪声等指标合格后方可投入运行。

结语

HTD70-31化铁炉鼓风机是铸造生产线上的关键动力设备，其稳定高效运行是保障铁水质量和生产效率的基石。深入理解其工作原理、性能特点，熟练掌握其配件结构和故障修理维护技术，是每一位风机技术人员的职责。通过科学的日常维护、定期的预防性检修和精准的故障后大修，可以极大延长风机的使用寿命，降低故障停机时间，为企业创造持续稳定的价值。希望本文能为同行在HTD系列风机的技术管理工作中提供有益的帮助。

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