多级离心鼓风机C20-1.18性能、配件与修理技术解析
作者:王军(139-7298-9387)
关键词:多级离心鼓风机、C20-1.18、风机性能、叶轮、机壳、轴向力、转子动平衡、机械密封、风机维修
引言
在工业流体输送与处理领域,离心风机作为核心动力设备,其性能的稳定与高效至关重要。其中,多级离心鼓风机凭借其能够提供较高压升的特点,在污水处理、气力输送、矿山通风、化工工艺等需要中高压风源的场合得到了广泛应用。本文将以我司经典的C型系列多级离心鼓风机中的C20-1.18型号为具体案例,深入剖析其性能参数背后的技术含义,并对核心配件的功能特点以及常见的修理维护要点进行系统性说明,旨在为风机技术同行提供一份实用的参考。
第一章:离心风机基础与C系列风机定位
一、离心风机基本原理
离心风机的工作原理基于动能转换为静压能。当电机驱动风机叶轮高速旋转时,叶轮间的空气在离心力的作用下被甩向叶轮外缘,流经逐渐扩大的蜗壳形机壳(或称泵壳)。在此过程中,气体的流速降低,部分动能转化为静压能,从而形成具有一定压力和流量的气流,从出口排出。同时,叶轮中心形成低压区,外部空气被持续吸入,构成连续工作。
其基本性能遵循欧拉方程(Euler's Equation)所描述的叶轮机械能量传递规律,即风机对单位质量气体所做的功,与叶轮进出口处的圆周速度和气体绝对速度的切向分量之差成正比。在实际应用中,我们更常使用风机全压等于风机出口全压与进口全压之差这一概念来表征风机的压升能力。
二、常见风机系列简析
根据结构形式和性能特点,离心风机可分为多种系列,以适应不同的工况需求:
“C”型系列多级风机: 本文重点,通过多个叶轮串联工作,逐级提高气体压力,适用于中高压、中等流量的场合。
“D”型系列高速高压风机: 通常采用高转速单级或两级叶轮,配合增速齿轮箱,实现高压输出,结构紧凑,效率较高。
“AI”型系列单级悬臂风机: 叶轮悬臂安装,结构简单,维护方便,常用于中低压、大流量的通风换气。
“S”型系列单级高速双支撑风机: 叶轮由两侧轴承支撑,转子稳定性好,适用于高转速、高压力的单级工况。
“AII”型系列单级双支撑风机: 与S型类似,但可能结构或应用侧重有所不同,同样具有较好的转子刚性。
“G”是通风机系列: 一般指普通通风机,压力较低,风量范围广。
“Y”是引风机系列: 专为输送高温、含尘烟气设计,通常在结构材料和冷却方式上有特殊考虑。
C20-1.18所属的C系列,正是为了在无需达到D型号机那样极高转速的前提下,稳定提供如1800mmH₂O这类中高压需求而设计的经典多级结构解决方案。
第二章:C20-1.18型号风机性能深度解读
型号“C20-1.18”本身即包含了核心性能信息:“C”代表多级系列,“20”代表进口容积流量为20立方米每分钟(m³/min),“1.18”通常指风机在设计点的出口绝对压力约为1.18公斤力每平方厘米(Kgf/cm²)或相近压力值。结合您提供的具体参数,我们进行如下解析:
1. 输送介质与进口条件
介质: 空气。这是最常见的介质,其物性相对稳定。
进口流量:20 m³/min。这是指在进口状态(压力1Kgf/cm²,温度20℃)下的容积流量。需要注意的是,风机的容积流量与进口状态有关,但质量流量(公斤/秒)在进口密度确定时是恒定的。此流量值是风机设计和选型的关键依据。
进口压力:1 Kgf/cm²(约98.1
KPa绝对压力)。这表明风机进口并非标准大气压(约101.3 KPa),而是带有一定的背压。这在系统中很常见,例如风机从某个带压的容器或前段工艺中抽气。计算风机实际产生的压升时,必须以此进口压力为基准。
进口温度:20℃。常温,对材料无特殊要求。
进口密度:1.2 kg/m³。此密度值是在标准大气压(101.3
KPa)和20℃下的空气密度。但在本案例中,由于进口压力为98.1
KPa,略低于标准大气压,实际进口密度应略低于1.2 kg/m³,需根据气体状态方程进行精确计算,这对功率核算有细微影响。
2. 出口性能与风机压升
出风口升压:1800 mmH₂O(约17.65
KPa)。这是风机产生的静压升。它表示风机出口静压与进口静压的差值。要计算风机出口的绝对压力,需将进口绝对压力加上此压升:98.1
KPa + 17.65 KPa = 115.75 KPa(约合1.18 Kgf/cm²),这与型号中的“1.18”相符。
风机全压: 风机全压等于风机出口全压与进口全压之差。全压包含静压和动压两部分。在估算时,有时可近似用静压升代表全压升,但精确计算需考虑进出口动能的变化。
3. 功率与效率
轴功率:9.3 KW。指风机轴从电机接收的实际功率,是风机本身消耗的功率。
配套电机功率:18.5 KW。电机功率的选择必须大于轴功率,并留有足够的安全余量(通常为1.1-1.3倍)。此案例中,余量较大(18.5/9.3≈2.0),可能基于以下考虑:一是启动瞬间电流大、扭矩高;二是工况可能存在波动,如介质密度变化、系统阻力变化等,需要电机有足够的过载能力确保稳定运行;三是可能选用了标准功率等级的电机,18.5KW是上一档标准规格。
风机有效功率(空气功率)可以通过公式估算:有效功率(KW)等于(质量流量
kg/s) × (风机全压升 Pa)
/ 1000。通过计算质量流量和全压升,可以进一步估算出风机的效率,即有效功率与轴功率的比值。高效率是风机设计与制造水平的核心体现。
4. 运行参数
转速:2940 r/min。这是典型的二极电机同步转速(3000
r/min)下的实际工作转速,属于高转速范畴。高转速是实现较小尺寸叶轮产生较高压头的基础,但对转子的动平衡、轴承性能及机械密封提出了更高要求。
第三章:核心配件功能与结构解析
C20-1.18多级离心鼓风机主要由机壳、转子(叶轮、主轴)、轴承箱、密封装置、润滑系统等部分组成。
1. 转子总成
这是风机的“心脏”。由主轴和多个(具体级数由压力需求决定)后向或径向型叶轮组成。叶轮通常采用优质碳钢或低合金钢精密铸造或焊接后数控加工而成,并经过严格的动平衡校正(G2.5级或更高)。多级风机的叶轮依次串联安装,气体经一级压缩后,由导叶(或回流器)引导,以最佳角度进入下一级叶轮入口,实现压力的逐级叠加。
2. 机壳与隔板
机壳为风机提供气体流道和结构支撑,多为灰铸铁或铸钢件。在多级风机中,机壳内设有隔板,将各级叶轮分开,并固定导叶(静止的叶片)和轴密封。隔板之间的腔体形成了各级的压缩室。机壳的设计需保证气流平稳,减少涡流和冲击损失。
3. 密封装置
密封是保证风机性能和防止污染的关键。
级间密封: 通常采用迷宫密封(Labyrinth
Seal),安装在隔板与主轴之间,通过一系列环形齿隙形成曲折路径,极大增加气体泄漏阻力,减少高压级气体向低压级的泄漏。
轴端密封: 防止机壳内气体沿主轴向外部泄漏,或外部空气进入风机。对于输送空气的C20-1.18,常见形式有:
填料密封: 结构简单,成本低,但存在一定磨损和微量泄漏。
机械密封: 密封效果好,泄漏量极低,寿命长,是现代风机的首选。它由动环、静环、弹簧和辅助密封圈组成,靠端面贴合实现密封。
迷宫式气封: 若进口为负压,可采用引入高压气(如自身出口气体)的迷宫气封,实现无接触、零磨损密封。
4. 轴承与润滑
采用一对高精度滚动轴承(深沟球轴承或角接触球轴承)支撑转子。角接触球轴承能更好地承受转子剩余的轴向力。尽管多级叶轮通常采用对称布置或设置平衡盘(Piston)来抵消大部分轴向力,但仍有残余力需要轴承承受。轴承采用脂润滑或稀油润滑,需要有良好的冷却(如水冷套)和密封。
5. 轴向力平衡装置
这是多级离心风机的核心技术之一。由于叶轮两侧压力不均,会产生巨大的指向进口方向的轴向力。平衡盘是常用装置,它利用压力差产生一个与轴向力方向相反的平衡力。平衡盘一侧通向末级高压区,另一侧通过管道引回进口或大气,通过调整两侧压力面积比来设计平衡力。平衡管用于连通平衡腔与进口,确保压力平衡。
第四章:风机常见故障与修理维护要点
对风机进行定期维护和及时修理是保障其长周期稳定运行的根本。
一、日常维护与监测
振动监测: 定期使用振动仪监测轴承座部位的振动速度或位移值。振动超标是转子不平衡、轴承损坏、对中不良等故障的直接表现。
温度监测: 使用红外测温枪检查轴承温度、电机温度。轴承温升过快或过高,预示润滑不良、磨损或安装问题。
声音监听: 借助听音棒,倾听内部是否有异常的摩擦、撞击声。
润滑管理: 按周期更换或补充合格的润滑油/脂,防止油脂老化或污染。
二、常见故障分析与修理
1. 振动过大
原因一:转子动平衡失效。 叶轮磨损、粘灰不均、部件脱落都会导致不平衡。
修理: 必须停机,将整个转子总成吊出,送至专业动平衡机上进行现场或离线动平衡校正。达到剩余不平衡量标准(如G2.5)后方可回装。严禁在现场对风机外壳上随意添加配重块。
原因二:轴承损坏。 磨损、点蚀、保持架断裂等。
修理: 更换同型号新轴承。安装时采用热装或专用工具,确保到位,并注入适量新润滑脂。
原因三:联轴器对中不良。 电机与风机主轴的中心线存在偏移(平行偏差、角度偏差)。
修理: 使用百分表或激光对中仪重新进行精确对中,确保在规定公差范围内。
2. 风量或压力不足
原因一:间隙过大。 主要是叶轮与进气口间的径向间隙、迷宫密封间隙因磨损而增大,导致内泄漏严重。
修理: 解体风机,测量各级间隙,对照出厂标准。更换磨损的密封件,必要时对壳体或轴进行修复(如喷涂、镶套)以恢复原始设计间隙。
原因二:滤网或管路堵塞。 进口过滤器脏堵会增加系统阻力,减少进气量。
修理: 清洁或更换滤芯。
原因三:转速降低。 皮带传动打滑或电源频率问题。
修理: 张紧皮带或检查电源。
3. 轴承温度过高
原因: 润滑脂过多或过少、油脂变质、轴承游隙不当、冷却不良、对中不良导致附加载荷。
修理: 检查润滑情况,按规定量重新加注;检查冷却水路;复查对中情况;若无效,则检查轴承状态。
4. 异常声响
摩擦声: 可能为叶轮与机壳摩擦。需检查转子挠度、轴承间隙和机壳是否变形。
周期性撞击声: 可能为转子部件松动(如叶轮锁母松动)或平衡盘摩擦。
修理: 需立即停机,解体检查,紧固松动部件,查找摩擦点并修复。
三、大修流程简介
当风机运行时间达到大修周期或出现严重故障时,需进行解体大修,基本流程如下:
停机、断电、隔离,并完全泄压、冷却。
拆除关联管路和仪表,松开联轴器。
吊开上机壳,露出转子。
检测记录各级间隙、叶轮窜动量等原始数据。
吊出转子,放置在专用支架上。
全面清洗、检查所有零件:叶轮有无裂纹磨损,轴有无弯曲磨损,密封件状态,轴承状态,机壳隔板有无裂纹等。
修复或更换损坏的零件。转子必须重新进行动平衡校验。
回装:按相反顺序进行,确保所有间隙符合标准,螺栓按规定扭矩紧固。
对中复查,连接管路。
单机试车,逐步升速,监测振动、温度、电流等参数至正常。
结语
C20-1.18多级离心鼓风机作为C系列的典型代表,其设计精巧,结构可靠。深入理解其性能参数的内在联系,掌握核心配件的作用机理,并遵循科学的故障诊断与修理维护规程,是确保该型风机乃至所有多级离心风机安全、高效、长寿命运行的技术保障。作为风机技术人员,我们应不断积累实践经验,从每一次故障处理中总结规律,提升自身的技术水平,为生产装置的稳定运行保驾护航。
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