多级离心鼓风机 C60-1.5性能、配件与修理解析

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：多级离心鼓风机，C60-1.5，风机性能，风机配件，风机修理，离心风机基础

摘要

本文旨在系统阐述离心风机的基础知识，并以C型系列多级离心鼓风机中的C60-1.5型号为具体案例，深入分析其性能参数、核心配件构成以及常见故障的诊断与维修流程。文章将结合给定的技术参数，为风机技术从业者提供一份实用的参考指南。

第一章：离心风机基础理论

离心风机是一种依靠输入的机械能，提高气体压力并排送气体的流体机械。其工作原理基于牛顿第二定律和欧拉方程。当电机驱动风机叶轮高速旋转时，叶轮中的气体在离心力的作用下被甩向叶轮外缘，动能和压力能随之增加。随后，这些高速气体进入截面逐渐扩大的蜗壳或导叶装置，流速降低，部分动能进一步转化为压力能，最终以较高的压力从出口排出。

1.1 核心性能参数

理解风机性能，需掌握以下几个关键参数：

流量 (Q)： 单位时间内通过风机的气体体积，通常以立方米每分钟 (m³/min) 或立方米每小时 (m³/h) 表示。它反映了风机的输送能力。案例中C60-1.5的进口流量为60 m³/min。 压力： 风机克服系统阻力的能力。有多种表示方式：
全压 (Pt)： 风机出口截面与进口截面的总能量之差，是静压与动压之和。它是风机赋予气体的总能量增量。 静压 (Ps)： 气体在垂直于流道壁面方向上的压力，用于克服管道系统的阻力。 动压 (Pv)： 由气体流速产生的压力，计算公式为 动压等于二分之一乘以气体密度乘以气体流速的平方。 升压 (ΔP)： 风机出口压力与进口压力的差值。案例中给出的“出风口升压5000mmH₂O”即指静压升。1 kgf/cm² ≈ 10000 mmH₂O，故进口压力98.0665 kPa（绝压），出口压力约为98.0665 + (5000/10000)*98.0665 ≈ 147.1 kPa（绝压），升压约为49 kPa。
轴功率 (Psh)： 风机轴从原动机（如电机）上获得的功率，单位通常为千瓦 (KW)。案例中轴功率为71.1 KW。 效率 (η)： 风机的气动功率（有效功率）与轴功率之比，是衡量风机能量转换效率的重要指标。气动功率等于流量乘以全压再除以一个常数（单位统一时常数为1）。效率越高，能量损失越小。案例中，可估算其效率：气动功率 ≈ (60/60) m³/s * (5000/10000) * 98.0665 * 1000 Pa ≈ 49.03 KW，效率 η ≈ 49.03 / 71.1 ≈ 69%。 转速 (n)： 风机叶轮每分钟的旋转圈数，单位是转每分钟 (r/min)。它直接影响风机的流量、压力和功率。案例中转速为2980 r/min。 介质密度 (ρ)： 输送气体的质量密度，单位是千克每立方米 (kg/m³)。风机的压力、功率与密度密切相关。标准空气密度约为1.2 kg/m³，案例中即为此值。若介质密度改变，风机性能需按比例进行换算。

1.2 风机定律（相似定律）

对于同一系列（几何相似）的风机，当输送介质密度不变时，其性能参数随转速和叶轮直径的变化遵循以下定律：

流量与转速的一次方成正比，与叶轮直径的三次方成正比。 压力与转速的二次方成正比，与叶轮直径的二次方成正比。 轴功率与转速的三次方成正比，与叶轮直径的五次方成正比。
这些定律是风机选型、性能预测和变速调节的理论基础。

1.3 风机系列简介

根据结构和工作压力范围，离心风机可分为多种系列：

“C”型系列多级风机： 由多个单级叶轮串联构成，每个叶轮后均配有导叶，气体逐级增压，适用于中高压场合。本文案例C60-1.5即属此系列。 “D”型系列高速高压风机： 通常采用高转速设计，单级或多级，适用于更高压力的工况。 “AI”型系列单级悬臂风机： 叶轮悬臂安装，结构紧凑，适用于中低压场合。 “S”型系列单级高速双支撑风机： 叶轮置于两个轴承之间，转子稳定性好，适用于高转速、中等压力的工况。 “AII”型系列单级双支撑风机： 类似S型，但可能转速或结构有所不同。 “G”是通风机系列： 一般用于通风换气，压力较低。 “Y”是引风机系列： 专门用于锅炉等设备的烟气引风，考虑耐温、耐磨特性。

第二章：C60-1.5型多级离心鼓风机性能深度解析

C60-1.5是“C”型多级离心鼓风机的典型代表，其型号含义通常为：C代表多级系列，60代表流量约为60 m³/min，1.5可能代表设计序号或特定压力等级。

2.1 给定参数分析

输送介质： 空气。密度为1.2 kg/m³，属于清洁气体，对风机材质无特殊防腐要求。 进口条件： 压力1 kgf/cm²（约98.0665 kPa，绝压），温度20℃。这表明风机是在微正压入口条件下工作，而非从大气环境直接吸气。 目标参数： 流量60 m³/min，出口升压5000 mmH₂O（约49 kPa）。因此，风机需要产生的总压比约为 (98.0665 + 49) / 98.0665 ≈ 1.5。 驱动与能耗： 轴功率71.1 KW，配套电机功率75 KW。电机功率留有适当余量（约5.5%），是为了避免电机过载，考虑电压波动、计算误差及可能的轻微工况变化。 转速： 2980 r/min，这是标准两极电机的同步转速，说明风机通过联轴器与电机直联，传动效率高。

2.2性能曲线理解

虽然未提供曲线图，但C60-1.5的风机性能可以通过其性能曲线族来表征，这些曲线通常包括：

流量-压力曲线 (Q-P)： 显示在固定转速下，风机全压（或静压）随流量变化的关系。通常呈下降趋势，即流量增大时，压力降低。C60-1.5在流量60 m³/min，压力5000 mmH₂O的点是其额定工作点，此点应位于风机高效区的中心附近。 流量-功率曲线 (Q-N)： 显示轴功率随流量变化的关系。离心风机的轴功率一般随流量增加而增大。在60 m³/min时，轴功率应接近71.1 KW。 流量-效率曲线 (Q-η)： 显示风机效率随流量变化的曲线，呈抛物线状，有一个最高效率点。额定点效率应接近最高效率。

风机在实际管道系统中运行时，其工作点是风机Q-P曲线与管道阻力曲线的交点。管道阻力曲线近似为一条抛物线（阻力与流量的平方成正比）。调节风门开度或转速，可以改变工作点。

2.3 系统运行考量

工作点稳定性： 确保风机在额定点附近运行，避免进入“喘振区”（小流量不稳定工况）和“阻塞区”（大流量效率急剧下降工况）。 密度影响： 若进口温度升高或海拔增高导致空气密度降低，风机的实际压力和生产能力会下降，轴功率也会降低。需根据实际密度重新核算性能。 电机匹配： 75KW电机驱动71.1KW负载是合理的，保证了安全余量。

第三章：C60-1.5风机核心配件解析

多级离心鼓风机的结构相对复杂，其主要配件包括：

3.1 转子组件

这是风机的核心运动部件。

叶轮： 通常采用后向或径向叶片设计，使用优质碳钢或合金钢（如45钢、35CrMo）精密铸造或焊接而成，并经过动平衡校正。多级风机有多个叶轮串联安装在同一轴上。叶轮的形状、尺寸和光洁度直接影响风机效率和性能。 主轴： 高强度合金钢制成（如40Cr），经过调质处理，具有足够的刚度、强度和韧性，以承受扭矩、弯矩和临界转速的考验。轴上装有叶轮、平衡盘、联轴器等。 平衡盘： 安装在高压端，用于平衡大部分轴向推力，减少推力轴承的负荷。 联轴器： 连接风机轴与电机轴，传递扭矩。常用弹性套柱销联轴器或膜片联轴器，后者能补偿少量轴向、径向和角向偏差，传动精度高。

3.2 静子组件

机壳（气缸）： 通常为铸铁或铸钢件，水平中分式结构，便于拆装检修。它汇集各级叶轮排出的气体，并将其引向出口。需有足够的强度和密封性以承受内压。 导叶： 分为进口导叶和级间导叶。级间导叶固定于机壳内，位于每级叶轮之后，作用是将叶轮出口气体的动能有效地转化为压力能，并引导气体以合适的角度进入下一级叶轮进口。其型线设计对效率至关重要。 扩压器： 通常与导叶结合设计，通过流道截面积增大来降速增压。 密封装置：
级间密封： 通常为迷宫密封，安装在隔板与轴之间，防止气体从高压级向低压级泄漏。 轴端密封： 根据介质和压力，可采用迷宫密封、填料密封或机械密封。对于输送空气的C60-1.5，迷宫密封是常见选择，结构简单可靠。
轴承箱与轴承：
支撑轴承： 通常采用滚动轴承（如双列向心球面滚子轴承）或滑动轴承（液体动压轴承），用于支撑转子重量并确定径向位置。C60-1.5可能采用滚动轴承，维护方便。 推力轴承： 用于承受残余的轴向推力，通常选用双向推力滚子轴承或金斯伯雷轴承（滑动推力轴承）。

3.3 其他辅助部件

底座： 支撑整个风机本体，保证其稳固安装。 润滑系统： 对于采用滑动轴承或高速风机，可能需要独立的强制润滑系统，包括油箱、油泵、冷却器、过滤器等。滚动轴承则可能采用油脂润滑或稀油飞溅润滑。 冷却系统： 必要时，对轴承、润滑油或机壳进行冷却。 仪表与控制系统： 包括压力表、温度计、振动传感器等，用于监控风机运行状态。

第四章：C60-1.5风机常见故障诊断与修理流程

风机修理应遵循“预防为主，定期检修”的原则。

4.1 修理前准备与安全措施

停机隔离： 切断电源，挂上“禁止合闸”警示牌。关闭进出口阀门，隔离系统。 泄压降温： 确保机内压力降至大气压，温度冷却至环境温度。 工具准备： 准备合适的起重设备、拉马、液压扳手、百分表、动平衡机等专用工具。 技术资料： 准备好风机总图、部件图、安装说明书、历史维修记录等。

4.2 常见故障现象、原因与处理办法

现象一：风机振动超标

可能原因：
转子动平衡破坏（叶轮磨损、粘灰、零件脱落）。 轴承磨损、间隙过大或损坏。 基础螺栓松动或基础刚性不足。 联轴器对中不良。 主轴弯曲。 转子与静止部件发生摩擦。
处理步骤：

检查地脚螺栓和轴承座螺栓紧固情况。 检查联轴器对中情况，使用百分表校正径向和端面偏差至允许值内。 解体检查轴承，测量游隙，更换损坏轴承。 将转子组件（轴、叶轮、平衡盘等）上动平衡机进行动平衡校正，达到G2.5或更高精度等级。 检查主轴直线度，超差需进行校正或更换。

现象二：轴承温度过高

可能原因：
润滑油（脂）量不足、变质或牌号不对。 轴承安装不当（如过紧）、间隙过小。 轴承损坏（点蚀、磨损、保持架断裂）。 冷却不良（冷却水堵塞、冷却器效率低）。 振动过大导致附加发热。
处理步骤：

检查油位、油质，按规定添加或更换润滑油（脂）。 检查轴承安装和游隙，重新调整或更换。 检查冷却系统是否畅通。 消除振动源。

现象三：风量或压力不足

可能原因：
进口过滤器堵塞或管道泄漏。 转速未达到额定值（如电机故障、皮带打滑）。 叶轮磨损严重，间隙过大。 密封间隙过大，内泄漏严重。 系统阻力大于设计值（管道堵塞、阀门开度不足）。
处理步骤：

检查并清洗过滤器，检查管道密封性。 检查电机和传动机构，确保转速正常。 解体测量叶轮与密封的径向和轴向间隙，超标需修复或更换部件。 检查系统管路和阀门。

现象四：异常噪音

可能原因：
轴承损坏（嘎吱、咔嚓声）。 转子与静子摩擦（金属刮擦声）。 喘振工况（周期性剧烈吼叫声）。 地脚松动（低沉轰鸣声）。 叶片附着物脱落（不规则撞击声）。
处理步骤： 结合声音特征和振动分析，针对性检查相关部件。

4.3 大修主要步骤

解体： 按顺序拆除联轴器护罩、联轴器、轴承箱盖、机壳中分面螺栓等，吊开上机壳。注意标记各零件相对位置。 检查与测量：
转子： 检查叶轮裂纹、磨损、腐蚀情况；测量主轴直线度、叶轮口环跳动、推力盘端跳等。 密封： 测量迷宫密封齿顶间隙和侧隙。 轴承： 检查磨损、点蚀，测量游隙。 机壳与导叶： 检查有无裂纹、腐蚀、冲刷痕迹。
修理与更换：
叶轮： 轻微磨损可堆焊修复后重新加工并做动平衡。严重损坏需更换新叶轮。 主轴： 弯曲可校正，裂纹或严重磨损需更换。 密封： 间隙超标需更换密封件。 轴承： 达到使用寿命或损坏即更换。
回装与调整：
按解体相反顺序回装，确保各部件清洁。 调整轴承游隙、转子轴向定位。 恢复密封间隙至设计值。 扣合上机壳，均匀紧固中分面螺栓。 重新进行联轴器对中找正。
试运行：
手动盘车确认无卡涩。 点动检查转向是否正确。 空载运行，监测振动、噪音、轴承温度。 逐步加载至额定工况，全面检查各项参数是否正常。

结论

C60-1.5型多级离心鼓风机作为“C”系列的代表产品，其性能稳定，结构可靠，适用于要求中等流量、较高压力的空气输送场合。深入理解其工作原理、性能特性、配件功能以及维护修理要点，是确保风机长期安全、稳定、高效运行的关键。技术人员应结合实际情况，定期巡检，及时发现问题，并严格按照规程进行维护和修理，从而最大限度地发挥设备效能，延长其使用寿命。

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