多级离心鼓风机基础知识与C170-1.35型号机深度解析
作者：王军（139-7298-9387）
关键词：多级离心鼓风机，C170-1.35，风机性能，风机配件，风机修理，离心力，级间冷却
引言
在工业生产中，特别是污水处理、冶炼化工、动力输送等领域，鼓风机作为提供气源动力的关键设备，扮演着不可或缺的角色。其中，多级离心鼓风机凭借其输出压力高、运行平稳、效率良好以及流量范围宽广等显著优点，在中等压力需求的场合得到了极为广泛的应用。本文旨在系统阐述多级离心鼓风机的基础工作原理，并重点围绕C170-1.35这一典型型号，深入剖析其性能参数、核心配件构成以及日常维护与修理要点，以期能为从事风机技术相关工作的同仁提供一份实用的参考。
第一章 多级离心鼓风机基本原理
要理解多级离心鼓风机，首先需从最基本的离心式风机原理入手。
1.1 离心力的作用
离心式风机的核心工作原理是依靠叶轮高速旋转产生的离心力对气体做功。具体过程如下：当风机叶轮被电机驱动高速旋转时，进入叶轮入口的气体介质在叶片的推动下随之旋转。气体质点因此获得极高的圆周速度，从而受到强大的离心力作用。在此离心力驱动下，气体不断从叶轮中心（进口）被抛向叶轮外缘（出口）。在这一过程中，气体的流速迅速增加，同时，叶轮中心区域形成低压区，促使外部气体被持续吸入，形成连续流动。
气体离开叶轮后，进入通流截面逐渐扩大的蜗壳或扩压器。根据流体力学中的伯努利方程，在这一减速扩压过程中，气体的动能（表现为速度）会有效地转化为压力能（表现为静压），从而使气体的压力得到显著提升。简而言之，离心式风机完成了“吸气-加速-增压-排出”的能量转换循环。
1.2 “多级”的意义与结构
单级离心风机所能产生的压头（压力）受限于单叶轮的圆周速度和结构强度。当工艺要求较高的出口压力时，单级风机往往难以满足。多级离心鼓风机正是为解决这一问题而设计。
“多级”是指将多个单级叶轮串联在同一根主轴上的结构形式。气体从第一级叶轮流出后，其压力已得到初步提升，然后被导入第二级叶轮的进口，进行第二次加压。如此依次经过所有叶轮，每经过一级，气体压力就升高一次，最终在末级出口达到所需的总压力。可以形象地理解为“接力增压”。
为了控制因压缩而引起的温升（温升会导致气体体积膨胀、密度减小，从而增加后级的压缩负荷并影响效率），在多级鼓风机的级与级之间通常设置有级间冷却器（Intercooler）。级间冷却器的作用是将前一级压缩后的高温气体进行冷却，使其温度降低、密度回升，然后再送入下一级继续压缩。这种冷却措施不仅能有效降低整机的功率消耗，还能提高压缩效率，并保证风机运行的可靠性。C170-1.35型号机正是采用了这种带级间冷却的多级结构。
1.3 主要部件概述
一台典型的多级离心鼓风机主要由以下几大部件组成：
机壳（气缸）： 风机的主体结构，用于容纳转子总成、导叶等部件，并形成气体的流通路径。通常为铸铁或铸钢件，具有足够的强度和刚度以承受内部压力。
转子总成： 风机的核心运动部件，包括主轴、各级叶轮、平衡盘、联轴器等。转子在装配后需进行严格的动平衡校正，以确保高速运转时的平稳性。
叶轮： 能量转换的关键部件，其型线设计和制造精度直接决定风机的效率和性能。多为闭式后向叶轮，采用高强度合金钢精密铸造或焊接而成。
轴承箱与轴承： 支撑转子，保证其高速稳定旋转。通常采用滑动轴承（如椭圆瓦轴承）或滚动轴承，并配备强制润滑系统。
密封系统： 用于防止气体从轴端泄漏（***轴封***）以及级间窜气（级间密封）。常见形式有迷宫密封、碳环密封、机械密封等。
润滑系统： 为轴承和齿轮（若有）提供润滑和冷却，包括油箱、油泵、冷却器、过滤器及管路仪表等。
底座： 支撑整个风机本体和电机，并通过地脚螺栓固定在基础上。
第二章 C170-1.35型号机性能深度解析
本章将结合给定的具体参数，对C170-1.35型多级离心鼓风机的性能进行详细说明。
2.1 型号含义与基本设计条件
型号C170-1.35通常蕴含了风机的基本设计信息：
C： 可能代表“鼓风机”或特定的系列代号。
170： 通常表示风机在设计工况下的进口容积流量，单位为立方米每分钟（m³/min）。即该风机设计的标准流量为170
m³/min。
1.35： 可能代表出口绝对压力（单位：公斤力/平方厘米，kgf/cm²）或压比。结合参数“进风口压力1Kgf/cm²”和“出风口升压3500mmH₂O”，此处更可能指设计压比或出口压力标识。1公斤力/平方厘米约等于10米水柱（10000mmH₂O），故出口绝对压力约为1
+ 0.35 = 1.35 kgf/cm²，这与型号标注吻合。
基本设计条件：
输送介质： 空气。这是最常见的设计介质，其物性参数相对稳定。
进口流量： 170 m³/min。这是在进口状态（压力1kgf/cm²，温度20℃，密度1.2
kg/m³）下测量的容积流量。它是风机选型的重要依据。
进口压力： 1 kgf/cm²（绝压）。约等于标准大气压，表明风机是从常压环境吸气。
进口温度： 20℃。标准参考温度，是性能计算的基准点。
进口介质密度： 1.2 kg/m³。这是在20℃、1标准大气压下干空气的典型密度值。
出口升压： 3500 mmH₂O。这是风机需要克服的阻力，即出口压力与进口压力之差。换算成国际单位约为34.3
kPa。出口绝对压力约为1.35 kgf/cm²（132.4
kPa）。
轴功率： 126.8 kW。指风机转子实际消耗的功率，即由电机传递给风机轴的功率。它不包括电机本身的损耗和传动损失。
转速： 2955 r/min。这是风机转子的额定工作转速，由电机极数和传动方式决定。高转速是离心风机获得高能头的基础。
配套电机功率： 150 kW。为确保风机在可能出现的工况波动下仍能安全运行，并考虑一定的富裕量，配套电机的额定功率（150kW）大于风机的设计轴功率（126.8kW）。
2.2性能参数计算与关系分析
根据上述参数，我们可以进行一些关键性能指标的计算和分析：
质量流量： 质量流量
= 容积流量 × 介质密度。在进口状态下，质量流量
≈ 170 m³/min × 1.2 kg/m³ = 204 kg/min = 3.4 kg/s。质量流量是衡量风机输送能力的更本质参数，因为它不随进口状态变化而改变（在容积流量不变的情况下，密度变化会导致质量流量变化）。
有效功率（空气功率）： 指单位时间内风机传递给气体的有效能量。对于压缩过程，可以使用公式：有效功率
≈ (质量流量 × 压升) / (介质密度
× 效率)
的简化形式，但更通用的计算方式是考虑气体压缩功。对于通风机，常用近似公式：有效功率 (kW) = (流量
(m³/s) × 全压 (Pa)) / 1000。首先将单位统一：流量
Q = 170 / 60 ≈ 2.833 m³/s；压升 ΔP = 3500 mmH₂O
≈ 34323 Pa。则有效功率 ≈
(2.833 × 34323) / 1000 ≈ 97.2 kW。
风机效率： 风机效率
= 有效功率 / 轴功率。据此计算，效率 η ≈
97.2 kW / 126.8 kW ≈ 76.7%。这个效率值对于多级离心鼓风机而言，处于一个合理且良好的水平，反映了该型号风机具有不错的能量转换效率。
压比（压缩比）： 出口绝对压力与进口绝对压力之比。ε
= P_out / P_in = 1.35 / 1.0 = 1.35。这个压比明确界定了该风机属于低压缩比、高流量类型的鼓风机，而非空压机（空压机压比通常更高）。
性能曲线与工况点： 每一台风机都有其固有的性能曲线，包括流量-压力曲线、流量-功率曲线和流量-效率曲线。给定的参数（Q=170
m³/min, ΔP=3500mmH₂O）对应的是风机在特定管网阻力下的最佳工况点（或称额定工况点）。在此点上，风机运行效率最高（约76.7%）。当管网阻力变化时（如阀门开度改变），风机的实际运行工况点会沿着性能曲线移动，流量、压力、功率和效率都会相应变化。
2.3 转速与性能的关系—相似定律的应用
风机的性能与其转速密切相关，遵循相似定律（又称比例定律）：
流量与转速成正比。
压力（或压升）与转速的平方成正比。
轴功率与转速的三次方成正比。
这意味着，如果通过变频器改变电机转速（从而改变风机转速），风机的性能将按上述规律变化。例如，若将转速降至额定转速的80%（即2955
× 0.8 = 2364 r/min），则：
流量大约变为 170 × 0.8 = 136 m³/min。
压升大约变为 3500 × (0.8)² = 3500 × 0.64
= 2240 mmH₂O。
轴功率大约变为 126.8 × (0.8)³ = 126.8 ×
0.512 ≈ 64.9 kW。
由此可见，调速是实现风机节能运行的非常有效的手段，尤其在需要变负荷运行的场合。
第三章 C170-1.35型号机核心配件解析
了解风机的核心配件对于日常维护、故障诊断和备件管理至关重要。以下针对C170-1.35型号机的关键配件进行说明。
3.1 叶轮与主轴（转子核心）
叶轮： 作为风机的心脏，C170-1.35的叶轮
likely采用高强度低合金钢（如34CrNi3Mo）精密铸造或五轴数控加工而成，以确保型线的准确性和表面的光洁度。叶轮为闭式结构（带有前、后盖板），后向叶片，这种设计效率较高，性能曲线相对平坦。多级风机的各级叶轮尺寸可能完全相同（对称设计），也可能逐级略有减小（以适应气体体积因增压而缩小）。叶轮与主轴的连接通常采用过盈配合加键连接，确保扭矩可靠传递。
主轴： 采用优质合金钢（如42CrMo）锻制，经过调质处理以获得良好的综合机械性能。轴上有多处轴颈用于安装轴承，以及多个轴段用于固定各级叶轮、平衡盘等。加工精度和形位公差要求极高，特别是各安装部位的同心度、跳动量。
3.2 机壳与导流部件
机壳（气缸）： 通常为水平剖分式结构，便于转子的安装和检修。材料为HT250或QT450等高强度铸铁，或ZG230-450铸钢。机壳内部铸有或加工有用于安装导叶的腔室和气体流道。级间冷却器通常集成在机壳中部或通过外部管路连接。
进口导叶和级间导叶： 进口导叶位于第一级叶轮入口前，可通过调节其角度来改变进入叶轮的气流方向，从而实现风量调节，这种方式比节流调节更节能。级间导叶（包括扩压器和回流器）安装于每一级叶轮之后，作用是将叶轮出口的高速气体的动能有效地转化为静压，并引导气体以合适的角度和均匀的速度进入下一级叶轮入口。
3.3 轴承与润滑系统
轴承： 对于转速接近3000
r/min的C170-1.35风机，极有可能采用滑动轴承（如椭圆瓦轴承）。滑动轴承具有良好的阻尼特性，运行平稳，承载能力强，适用于高速重载场合。轴承座内设有油槽，依靠润滑系统供油形成油膜。
润滑系统： 是风机的“血液循环系统”。主要由主油箱、辅助油泵（主油泵常由主轴驱动，辅助油泵为电动，用于启动前供油）、油冷却器、双联油过滤器、安全阀、压力表、温度计等组成。润滑油不仅起润滑作用，还带走轴承产生的热量。必须保证油压、油温、油质在要求范围内。
3.4 密封系统
迷宫密封： 是最常用的密封形式，用于级间密封和轴端密封。它由一系列环形齿片和与之配合的凹凸槽组成，通过形成多次节流膨胀和涡流来减小泄漏。材料通常为铝或铜合金，以防与轴摩擦时产生火花。
碳环密封： 在一些要求泄漏量更小的场合可能被采用。由多个碳环组成，依靠弹簧力使其与轴保持紧密接触。密封效果更好，但存在摩擦磨损。
其他密封： 在特殊介质或压力条件下，也可能采用干气密封、机械密封等。
3.5 联轴器与底座
联轴器： 用于连接风机主轴和电机轴，传递扭矩。常用膜片联轴器或鼓形齿式联轴器，它们能补偿一定的轴向、径向和角向偏差，并具有缓冲减振作用。
底座： 为焊接件或铸件，具有足够的刚性，确保风机和电机对中精度在安装和运行过程中保持稳定。
第四章 C170-1.35型号机常见故障与修理指南
定期维护和及时修理是保证风机长周期安全稳定运行的关键。以下解析常见故障现象、原因及修理方法。
4.1 振动超标
振动是多级离心风机最常见的故障现象。
原因分析：
转子不平衡： 叶轮磨损、结垢、腐蚀不均匀或粘附异物；平衡块脱落；检修后动平衡精度未达标。
对中不良： 风机与电机联轴器对中超差；基础沉降或管道应力导致对中变化。
轴承损坏： 轴承磨损、疲劳剥落、保持架损坏等。
动静部件摩擦： 叶轮与机壳、气封与轴发生摩擦。
基础松动或刚性不足： 地脚螺栓松动；底座基础裂缝或强度不够。
油膜涡动或振荡： 滑动轴承油膜失稳。
修理步骤：
检查与测量： 使用振动分析仪测量振动值、频率和相位，初步判断故障类型。检查地脚螺栓、管道支撑。手动盘车检查有无摩擦。
复查对中： 使用激光对中仪或百分表精确复查风机与电机的对中情况，并按要求调整。
检查轴承： 检查轴承间隙、磨损情况，必要时更换。
转子动平衡： 若判断为不平衡引起，需将转子吊出，在动平衡机上进行校正。现场急修时也可进行在线动平衡。
处理基础问题： 紧固地脚螺栓，必要时对基础进行加固或修复。
4.2 轴承温度过高
原因分析：
润滑不良： 润滑油量不足、油质恶化（乳化、杂质多、粘度不合格）、油路堵塞。
冷却不足： 油冷却器结垢或堵塞，冷却水量不足或水温过高。
轴承本身问题： 轴承间隙过小或过大；轴承装配不当（如预紧力过大）；轴承损坏。
负荷过大： 风机工况点偏离设计点，进入喘振区运行。
修理步骤：
检查润滑系统： 检查油位、油压、油温。取样化验油质，必要时更换新油。清洗或更换油过滤器。检查油泵工作是否正常。
检查冷却系统： 检查冷却水压力、流量，清洗油冷却器水侧管束。
检查轴承： 停机后检查轴承状况，测量间隙，按标准重新装配或更换。
调整工况： 检查系统阻力，确保风机在稳定区运行，避免喘振。
4.3 风量或压力不足
原因分析：
转速降低： 电机故障或电源问题导致转速未达额定值。
管网阻力增大： 过滤器堵塞、阀门未全开、管道积垢或异物堵塞。
内泄漏增大： 密封件（特别是级间密封和轴端密封）磨损严重，导致级间窜气或外部泄漏。
叶轮磨损或腐蚀： 叶轮叶片型线改变，效率下降。
进口条件变化： 进口温度过高或大气压力过低，导致介质密度减小。
修理步骤：
检查系统： 首先检查管网系统，清理过滤器，全开调节阀门。检查电机转速。
测量性能参数： 准确测量当前进口状态下的流量、压力、电流等，与设计曲线对比。
检查密封： 停机检修时，重点检查迷宫密封等间隙是否超标，必要时更换密封件。
检查叶轮： 检查叶轮有无磨损、腐蚀、积垢，进行清理、修复或更换。
4.4 喘振
喘振是离心风机的一种危险的不稳定工况，表现为气流周期性振荡，伴有剧烈振动和异响。
原因： 当风机在小流量、高压比工况下运行时，气流会在叶轮进口或扩压器内发生旋转失速，进而发展为整个系统的周期性振荡。管网阻力特性曲线与风机性能曲线相交于喘振点左侧的不稳定区。
处理与预防：
立即调整： 发生喘振时，应立即开大出口阀门或旁通阀门，增大流量，使工况点移出喘振区。
设置防喘振控制： 安装喘振报警和控制系统，通过监测流量和压力，自动开启旁通阀来防止喘振发生。
定期维护： 保持进出口管路畅通，确保仪表准确可靠。
4.5 大修流程简介
当风机运行一定时间或出现严重故障时，需进行解体大修。
准备工作： 切断电源，隔离介质和冷却水、润滑油路。准备专用工具、起吊设备和备件。
解体： 拆卸联轴器护罩、管路、仪表。吊开上机壳。测量并记录原始数据（如轴承间隙、叶轮窜量、密封间隙）。依次吊出转子。
清洗检查： 彻底清洗所有零部件。仔细检查叶轮、主轴、轴承、密封、机壳等有无裂纹、磨损、变形等缺陷。必要时进行无损探伤。
修理更换： 对损坏或超标零件进行修复或更换。如车削磨损的轴颈并配衬套、补焊或更换叶轮、更换所有密封件和轴承。
回装与调整： 按相反顺序回装。严格保证各部件的装配间隙（如轴承游隙、气封间隙、叶轮与机壳间隙）。重新进行转子动平衡校正。
对中找正： 精确调整风机与电机的对中。
试运行： 加注润滑油，进行单机盘车、点动、空载试运行，逐步加载至额定工况，监测振动、温度、压力等参数直至稳定合格。
结语
多级离心鼓风机C170-1.35作为一种成熟可靠的流体输送设备，其高效稳定的运行离不开对基本原理的深刻理解、对性能参数的准确把握、对核心配件功能的熟悉以及对维护修理规程的严格执行。作为风机技术人员，我们应不断积累实践经验，结合理论分析，做到预防性维护，精准诊断故障，并实施高质量的修理，从而最大限度地发挥设备效能，保障生产系统的连续稳定运行，同时实现节能降耗的目标。希望本文能对同行们在工作中理解和处理此类设备提供有益的帮助。
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