轴流式通风机

轴流式通风机（精选8篇）

轴流式通风机 篇1

传统的煤矿轴流式主要通风机设计是预先将通风机进行标准化设计 (传统方法设计) , 矿井再根据自己的风量、风阻要求去选择满足自己通风要求的通风机。个性化设计则是根据矿井实际需要的风量、风压要求, 针对性地对所需通风机进行设计。

1 传统方法设计煤矿轴流式主要通风机的弱点

传统方法设计煤矿轴流式主要通风机, 是通过对大量矿井的风量、风阻等通风参数进行数据统计或煤矿管理部门对矿井通风等积孔 (即矿井阻力系数) 确定一定的范围, 最终对风机的风量、风压参数进行系列化, 再通过系列化的参数对风机进行空气动力性能设计, 即应用系列化的参数为已知条件, 对风机进行空气动力性能计算, 再通过空气动力性能计算结果, 对风机进行结构设计, 进而设计出完整的风机, 矿井则通过自身阻力系数的大小对风机进行选型。通风机的工况点是通风机的特性曲线与通风机所带系统的网络特性曲线的交点。如图1。图中H=f (Q) 是通风机特性曲线;RQ2即为系统网络特性曲线;交点M即为通风机的工况点。

1.1 传统方法设计煤矿轴流式主要通风机对运行安全的影响

由于按传统方法设计的通风机是预先进行标准化设计的, 为了使矿井有较宽的选型范围, 通风机的叶片安装角就必须设计为可调式。目前此种叶片的结构都制作为如下图所示的形式。从图2可知, 这种结构是用螺帽将叶片中轴紧固在叶轮轮毂上, 这样, 风机运行时, 在叶片中轴根部在弯曲和扭转复合应力作用下, 由于中轴热处理工艺、机加工艺以及长期疲劳等原因, 都会发生叶片中轴根部断裂, 从而损坏风机, 给矿井带来人身和财产的重大损失。以下就是几个叶片断裂事故的实例

1.2 传统方法设计的煤矿轴流式通风机很难运行于最佳工况点

轴流式通风机的特性曲线可表述为在既定转速下, 风压ΔP, 功率P以及效率η与风量Q之间的关系。轴流式通风机是按最佳工况点设计的, 如下图所示。e点即为最佳工况点。最佳工况点就是通风机的效率最高点。一台通风机不可能有两个以上最佳工况点。如图3为70B2-11№18型轴流式通风机转各种不同安装角度的一组特性图。从图3中可以看出, 最佳工况点在安装角为35°时的那条曲线上, 离开这条曲线, 通风机的效率就明显降低了。由此可见, 用传统方法设计制造的通风机很难凑巧运行在最佳工况点上, 基本上都运行在偏离最高效率点的区域, 也正是因为如此, 用传统方法设计的通风机都规定在选型时规定工况点应在工业利用区内, 工业利用区规定通风机的最低效率不低于最高效率的0.8倍, 且最低不低于0.6。由此可见, 利用传统方法设计的通风机运行效率较低, 造成较大的电能的损失。此外, 按传统方法设计通风机还容易造成通风机机号偏大、大马拉小车等, 造成不必要资源浪费。

2 矿井轴流式主要通风机个性化设计的优点

矿井轴流式主要通风机的个性化设计是根据矿井具体的风量、风压要求, 而针对性地对矿井轴流式主要通风机进行设计。即根据矿井具体的风量、风压需求参数为已知条件, 对风机进行空气动力性能计算, 再通过空气动力性能计算结果, 对风机进行结构设计, 进而设计出完整的风机。所以, 个性化设计有以下优点。

2.1 可有效地提高矿井轴流式主要通风机运行安全性

由于采取了个性化设计的方法, 即通风机的风量、风压是按矿井的具体要求设计的, 所以通风机的叶片可以不再采取安装角度可调式设计, 而是将叶片按所需要的角度直接焊接轮毂上, 这样便大大提高了叶片根部的强度, 可靠地避免了风机叶片沿中轴根部断裂事故, 从而提高了矿井轴流式主要通风机的运行安全性, 有效地降低了由于矿井主要通风机事故而给矿井带来的生命和财产损失。

2.2 可使矿井主要通风机在最经济状态下运行

通风机设计是按最佳工况点设计的, 即按最高效率点设计的。而个性化设计又是预先按矿井实际的风量、风压要求对通风机进行设计, 所以说, 个性化设计制造出的通风机就运行在最佳工况点上 (或者说运行在最高效率点上) 。这样, 便使矿井主要通风机在最经济的状态下运行, 有效地降低了主要通风机的能耗。以一台110Kw的主要通风机为例。按传统方法设计的主要通风机一般运行效率最高在70%左右, 而用个性化设计的方法设计制造的主要通风机运行效率可达75%左右, 则按传统方法设计的主要通风机电动机满负荷时计算, 个性化设计方法设计的通风机比传统方法设计的通风机运行每年可节约的电能为:

由此可见, 利用个性化设计方法设计出的风机运行有较好的节电性能, 从而降低了企业能耗, 使矿井主要通风机达到经济运行的目的, 降低了矿井生产成本, 同时也有利于减少全球温室气体排放。

此外, 利用个性化设计方法设计风机还可有效地降低叶轮重量, 有效地避免由按传统方法设计风机而造成的大马拉小车情况发生。减少资源浪费。利用个性化设计的方法比利用传统设计方法设计的矿井轴流式主要通风机, 在通风机的运行安全性和运行经济性方面具有相当明显的优点, 特别是在运行经济性方面, 在温室气体排放与全球气候变暖矛盾不断突出的情况下, 矿井轴流式主要通风机进行个性化设计对节能减排、减缓全球气候变暖速度尤其有作其特殊意义。当然个性化设计会在一定程度上加大设计人员的工作量, 同时也导致通风机的工况点几乎完全不可调。随着计算机在通风机设计中的应用, 通风机设计实现了模块化, 使通风机设计效率大大提高;而通风机电机变频调速器的使用, 通风机工况点能随时可调, 使通风机运行在最佳工况状态。因此通风机个性化设计将会得到进一步推广。

摘要：由于煤矿生产的特殊性, 煤矿主要通风机是24小时不间断运行的设备, 要求设备要有相当高的运行安全性, 一旦设备故障而不预知的停止运转, 会造成重的生命生和财产损失;同时由于设备是24小时不间断运行的, 因此该设备是矿井耗能的主要组成部分。矿井主要通风机个性化设计, 可有效地提高主要通风机的运行稳定性, 并充分显示出节能降耗的优点。

关键词：煤矿,主要通风机,个性化设计

参考文献

[1]李纪, 池风山.煤矿机电事故分析与预防[M].北京:煤炭工业出版社, 1991.4;

[2]汪德成.矿山流体机械[M].北京:煤炭工业出版社, 1999.1;

[3]吴玉林, 陈庆光, 刘树红编.通风机和压缩机[M].北京:清华大学出版社, 2005.2;

[4]商景泰.通风机实用技术手册[M].北京:机械工业出版社, 2005.4

轴流式通风机 篇2

【关键词】火电厂；锅炉引风机；常见故障；对策研究

一、前言

电力企业的发展使得火电厂扩大了锅炉的容量，这也使得引风机的需求不断提高。火电厂的锅炉引风机多是属于静叶可调轴流引风机，主要通过叶轮的旋转发动产生的动力，将锅炉里的烟气引入烟囱中。由于引风机长时间的运行，加上所处的环境恶劣，使得引风机出现故障问题的几率高，不仅耽误了火电厂的正常工作，还给火电厂埋下了安全隐患，因此我们应该重视其常出现故障的原因，找出解决的方法以推动电力事业的发展。

二、引风机常见的故障以及解决的方法

1、引风机震动

1.1故障原因

震动是引风机最常出现的情况，也是对引风机影响最大的故障，因为引风机出现震动的原因十分复杂，诊断维修时间长，影响火电厂的工作效率，而且由于震动造成的意外事故影响范围大，会给火电厂带来巨大的经济损失，因此应该引起我们的重视。对于引风机出现震动的表现主要分为两种，即突然震动和持续性震动。

（1）突然震动。突然震动一般发生在火电厂工作负荷重、需要频繁变动的情况下，原因可能是：①引风机的转子在平时的运转过程中由于积累了许多的灰尘和油脂等，使得出现突然脱落情况。②引风机在锅炉工作负荷大的情况下长时间的运转[1]。

（2）持续性震动。持续性震动会随着时间的变化而使得震动幅度不断增强，其产生的原因大部分是因为机械的原因引起的，比如引风机的轴承出现损坏、联轴器没有对中等、机械出现磨损等，机械的原因导致引风机在工作时因为运行不平均衡而出现震动，并在震动过程中加剧机械的磨损伤害，令震动幅度提高。

1.2解决故障的方法

解决震动故障则首先应该判断引风机是因为自身的原因产生振动，还是由于受到拖动电机的影响而产生风机共振，然后根据判断的结果进行故障原因排查，但是在排查过程中应该注意的是，引风机出现震动的主要原因是因为叶轮的运转不平衡，而导致叶轮运转不平衡的原因是叶轮上面存在结垢或者磨损情况，因此解决震动故障可以从这两方面着手。

（1）结垢的处理。对于叶轮上存在结垢的问题，最有效的处理方法是为叶轮进行除垢处理，常用的手段为高压气体的除垢方法、气流的除垢方法和喷水除垢方法。其中高压气体的除垢方法主要是在引风机停止运行时使用高压气体对叶轮进行清理，这种方式除垢迅速且效果好，一天之内可以多次重复进行；气流的除垢方法不用借助外界的工具，而是利用引风机排气的性能，通过特制的喷嘴将烟气喷洒到叶轮之上，以消除污垢，这种方法不需要借助外界的工具，结构简单，利用引风机的特性达到良好的效果；而喷水除垢的方法顾名思义，即是通过喷射叶轮上的污垢方式达到除垢效果，这种方式虽然操作简单，且经济成本低，但是其存在除垢的时间长，效果不尽人意的缺点。

（2）磨损的处理。对于叶轮出现磨损的情况处理主要采用提高叶轮耐磨损的能力和提高除尘器的效果两种方法，其中处理最有效的手段是提高叶轮耐磨损的能力，将满足耐磨损、耐高压条件的材料经过特殊处理后，将其改变为粒子流喷到叶轮表面，让叶轮的耐磨损能力提高，且阻隔空气与叶轮表面的接触，抗氧化效果好，延长叶轮的使用寿命。

2、引风机漏油

2.1故障原因

引风机出现漏油的情况可以分为引风机控制头出现漏油、轴承箱的密封件出现漏油、液压缸出现漏油以及引风机润滑油系统出现漏油，出现这些情况的原因有引风机密封元件的质量不过关、密封件存在老化情况、使用的润滑油质量不过关等。

2.2解决故障的方法

引风机出现漏油的情况除了由于压力差导致密封件出现空隙之外，还和密封的装置设计、结构、安装以及维护息息相关，因此在引风机运行过程中，检修人员应该定期或者不定期的检查密封装置的情况，装置是否一直处于密封状态，保持油压的稳定以避免因为压力差而产生间隙，防止润滑油泄露。比如由于使用毛毡的密封方式常常会出现漏油情况，为了解决这一问题，可以选择在转动的轴承外侧使用橡皮圈等挡油圈物件来防止漏油的情况，其中挡油圈应该根据轴承的大小选择适合的尺寸，以确保能有效的发挥作用，用离心力来使得润滑油重新甩回油箱[2]。

3、轴承温度过高

3.1故障原因

轴承温度过高是引风机常见的故障之一，轴承温度的骤升会加重引风机的工作负荷并令其停止运行，使得检修人员必须对引风机进行抢修该能确保火电厂正常工作，造成轴承温度高的原因有：①冷却风机因电压负荷大导致跳闸或者运转力度不足，无法有效的对轴承进行降温。②轴承冷却风机入口处滤网出现堵塞状况，使得冷却风机无法正常运转。③处于轴承的润滑油油质差，甚至出现变质，影响轴承的有效运转，引起发热。④烟气的温度过高使得引风机的轴承温度上升快。⑤杂质进入轴承箱之中，使得引风机的轴承出现故障。

3.2解决故障的方法

在解决轴承温度过大的故障前，检修人员可以预先倾听轴承运转的声音以及震动情况等来事先判断可能出现故障的原因，以便提高排除故障的效率。在引风机正常运行时，检修人员应该根据轴承可能会出现的问题，提前进行预防措施，比如应该有计划的对轴承里的润滑油进行检查，确保润滑油不会出现过期、污染等质量原因，保证轴承的正常运转，其次应该严格监控轴承的质量，避免其存在老化和磨损等不良情况，最后重视冷风机组的检查，确保冷风机组能运行良好。

三、结束语

震动、漏油以及轴承温度过大会影响引风机的正常运行，阻碍火电厂的正常工作，因此我们应该重视其解决的措施，减少故障的产生，以确保火电厂工作高效率的开展。

参考文献

[1]崔战胜，鲁尚鑫，王江伟.火电厂锅炉引风机抢风问题与应对措施分析[J]，科技传播，2014，11（12）；147-148

老式轴流通风机大修的改造实践 篇3

水是人们生产生活中的不可缺少的重要资源，水的循环利用越来越显得重要。凉水塔轴流风机在水的循环利用中发挥着降低水温保证工艺要求的至关重要的作用，因此加强对凉水塔轴流风机的大修改造，制定切实可行、科学经济的实施方案，对凉水塔使用单位有较为重要的意义。

1 凉水塔轴流式风机部分的组成

凉水塔轴流式风机由叶片、轮毂、减速机、传动轴、油管、电机、电机底座等部分组成，其结构示意如图1所示。其中，主要部件为风筒、叶片、轮毂、减速器、传动轴、联轴器等。

(1)风筒：作用是创造良好的空气动力条件，降低通风阻力，将凉水塔的湿热空气排出，减少湿空气的回流。风筒一般采用圆锥形、抛物线形、双曲线形。

(2)叶片：是主要做功部件，靠叶片的旋转带动空气流动达到通风的目的。风叶有由高强度环氧玻璃钢制造和铝合金制造两种。

(3)轮毂：既起支承和固定叶片的作用，又起到气封罩的作用。

(4)减速器：风机的转速一般低于电机，故需要采用减速机，主要起降低转速和改变旋转方向的作用。减速机一般置于风筒内，有的电机置于风筒以外，减速机一般采用圆锥齿轮减速机、圆锥—圆柱齿轮减速机、蜗轮蜗杆减速机等形式。本案中为蜗轮蜗杆减速机。

(5)传动轴：起传递转矩作用，由于距离较长，一般采用空心，以减轻重量。

(6)联轴器：用于电机和减速机的连接，为了便于装拆和有利于补偿电机和减速机间的中心偏差和轴向窜动，一般采用弹性联轴器、浮轴联接器等。

2 问题的提出

某制药企业动力车间循环水池有一台型号为30E2-11 NO47型轴流通风机。

基本参数：风量90～150 m3/min，全压H=98.1 Pa，安装角11°，原配用电机JO2型(已明令淘汰，主轴转速190 r/min)，风机直径4.7 m。

该设备虽然投入运行近25年，但目前在夏季仍作为主力设备使用，用于降低二次水水温，由于该型号凉水塔风机含电机已经淘汰，减速机、联轴器、传动轴主要备件已经无法采购。因此，为不断提高风机效率与保证夏季设备的安全运行，检修大修改造该风机有着十分重要的意义。我们根据该设备的实际情况制定大修改造方案，重点在传动系统改造、减速机大修、电机更换、叶片大修等几方面，使这台淘汰设备性能得以恢复，并取得了良好的经济效果。

3 传动系统改造

这里的传动系统含传动轴和两对联轴器两部分。该凉水塔轴流风机原采用的是空心轴传动轴，联轴器为老式浮轴联轴器，该型号联轴器已经淘汰退出市场，特别是叠片环无法购买，故障不断，检修周期不到半年，不但增加维修成本，而且严重影响生产正常进行。为此，我们决定对传动系统(传动轴、联轴器)进行彻底改造。

传动系统改造如下：

(1)传动轴采用无缝钢管，两端与圆钢焊制而成，三者的同心度偏差不超过0.5 mm即可满足要求。

(2)图2为传动系统示意，其采用两套GB 4323—84 TL型弹性套柱销联轴器(该联轴器具有定量补偿两轴相对偏移和一般减震、缓冲性能，重量轻，为定型产品，价格较低)，分别为电机端联轴器和风机端联轴器的基本体进行加工;将每对联轴器断面分别加工成凸凹面，形成两端支撑;安装在电机上的半联轴器和安装在风机上的半联轴器分别做成凸面(如Ⅰ和ⅰ)，另一半做成凹面;在联轴器中间间隙放入2 mm塑料橡胶垫用于减震。

(3)联轴器找正：风机、电动机、传动轴、联轴器检修就位后，以风机为基准，通过调整电机位置，使风机、电动机、传动轴、联轴器能够同心共线。

传动系统改造效果非常好，不但加工改造、安装方便，运行平稳，而且耐腐蚀性好，可以长期使用。改造后6年一直使用到今天，除定期更换弹性圈外，未出现大的故障。

4 减速机大修

该设备采用蜗轮蜗杆减速机，但具体数据不详。按照“参考相类似的规定(如医药工业《蜗轮减速器维护检修规程》)，无法购买的尽可能修复，测绘加工”的原则，主要从蜗轮轴大修、蜗杆大修、整体方面等3个方面进行。

4.1 蜗轮

检修方法：(1)检查蜗轮磨损情况;(2)蜗轮可以翻身使用，但其一面磨损不应超过标准;(3)蜗轮轴表面上的凹坑，用细锉或砂布处理;(4)测绘加工蜗轮轴。

质量要求：(1)蜗轮不允许裂损，但在实际工作中允许个别牙齿断裂15 mm以下;(2)牙齿的磨损不得超过原厚度的1/3～1/2; (3)蜗轮轴磨损不应超过1.0 mm，轴表面光滑不应有沟槽纹;(4)蜗轮轴的弯曲度、圆锥度、椭圆度均不得超过0.15 mm; (5)蜗轮蜗杆的齿顶间隙为0.2～0.3 m (m为法向模数)，齿侧间隙为0.02 mm。

4.2 蜗杆

检修方法：(1)轴表面无磨损、擦伤、划痕、斑点，如有且超过标准时应进行更换;(2)轴有无弯曲、扭转和裂纹，如有且超过标准时应进行更换;(3)蜗杆有无磨损，如有且超过标准时应进行更换;(4)轴的圆锥度、椭圆度不得超过标准。

质量要求：(1)牙齿的磨损不得超过原厚度的1/3～1/2; (2)蜗杆的弯曲度不得超过0.10 mm; (3)轴径的椭圆度不得超过0.20 mm; (4)轴的椭圆度和圆锥度不得超过0.1 mm; (5)小蜗轮外径公差不应超出0.15 mm，其节距误差不得超过0.2 mm; (6)蜗杆轴心的直线度允许公差为0.02 mm/m，齿面粗糙度Ra的最大允许值为3.2μm。

4.3 整体要求

(1)箱体应无裂纹、无渗油现象，每次检修应清洗干净;(2)箱体上、下盖应刮研干净，纵横两方向的水平度公差应≯0.1 mm; (3)齿表面不应有划伤、毛刺、裂纹，啮合工作面无啃咬现象，用红丹检测齿面接触，沿齿宽方向≮60%，沿齿高方向≮50%;(4)油路检查，保证必需的油位。

4.4 其他

国家标准变化后造成的问题，因国家标准的更新，造成滚动轴承型号的变化。原7520轴承用GB 297—847218代替，同时NSK32220与7812.7520一致，也可使用。

5 电机更新

原配用电机JO2型电机，国家已明确淘汰。通过对两种不同标准的电机性能进行分析比较，按照转速、功率、额定电流等参数进行对照，决定用Y200L-6 (30 kW)型电机代替。

6 叶片检查大修

虽然叶片较为简单，一目了然，但是叶片的实际状况对凉水塔风机运行有着较为重要的意义，因为叶片质量造成四个叶片全部折断的事故在我公司也发生过。

对叶片的检查大修应做到以下几点：(1)对叶片进行整体检查，不得有变形、扭曲、破损、附着物以及铆钉松动等。叶片和轮毂必须按照相同编号安装，不得任意交换位置，以免造成震动;(2)修复过的叶片和新购进的叶片需和与其配套的轮毂组装后进行静平衡试验，其静不平衡力拒不得大于28 g·m; (3)校验安装角，叶片安装角允许差为±1°;(4)叶片尖端与风筒间隙2～3 mm; (5)叶片检修运行后，叶轮外延径向跳动为1.0 mm，端面跳动1.0 mm。

7 改造后试车

按照要求组装完毕后，用手转动叶片盘车5周以上，应运行平稳，无异常声响。

启动电机后，检查以下内容：(1)风机转向是否正常;(2)有无不正常声响;(3)电流是否正常;(4)是否有超标振动等情况;(5)轴承温度是否正常;(6)噪音;(7)负荷测定。

运行1 h以上，以上7条均合格时，可以正式投入运行。

8 结语

通过对老式淘汰型30E2-11 NO47型轴流通风机存在的突出问题的分析，并有针对性进行传动系统改造、减速机大修、电机更换、叶片大修等，解决该设备的突出问题，使该设备继续发挥作用。可以说，设备改造是企业提高设备技术装备水平的重要手段，对一些老的企业更为如此。

参考文献

[1]化工厂机械手册编委会.化工厂机械手册.北京:化学工业出版社, 1989

轴流式通风机 篇4

关键词：电动机微机综合保护,轴流式风机电动机,反转反风,过热保护,转换开关

矿井用主要通风机一般采用抽出式通风, 为防止进风井口附近、进风井筒以及井底车场等处发生火灾时, 避免火灾蔓延, 采取的重要措施之一是让风流反向。因此, 按照《煤矿安全规程》要求, 生产矿井主要通风机必须装有反风设施。当需要反风时, 必须在10 min内改变巷道中的风流方向, 并要求每年必须组织一次反风演习。

平煤八矿使用的主要通风机为轴流式风机, 按照其结构特点, 通风机的反风方式为电动机反转反风。但在微机综合保护装置使用过程中, 电动机不能实现反转运行, 亟待改进。

1 应用情况分析

平煤八矿为年设计产量300万t矿井, 现使用ANN-3120/1600N型和BDK-12-No36型轴流式风机各2台, 配套电动机均为高压三相异步电动机, 功率分别为2 240 kW和400 kW×2, 所使用的电动机微机综保分别为WDZ-430型和HYP-1410型电动机微机综合保护装置。

通风机反风时需电动机进行反转运行, 电动机正常反转运行时必须倒换电源相序, 微机综保的输入电流由于采集自启动柜负荷侧CT装置, 输入电流相序也随之发生变化。而其电压信号采集自母线段PT装置, 输入电压信号相序并没有改变, 基于电动机微机保护设计原理, 电动机微机综保将反转时的运行电流误认为负序电流。计算等效电流时, 由于负序电流发热系数K2为3～10, 远大于正序电流发热系数K1 (0.5～1.0) , 计算出的等效电流要大得多, 相应的电动机积累过热量θ∑过大, 超过电动机的跳闸 (允许) 过热量θT, 而被微机综保误认为电动机过负荷, 从而致使过热保护动作, 电动机不能实现反转运行。

2 过热保护原理

作为电动机微机综合保护, 主要用于三相异步电动机的综合保护和测控, 保护装置可配置独立的操作回路和防跳回路, 可适用于各种出口的电动机回路, 并具有完善的保护功能, 其中重要的一项保护为过热保护。生产厂家在过热保护计算原理设计上一般遵循以下设计原则:考虑到正、负序电流的热效应不同, 在发热模型中采用热等效电流Ieq。其表达式为:

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式中, K1=0.5～1.0, 额定启动时间内取0.5, 额定启动时间后取1.0;K2=3～10;I1为正序电流;I2为负序电流。

K1随启动过程变化, K2用于表示负序电流在发热模型中的热效应, 由于负序电流在转子中的热效应比正序电流高很多, 比例上等于在2倍系统频率下转子交流阻抗对直流阻抗之比。根据理论和经验, 一般微机保护装置取K2=6。

电动机的积累过热量θ∑为:

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式中, Δt为积累过热量计算间隔时间, 这里取0.1 s。

电动机的跳闸 (允许) 过热量θT为:

θT=I2e·Tfr

式中, Tfr为电动机的发热时间常数, s。

当θΣ>θT时, 过热保护动作;θΣ=0, 表示电动机已达到热平衡, 无积累过热量。为了表示方便, 电动机的积累过热量的程度用过热比例θr表示:

θr=θΣ/θT

由此可见, θr>1.0时, 过热保护动作, 为提示运行人员, 当电动机过热比例θr超过热告警整定值θa时, 装置先告警。

电动机在冷态 (即初始过热量θΣ=0) 的情况下, 过热保护的动作时间为:

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当电动机停运, 电动机积累的过热量将逐步衰减, 保护装置按指数规律衰减过热量, 衰减的时间常数为4倍的电动机散热时间Tsr, 即认为Tsr时间后, 散热结束, 电动机又达到热平衡。

3 改进方案

针对电动机微机综保在平煤八矿轴流式风机电动机应用中的问题, 为了满足生产需要, 根据现场实际及电动机微机保护工作原理, 采取以下2种方案解决了此问题:

(1) 加装转换开关。在微机综保两相电流输入端加装转换开关, 在反转时, 当电动机倒换启动柜两相母线相位时, 应同时调整与一次侧相对应的微机综保二次回路两相输入电流信号相位, 使其与电动机反转时采集自母线段PT的电压信号相位一致, 使微机综保默认等效电流仍然为正序电流, 正确计算等效电流, 不使微机综保误动作, 从而实现电动机反转正常运行。转换开关安装如图1所示, 对应的转换开关真值表如图2所示。

(2) 增设一套反转保护程序。在电动机微机综保中另外设计一套反转保护程序, 默认相序变化后反转电流仍为正序电流。在微机综保开关量输入端加装一转换开关, 当转换开关打到“反转”位置后, 微机综保在采集到“反转”开关量输入信号后, 使用反转运行保护程序, 从而实现电动机反转运行。

注意事项:方案 (2) 适用于正反转转换不频繁的设备, 并且在运行中严禁操作转换开关, 以防过热保护误动作跳闸停机, 以及方案 (1) 中转换开关瞬间开路。

4 结语

(1) 微机综合保护装置改进安装简便, 成本低廉, 使用效果良好。

轴流式通风机 篇5

1 通风机的主要技术参数

型号:A N N-3800/2000

转速:n=745r/m in

生产厂家:英国豪顿

2 ANN-3800/2000型动叶可调轴流风机的主要特点及应用

1) 在临时通风机房旁扩建一栋永久通风机房, 在永久通风机房内安装两台A N N-3800/2000型动叶可调轴流通风机来替换原有旧通风机。

2) A N N-3800/2000型动叶可调轴流通风机的结构特点。

A N N-3800/2000型动叶可调轴流通风机装置主要由进气箱、轴承组、扩散器、轮毂、叶片、液压调节装置、液压油站、润滑油站等组成。并可利用叶片的动态可调性, 在风机运行时, 随时调节叶片角度 (机械角度10°~50°) 以满足矿井不同时期通风量的需要, 使风机经常处在高效区运行, 可以有效地保护风机及配用主电机的性能结构和节约电能。

3) A N N-3800/2000型动叶可调轴流通风机的性能特点。

a.负压和流量调节范围大。该风机的负压和流量调节范围比旧风机大, 其调节范围为:负压:———0Pa~5800Pa;流量:———0m3/s~800m 3/s;最高静压效率大于88%。

b.采用动叶可调装置。通风机叶片采用液压动叶可调装置, 在风机运行时可以随时调节叶片角度, 调节范围大, 可以满足矿井不同时期的供风需求量, 同时风机叶片能在零角度 (机械角度10°) 启动风机, 以实现电机空载启动。

c.节省反风道投资。该通风机反风时, 只要将风机反转零角度启动, 然后将叶片调节到需要的角度, 就可实现反风, 节省了反风道的投资, 这种方式的反风量可以达到正常运转时风量的40%以上, 满足《煤矿安全规程》的要求。

d.通风机振动小。根据安徽煤矿矿用产品检验中心的安全检验报告, 其实测结果为2.8m m/s, 低于挠性支撑Vrm s (7.1m m/s国家相关标准) 。

e.通风机噪声低。声压级在距离风机机壳中心1米处不超过85db (A) , 符合我国环保有关标准要求。

f.通风机监测系统完善。风机监测系统设有防喘振报警及跳闸、油位报警及跳闸、油温报警及跳闸、轴承温度报警及跳闸、失速报警及跳闸等装置, 全方位地监测风机的运行状态。

g.拥有先进的控制系统。该风机采用可编程序控制器 (PLC) 进行自动化控制, 并采用M C G S组态软件与PLC进行数据交换, 在上位机上进行可视化操作, 使得操作更加简单易学, 控制系统的可靠性和参数变更的灵活性得到大大提高。

3 使用效果

A N N-3800/2000型动叶可调轴流通风机自在顾桥矿投入使用以来, 根据实际运行情况, 体现出明显的优越性, 主要体现在以下方面:

1) 由于该风机可以进行零角度 (机械角度10°) 起动, 首先, 很大程度上减少了起动电流, 避免对电网电压造成较大影响而妨碍其他设备的正常运转;其次, 减少了起动时的冲击转矩, 对电机和风机的机械特性起到很好的保护作用;再次, 降低了起动时的能量损耗等。

2) 风机零角度起动并稳定运行后, 根据实际需要, 在上位机上就可进行角度调节, 操作简单易行, 大大减少了叶片调节的工作量和维护量。

3) 该风机装设完毕, 其性能特性曲线现场测定与风机出厂性能曲线基本一致, 效率也远远高于60%的国家相关标准, 体现出了风机高效低耗的运行特点。

4) 噪音污染情况得到改善, 风机振动也比国家相关标准小的多。

5) 先进的PLC控制系统, 操作简单、易学、方便, 正常停止、起动风机在2分钟内就可以完成, 切换风机在4分钟内就可以完成, 可靠地保障了顾桥矿井的安全生产。

轴流式通风机 篇6

1 改造的必要性

在近些年来的煤矿生产中, 经常发生的安全事故中瓦斯爆炸是很常见的, 瓦斯爆炸会造成严重的生命和财产损失, 如果矿井通风不够顺畅, 通风量不够充足, 这样空气的质量就无法保证, 同时瓦斯的浓度就会随之增加, 到一定程度就会发生瓦斯爆炸, 导致严重的事故, 危机矿工的生命安全。同时矿井的主通风机是整个矿井的呼吸系统, 处于持续的工作状态中。而生产中随着矿井的不断加深, 所需的风量也会随之增加, 无疑风机在工作中的所需要的实际功率也会增大。而在不同时间和季节, 所需要的风量都是各不相同的, 因此都需要根据实际进行调节。但是在实际上, 煤矿生产中所设计的通风机和拖动的电动机比生产中实际所需的功率都要大很多, 这样就造成了很大的浪费。

1.1 传统的风机的调节系统落后

传统的调节系统, 是通过对风门和叶片的角度进行调节来获得实际所需要的风量, 这种调节方式, 不断调节起来比较费力, 同时还浪费了能源;传统的电源控制系统采用的是直接或者是降压的启动方式, 这样对于较大功率的电机来说, 启动会需要较长的时间, 在启动过程中所需的电流也很大, 同时对电动机的保护功能也也不够, 这样容易损坏电机, 对电网会造成很大的冲击力, 严重的时候, 还可能跳闸, 对整个供电系统造成严重的影响。

1.2 传统风机恒转速运行中的问题

1) 通常情况下, 大型的煤矿生产持续的时间都很长, 而所需要的生产设备就需要提供长时间的服务, 而在对风机的设计中, 主扇风机的余量通常过大, 而实际上在很长时间之内, 主扇风机都在比较小的负载下运行着, 同时煤矿主扇风机通常都采用的是挡板的调节方式进行调节, 这样就严重的浪费了能源, 在一定程度上增加了生产的成本。

2) 由于住主扇风机采用的是直接或者是降压的启动方式, 因此启动所需的电流大而且时间长, 会严重的冲击电动机的绝缘网, 严重的情况下还会烧毁电动机, 同时由于高压电动机在自动的过程中, 会有较大的机械振动应力产生, 这给风机和电动机等其它的机械的使用寿命造成了严重的影响, 在很大程度上缩短了其的使用寿命。

3) 由于主扇风机是通过人工对挡板进行调节, 无法实现对风量的自动和实时调节, 所以自动化程度较低, 一旦发生故障, 就会严重的影响到矿井中的正常生产。

2 改造的可行性

变频调速器是一种新型的电力变化装置, 在进行年来, 在各个行业和领域中一定得到了广泛的应用, 其具有很多优点, 如:容易启动、可以实现无极调速、节能效果良好、同时可以对电机进行全面的保护等, 所以, 想要实现矿井中的安全生产, 同时要节约生产成本提高生产的效益和自动化程度, 对传统的通风机进行改造是实在必行的, 同时由于变频器的成熟应用, 对传统的通风机的改造同时又是有很强的可行性的。

3 对旋轴流通风机的特点

想要保证安全顺利的生产, 必须要保持良好的通风设施, 所以在一般情况下, 都会采用两套系统, 如果所用的系统出现故障时, 另外一套系统就可以投入使用, 进而保证生产的正常进行。矿井通风机通常分为两类, 即:轴流风机和离心风机。

两级的轴流通风机中, 把其中一个叶轮装在另外一个叶轮的后面, 同时两个叶轮在旋转时向着相反的方向旋转, 就是对置式轴流风机, 或者是对旋型轴流通风机。

它和普通的轴流风机相比, 有很多优点。

1) 可以将导叶省略掉, 因此其结构尺寸小, 方便使用;2) 和传统的传动结构相比, 将叶轮直接安装在电机轴上, 所以减少了对传动装置的损坏, 增加了使用寿命, 同时消除了能力的损耗, 使得风机的传动效率和使用效率在一定程度上得到了提高。此外, 由于对旋轴流式通风机没有静叶, 也就不存在对其的损失和损耗, 所以和普通的风机相比, 其的效率更高;3) 普通的风机的送风量通常能达到百分之三十到百分之四十, 而对旋轴流式通风机的送风量可以达到百分之七十到百分之八十, 所以其比普通的风机的逆向送风量更大;4) 对旋轴流式通风机使用起来比较灵活, 由于该风机的工作轮是通过两台电机来实现驱动的, 所以其可以根据不同的使用状态环境和要求, 可随意进行组合, 使得其中的一级空转进而组成动叶加后导叶级或者是前导加动叶级, 通过对栅距的调节进而实现对变风量的调节。对旋风机还有一个特有的功能, 就是其可以通过可变转速和两个转子的转速来调节流量。尽管如此, 要实现无级调速, 在不停止风机工作的情况下调节分量和功率还是比较困难的。

矿井通风机作为煤矿生产中不可缺少的设备, 一旦设备故障, 就会严重的影响矿山中的的正常生产, 所以, 所投入的设备在能满足安全生产的要求的基础上, 必须要具有较高的可靠性。

4 旋轴流通风机的变频使用

由电动机转数工式可知:n=60f× (1-s) /p, 其中:S———转差率;n———转子实际频率;f———电源频率;p———电机极对数。

可见, 只要改变电机频率, 就可以实现电机的转数的调节, 高电压大功率变频器通过控制IGPT的导通和关断, 使输出频率连续可调。而且随着频率的变化, 输出电流, 电压, 功率都将发生变化, 即负荷大时转速大, 输出功率大, 负荷小时转速小, 输出功率也小。所以我神华宁煤集团任家庄煤矿在矿井通风系统建设中, 选用了运城市FBCDZNO26型对旋轴流通风机选用了北京利德华福公司生产的HARSVERT-A系列高压变频器, 从两千零七年下本年投入运行中, 功率都在二十五到三十五赫兹的范围之内, 运行较为稳定, 而且有着较好的节能效果。

5 应用的效果

1) 在改造之后, 风机实现了软启动, 避免了启动中电流的冲击, 可以随时根据需要进行启动和停止, 所以变频启动对电网不会产生任何的冲击作用, 提高了其使用的可靠性;2) 在改造之后, 风机直接通过变频器的变频条件风机的转速, 就可以实现对风量的调节, 而且调节范围也很大, 进而就在一定程度上减少了对能源的浪费;3) 由于在运行中的变频作用, 实现了良好的节能效果, 节能的效率可以达到百分之六十三以上;4) 使得风机的工作强度得到有效的降低, 同时实现了电动机和风机的直接连接, 减少了传动的环节, 进而增加了风机的使用寿命, 减少了维修的费用, 节约了成本;5) 由于降低了系统的压力, 这样管道的压力和密封条件就得到了缓解, 增加了风机的使用寿命;6) 由于系统的可靠性较高, 这样就使得工作的效率得到有效的提高, 进而就减少了维修的费用和工作量, 节约了生产成本, 同时还有效了抑制了机械共振现象。

6 在改造中应该主要的问题

1) 由于矿井中所用的通风机的特点, 所以在对其进行改造中, 要注意对变频器的参数的调整。由于惯量较大, 在停机过程中电动机还是要进入发电状态, 如果在这个时候, 变频器停机的时间不长, 发电的能量就会进而变频器形成倒灌现象, 这样就会导致主电路的电压升高, 进而使得系统中的主要元器件被损坏。而一旦用户对负载的情况没有全面掌握, 所调整的参数由于下降的时间过短而导致了电解电容发生爆裂现象, 导致这种现象的原因就是在停机中过大的电压造的。对于此类问题, 可以通过加控制单一的方式, 把这部分能量释放掉, 如果对停机的时间没有具体的要求, 还可以延长变频器的下降时间, 使得变频器的下降时间和电机的自然停止时间保持一致, 通过这两种方式就可以处理;2) 对旋转风机调速之后, 尽量保证两台电机的运行频率要保持一致, 这样才能保证电机的转速相一致。进而避免两台电机的不同转速导致风阻形成, 给风机的正常运行带来应用;3) 由于负载的惯性比较大, 如果电动机的升速时间和变频器频率的变化时间不能保持一致, 变频器就会出现过流保护, 就无法正常进行工作, 所以对升速时间来说, 最好是变频器能保证正常工作, 不能过短。

7 结语

总而言之, 矿井通风机在采用了变频调速之后, 实现了软启动, 在很大程度上节约了电能, 可以根据实际需要对风量进行调节, 神华宁煤集团灵新矿经过一年多的运行, 已证明该技术改造是成功可行的, 应用效果十分理想, 达到了预期的效果。

参考文献

[1]张永惠.变频调速技术在矿山中的应用[J].水利电力出版社, 2003.

[2]王韬, 霍宏义, 白宏峰, 王克志.高压大功率变频器在对旋式通风机上的应用[J].中国煤炭, 2009.

轴流风机失速与喘振 篇7

火力发电厂轴流风机具有驼峰形曲线这一特点, 决定了风机存在不稳定区。风机并不是在任何工作点都能稳定运行, 当风机工作点移至不稳定区时就可能引发失速及喘振。

1 轴流风机的失速与喘振现象

1.1 失速现象和原理

当风机动叶开度在某个位置不变时, 在工作区域内, 出口压力随流量的减小而增加, 当流量减小到某一值时压力达到最大、当流量进一步减小时, 风机压力和运行电流突然降低, 振动和噪音增大这一现象称为风机失速。风机失速后有两种表现, 一是风机仍能稳定运行, 即压力、风量、电流参数平稳, 但噪音增加, 风机全压稍下降并承小幅度脉动, 风机振动比正常运行高, 这种现象称为旋转失速。一是风机压力、风量、电流大幅度波动, 噪音异常增大, 风机不能稳定运行, 风道设备可能很快遭受损坏, 这种现象称为喘振。

1.1.1 轴流风机旋转失速

风机叶片不可能有完全相同的形状和安装角。因此失速现象并不是所有叶片同时发生, 而是首先在一个或几个叶片出现。若在叶道2中出现脱流, 叶道由于受脱流区的排挤变窄, 流量减小, 气流分别进入相邻的1、3叶道, 使1、3叶道的气流方向改变。使流入叶道1的气流冲角减小, 叶道1保持正常流动;叶道3的冲角增大, 加剧了脱流和阻塞。叶道3的阻塞同理又影响相邻叶道2和4的气流, 使叶道2消除脱流, 同时引发叶道4出现脱流。因此脱流区是旋转的, 其旋转方向与叶轮旋转方向相反, 这种现象称为旋转失速。

1.1.2 影响冲角a大小的因素

风机定速运行, 即叶片周向线速度u可以看作是一定值, 影响叶片冲角大小的因素就是气流速度c与叶片的安装角b。当叶片安装角b一定, 如果气流速度c越小, 则冲角a就越大, 产生失速的可能性越大。当气流速度c一定时, 如果叶片安装角b减小, 则冲角a也减小, 因此, 当风机低负荷运行时, 失速可能性将会减小。对于动叶可调轴流风机, 当风机发生失速时, 关小失速风机的动叶角度, 可以减小气流的冲角, 从而使风机逐步摆脱失速状态。对于叶片高度方向, 线速度u沿叶片高度方向逐渐增大, 在气流速度c一定的情况下, 冲角a会随着叶片高度方向逐渐增大, 在叶顶区域形成旋转失速。故叶片安装角b随着叶片高度的方向逐渐减小, 可以避免因叶高引起的旋转失速, 风机扭曲叶片即基于这个道理。

1.2 失速的危害

失速导致风机损坏, 由于旋转失速使风机各叶片受到周期性力作用, 若风机在失速区内运行相当长时间, 会造成叶片断裂, 叶轮的其它部件也会受到损害。

失速导致喘振, 若管道系统容积与阻力适当, 在风机发生失速压力降低时, 出口管道内的压力会高于风机产生的压力而使气流发生倒流, 管道内压力迅速降低, 风机又向管道输送气体, 但因流量小风机又失速, 气流又倒流。这种现象循环发生, 称为喘振。伴随喘振的发生, 风机参数也大幅度波动, 振动剧烈。可在很短时间内损坏风机, 必须立即停止风机运行。

失速造成并列运行风机间相互“抢风”, 两台并列运行的风机中的一台发生失速后, 两台风机间可能出现相互“抢风”现象而无法并列运行;或虽两台风机能并列运行, 但两台风机的总出力可能达不到需要而影响其带负荷能力。

1.3 轴流风机喘振概述

轴流风机性能曲线左半部, 存在一个马鞍形区域, 在此区域运行时有时会出现风机参数大幅波动, 风机及通道产生强烈振动、噪声显著增大等不正常工况, 这一不稳定工作区称为喘振区。喘振是不稳定工作区内可能遇到的现象, 而旋转失速在该区域内是必然出现的。

1.3.1 轴流风机喘振原理

风机在曲线右侧下降部分工作稳定, 一直到工作点K。但当风机负荷降到低于Qk时, 进入不稳定区。只要有扰动使管路压力升高, 则由于风机流量大于管路流量 (Qk>QG) , 管路工作点向右移动至A点, 当管路压力PA超过风机正向输送的最大压力Pk时, 风机工作点立即变到B点 (A、B点等压) , 风机抵抗管路压力产生的倒流而做功。此时, 管路中的气体向两个方向输送, 一是供给负荷需要, 一是倒送给风机, 故管路压力迅速降低。至D点 (C、D点等压) 时停止倒流。但由于风机的流量仍小于管路流量, QC<QD, 所以管路压力仍下降至E点, 风机的工作点将瞬间跳到F点 (E、F点等压) , 此时风机输出流量为QF。由于QF大于管路的输出流量, 此时管路风压转而升高, 风机的工作点又移到K点。上述过程重复进行, 就形成了风机喘振, 风机流量在QB~QF范围内变化, 而管路输出流量只在少得多的QE~QA间变动。

1.3.2 失速与喘振的区别及联系

风机失速与喘振都发生在P-Q曲线左侧不稳定区。失速发生在P-Q曲线峰值K以左的整个不稳定区, 喘振只发生在P-Q曲线向右上方倾斜部分, 其压力降低是失速造成的。失速的发生取决于叶片内部, 包括叶轮、叶片结构、进入叶轮的气流等, 与风道系统容量、形状等无关。失速发生时, 尽管叶轮附近的工况有波动, 但风机流量、压力和功率基本平稳, 风机可以继续运行。但发生喘振时, 风机流量、压力和电流产生大幅度波动, 同时伴有明显噪声, 振动很剧烈, 损坏风机与管道系统, 风机无法正常运行。

2 失速报警装置

我厂失速探头由两根相隔约3mm的测压管组成, 位于叶片进口前。测压管中间用隔片分开, 风机运行时, 叶轮进口气流均匀地从进气室沿轴向流入, 探头间的压力差微负。当风机工作点进入旋转失速区, 叶轮前的气流除轴向流动之外, 还有失速区流道阻塞气流所形成的圆周方向分量。叶轮旋转时先遇到的测压孔, 即隔片前的测压孔压力高, 而隔片后的测压孔压力低, 产生失速压差, 我厂一次风机失速探针为通径6mm, 失速保护差压定值为200Pa。送引风机、增压风机失速探针为通径10mm, 失速保护差压定值为500Pa。

3 调顺电厂一次风机失速案例

3.1 失速过程

2013年3月23日, #1机组运行中, 一次风机B发失速信号, 经快速减负荷, 降低风机出力后, 报警消失, 报警最长持续时间为50s (设计为延时100s跳闸) , 过程如下:

10:45:00机组负荷增至550MW, 一次风机出口10.93kpa

10:58:15一次风机B发失速信号, 一次风机B失速压力信号跳增至539pa。一次风机动叶由69.35%自动减至55.45%, 一次风机B电流由120A降至72A。一次风压由10.95kpa快降至6.19kpa。一次风压低报警发出, 多台磨入口风量低报警信号发出。E磨入口总风量由135km3/h降至24km3/h, B磨入口总风量由136km3/h降至45km3/h, 炉膛压力降至-1014pa, 增压风机入口负压降至-1352pa。

10:59:05一次风机动叶减至50%, 风压恢复至9.8kpa。一次风机B失速信号消失。

10:59:25煤量由230t/h增至240t/h, 机组负荷降至538MW。

10:59:31调整一次风机压力正常, 观察炉膛压力振荡回复中。

3.2 失速原因分析

年后#1炉空预器B压差持续增大, 满负荷时达到2800pa (#2炉压差约为1600pa) , 对各风机都存在堵风现象, 均具有失速危险性, 3月23日运行中, 机组接近满负荷运行, 热一次风母管压力偏低, 故一次风机动叶开大, 出口风压比正常稍高, 由于E磨折算后一次风量不准, 冷热风门逐渐关小, 最低均关至50%以下, 一次风机出口压力进一步升高, 导致一次风机B首先失速, 失速瞬间差压报警, 一次风压突降, 此时燃烧恶化, 锅炉各参数摆动, 而本厂针对一次风机特别设置了失速自动关动叶的逻辑, 故两台一次风机开始自动关小动叶, 从上面曲线看出连续动作四次, 另外由于各台磨机风量下降, 冷热风门均同时开大, 使系统阻力减小, 最终失速现象消失, 风压恢复。

4 运行中如何判断风机失速

通过以上分析可以发现, 当发生失速时系统几个显著现象:

失速风机出口风压下降, 出口风烟温度上升;

失速风机轴承振动上升;

失速风机电流下降, 并伴随波动;

就地检查风机有异声, 外壳温度上升, 振动加剧;

CRT画面风机失速差压表显示增大, 达到报警值。

5 失速的预防和处理

a、运行人员应了解风机所在系统的阻力构成, 特别是阻力较大又易于堵塞的设备, 如空预器、脱销装置的阻力范围。若这些设备阻力超出了范围可能导致风机失速时, 应限制负荷, 控制风机的出力, 并及时加强吹灰减小堵塞程度;

b、运行人员应了解风机动叶对应开度的风机流量范围, 即从正常流量到该角度下失速流量之间允许变化。操作其它设备时, 避免瞬时流量减小过大, 引起风机失速;

c、对失速差压报警装置应足够重视, 其差压波动开始增大时应及时调整;

d、高负荷时对风烟系统操作, 包括磨煤机启停应平缓进行, 防止突变;

e、发出失速报警信号后, 首先核对失速差压报警和风机参数变化, 判断哪台风机失速;

f、由理论分析得知, 风机失速时其动叶开度是足够支撑其正常出口压力的, 所以应坚决快速的关小风机动叶, 切不可因为出口压力降低而继续开大动叶, 导致喘振加剧;

g、发生失速时, 应同时减小系统阻力, 如一次风机失速应开大磨冷热风门, 送风机失速应开大二次风门、风烟挡板, 引风机失速应适当增加增压风机入口负压等;

h、适当降低负荷, 保证炉膛燃烧稳定, 调整水位、气温平稳;

新型舰船轴流风机优化设计 篇8

关键词：风机,低噪声,高效,尺寸小,高流量

随着国内外舰船制造事业的飞速发展, 带动了舰船舱室通风设备的更新升级。高效率、低噪声、重量轻、外形结构紧凑的新型舰船用通风设备将会成为主流产品。而目前舰船用轴流通风机的结构型式过于单一, 外形结构尺寸固化, 对于舰船某些舱室特殊位置的通风换气, 常规型号的轴流风机, 虽然性能参数满足设计要求, 但是由于外形尺寸的限制, 风机不能进行正常安装使用。针对目前舰船用风机的发展现状和主流产品设计趋势, 对舰船上通风设备的优化改进设计, 将是一项很有研究意义的工作。在当前节能低噪声的大背景下, 一种新型的低噪声、高效、结构紧凑的舰船通风设备将会拥最有广阔的风机市场。

1 设计参数及风机结构

本文设计的舰船用轴流风机是对传统型号的轴流风机的一个优化系列产品。具体设计参数为:

风机叶轮直径740mm;

风机转速为1450r/min;

风量27500 (1±5%) m3/h;

全压690Pa;

振动烈度4.5mm/s;

噪声≤90d B;

风机输送介质为空气, 密度为ρ=1.2kg/m3。

风机的基本结构如图1所示:

本文设计的舰船轴流风机主要由风筒、叶轮、静叶支撑及电动机等部件组成。叶轮直接安装在电动机轴上, 电动机借助端盖凸缘上的螺孔与风机内静叶支撑内筒法兰连接。风筒为优质钢板焊接结构, 风机进气端为集流形结构, 排气端带有法兰以便于管道连接。叶轮由轮毂和多片叶片通过螺栓连接组成, 轮毂和叶片均为铸铝材质。叶轮采用静态叶角可调节型结构, 通过在叶轮静态时改变叶片的安装角度, 来调节流量和压力, 以达到多种设计需要。

2 风机气动性能计算

本次设计是以叶轮直径 (即外形结构图中φD=740mm) 740mm做实验样机的型式, 根据样机的设计参数进行的气动性能计算, 风机型号定为JCZT-75, 风机转速n=1450r/min。

2.1 计算比转速ns

由比转速的大小, 参照通风机设计手册中全压系数ηt与比转速ns的关系曲线, 取风机的全压效率ηt=70%。

2.2 叶轮圆周速度Ut

由已知参数叶轮外径D=0.74m, 转速n=1450r/min, 根据叶轮圆周速度计算公式得:

2.3 流量系数

2.4 全压系数Ψt

2.5 确定叶轮轮毂直径d

根据通风机设计手册中Ψt与d軈的关系选择表 (表1) :

取d=0.41m, 即轮毂直径为d=410mm。

则得到轴向速度Ca为:

2.7 判断叶轮叶片根部是否产生气流分离

由上述计算数据及选取的风机的全压效率ηt=70%, 计算风机理论全压系数Ψt·th为:

根据通风机设计手册中给出的通风机最佳计算参数n2=0.15~0.25, 由最佳计算参数和理论全压系数间的关系图, 选取n2=0.25, 则:

λm为平均半径叶片处的展弦比, λm值可在下述范围内取:

所以叶片数量范围Z=10.82× (0.9~1.5) =9.7~16.2。

综合上面的计算和舰船轴流风机的叶轮比较, 取叶片数量Z=16, 即叶轮采用16片铸铝叶片和铸铝轮毂通过螺栓组成。

2.9 计算风机的轴功率N及电动机的选择

由设计参数Q=27500m3/h;P=690 Pa和风机全压效率ηt=70%;则N为:

根据电动机功率与风机轴功率的关系P≥N=8.28kw, 选取电动机的功率为11kw, 转速为1450r/min。

3 主要部件技术要求

3.1 风筒

风机风筒采用优质钢板焊接而成, 保证足够的强度。设计过程中采用先进的ANSYS10.0有限元分析软件, 对风筒进行三维造型, 并模拟分析其强度, 保证其满足使用条件的要求。

3.2 电动机

电机作为风机的重要组成部件, 其防护等级、绝缘等级、防湿热等都要有一定的保证, 选取具有舰船产品制造合格认证的电动机产品。

3.3 叶轮

叶轮作为风机中的关键部件, 重新设计叶型和计算叶片角度, 和风筒一样采用三维Solid Works软件对叶轮进行三维造型设计, 并根据叶轮的三维造型开设模具, 轮毂和叶片均经过模具铸造成型, 保证轮毂和叶片具有良好的型面要求。材料的选择上, 轮毂和叶片我们均采用铸铝材质、并对每件铸件进行X射线探伤检验, 保证其使用寿命和强度。

4 性能试验

由于该型结构风机的设计是对常规舰船轴流风机的优化, 因而该型风机的实际流量和压力计算需要通过试验测得数据, 得出该型号风机的压力-流量关系曲线, 通过将实验数据与设计数据进行对照比较, 得出试验结果。实验记录详见表2, 风机试验性能曲线图如图2所示。

从上表中数据可以清晰的看出, 该型风机各项性能指标不仅均能满足设计参数的要求, 而且通过对风筒结构和叶型的重新设计, 使得该型风机实际性能比预期效果还理想。风机委托中国船舶重工集团公司第七0四研究所, 对样机进行了舰船设备可靠性试验, 并由第七0四研究所出具权威检验报告, 证明风机符合军品设计的规范。

5 结论

该型舰船轴流风机设计满足了小尺寸、中高压高流量要求。在叶轮直径740mm, 叶片数16片, 转速1450r/min的条件下, 最高效率点时的风机流量可以达到28615m3/h、风机全压722Pa、A声级噪声≈85.3d B, 风机实际性能参数均优于原设计值。根据通风机的相似计算原理, 推算出该系列其他机号JCZT-50、55、60、70、80、90、95在不同转速下的各种性能参数。通过与常规舰船轴流风机实际比较, 总结出该型风机优化设计后的优点:

1) 该型舰船轴流风机的叶轮采用叶片静态叶角可调节型结构, 通过对叶片安装角度的调节, 可以得到多种不同的性能参数, 使该型单个型号风机的用途更广。叶轮的轮毂和叶片都经过设计计算后开模具, 采用铸铝材质, 型面更好, 外形更美观;对铸件进行X射线探伤检验, 保证每一枚叶片都具备高强度等优点, 确保间歇性运转的安全可靠铸造而成。

2) 该型舰船轴流风机通过对叶片叶型的流线型优化设计, 使得该系列风机作业状态时的噪声比其他规格轴流风机产品的噪声大大降低;在不影响风机性能的前提下, 对风筒进行了重新设计, 缩短风筒长度的同时, 在进风端设计流线型喇叭口, 不仅改善了风机的通流能力, 还对风机的工作效率大大提升, 并经试验证明整机效率可提高5~7个百分点, 相比其他型号的风机, 该型不仅整机重量较轻, 还起到了很好的节能降噪作用, 更适合现在的产品市场需求。

该型风机已经成功投入中船重工集团第七一一研究所设计的舰艇项目, 并以实现产品的批量生产, 首批产品的使用获得了研究所和船厂的一致好评。

参考文献

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[2]续魁昌, 王洪强, 盖京方.风机手册第2版.北京:机械工业出版社, 2010.

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[4]智乃刚, 肖滨诗.风机噪声控制技术.北京:机械工业出版社, 1985.