離心式鼓風(fēng)機出氣量不足的原因分析及處理措施

張玉蘭上海華誼丙烯酸有限公司 （上海　200137）

化工設(shè)備

離心式鼓風(fēng)機出氣量不足的原因分析及處理措施

張玉蘭
上海華誼丙烯酸有限公司 （上海200137）

對離心式鼓風(fēng)機在調(diào)試運行過程中出現(xiàn)的出氣量不足問題進(jìn)行了分析，并提出了解決方案。

離心式鼓風(fēng)機出氣量不足原因分析改進(jìn)措施

0　前言

上海華誼丙烯酸有限公司使用的GM20H-4型離心式鼓風(fēng)機由沈陽鼓風(fēng)機集團(tuán)有限公司制造，在生產(chǎn)過程中作為尾氣循環(huán)風(fēng)機使用。該離心式鼓風(fēng)機能否達(dá)到設(shè)計要求，將直接影響整個裝置的生產(chǎn)能力，并決定了裝置能否按照“安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)”的要求運行。

機組于2012年4月完成現(xiàn)場安裝驗收。在試運行階段，機組出現(xiàn)了出氣量不足的問題，經(jīng)與制造商技術(shù)人員多次溝通、討論，找出了問題的原因。經(jīng)過加工改造，機組最終達(dá)到了設(shè)計要求。本文對此過程進(jìn)行了闡述，以供同行借鑒。

1　設(shè)備簡介

GM20H-4型尾氣循環(huán)鼓風(fēng)機由電機驅(qū)動。機組的設(shè)計參數(shù)如下：體積流量為3000 Nm3/h；進(jìn)口壓力為113 kPa（A）；進(jìn)口溫度為75℃；出口壓力為245 kPa（A）；出口溫度為181.25℃；葉輪轉(zhuǎn)速為39 308 r/min；電機額定功率為160 kW；電機額定轉(zhuǎn)速為2980r/min。

根據(jù)項目的工藝設(shè)計要求，以及廠家提供的現(xiàn)場配管要求安裝了機組并完成配管。

鼓風(fēng)機系統(tǒng)的工藝流程如圖1所示，工藝尾氣從生產(chǎn)裝置回收以后，進(jìn)入鼓風(fēng)機前的氣液分離罐將液相分離過濾，然后，氣相部分以113 kPa（A）的壓力通過進(jìn)口調(diào)節(jié)閥的控制進(jìn)入鼓風(fēng)機并被壓縮，壓縮尾氣通過出口調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)進(jìn)入反應(yīng)器被循環(huán)利用。

圖1　鼓風(fēng)機系統(tǒng)工藝流程圖

2　出氣量不足的原因分析及處理措施

2.1單機試車

該鼓風(fēng)機于2012年4月在現(xiàn)場完成系統(tǒng)安裝后進(jìn)行單機試車。由于當(dāng)時裝置尚未開車，未能提供尾氣。單機試車時只能通過將鼓風(fēng)機前的氣液分離罐人孔打開進(jìn)氣，鼓風(fēng)機對大氣進(jìn)行壓縮?？諝饨?jīng)過壓縮后，進(jìn)反應(yīng)器一路的閥門脫開，通過放空進(jìn)行模擬試車。

單機試車過程中機組開車運行基本平穩(wěn)，但試車時發(fā)現(xiàn)進(jìn)口調(diào)節(jié)閥全開后，鼓風(fēng)機出口體積流量只能達(dá)到2200 Nm3/h，與設(shè)計值（3000 Nm3/h）偏差較大?？紤]到是單機試車，進(jìn)口的壓力、溫度等條件以及相應(yīng)的流體與設(shè)計工況有所不同，因而對鼓風(fēng)機的性能不能作出準(zhǔn)確判斷。

2.2機組切入系統(tǒng)后的運行情況

鼓風(fēng)機在工藝條件滿足后切入系統(tǒng)投用。在鼓風(fēng)機運行平穩(wěn)后，將進(jìn)口調(diào)節(jié)閥逐漸開大直至全開。此時，尾氣進(jìn)口壓力達(dá)到設(shè)計壓力113 kPa（A），進(jìn)口溫度控制在設(shè)計溫度75℃左右；鼓風(fēng)機出口體積流量穩(wěn)定在2200～2250Nm3/h之間，與單機試車值基本相同，電流為208 A，由于工藝調(diào)整，出口壓力控制在185kPa（A），出口溫度為185℃。由此可知，實際體積流量與設(shè)計值偏差較大，影響了裝置的生產(chǎn)能力。

2.3原因分析

2.3.1機組工藝性能分析

離心式鼓風(fēng)機的性能曲線如圖2所示，V1～V4是導(dǎo)葉在不同開度時的鼓風(fēng)機性能曲線。

圖2　鼓風(fēng)機性能曲線

根據(jù)對操作工況、管網(wǎng)和測量儀表等方面的分析，造成鼓風(fēng)機出口體積流量不足的原因可能有以下幾個方面［1］：

（1）鼓風(fēng)機進(jìn)口溫度偏高。鼓風(fēng)機進(jìn)口溫度的2變化會影響機組體積流量。體積流量和壓力的變化與鼓風(fēng)機的壓縮比有關(guān)［2］。

鼓風(fēng)機的壓縮比可用式（1）表示。

式中，εc為壓縮比；△T為溫度變化，K；M為馬赫數(shù)；m為多變指數(shù)；Ta為進(jìn)氣溫度（絕對溫度），K。

在壓縮比表達(dá)式中，進(jìn)口溫度位于底數(shù)的分母中，如果進(jìn)口溫度升高，即△T/Ta值減小，而M值小于1，則1/M值大于1，所以當(dāng)進(jìn)氣溫度升高時，εc減小，出口壓力會下降。由性能曲線圖可以看出，在同一閥開度下，如果進(jìn)口溫度升高而導(dǎo)致出口壓力降低，則會使性能曲線連同喘振點向右下側(cè)移動；如果保持出口管網(wǎng)的壓力恒定，那么其工況點會向左移動，體積流量會減小。

（2）進(jìn)口管道堵塞。進(jìn)口管道如果發(fā)生堵塞，會導(dǎo)致進(jìn)氣量不足，機組工作點向左移動，相同工況條件下的出口體積流量降低。

（3）出口管道堵塞。出口管道如果發(fā)生堵塞，會導(dǎo)致排氣阻力增大，出口壓力升高，由鼓風(fēng)機性能曲線圖可知，出口體積流量會降低。

（4）流量計測量誤差，導(dǎo)致實際體積流量與測量值有偏差。

2.3.2機械裝配情況分析

（1）機組存在漏氣現(xiàn)象。機組如果存在漏氣現(xiàn)象，會使一部分氣流從密封點處泄漏，從而使出口體積流量降低。

（2）機組內(nèi)部間隙超標(biāo)。廠家提供的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對葉輪與進(jìn)氣機殼之間的間隙有嚴(yán)格要求。如果間隙超出廠家提供的標(biāo)準(zhǔn)，將影響葉輪的做功能力，并影響氣流通過葉輪的通道，從而造成能量損失，影響出口體積流量［3］。

（3）葉輪上有垃圾。葉輪上如果存在聚合物或其他垃圾，不但會影響葉輪對氣體做功，同時也會阻礙氣流通過流道，使出口體積流量減小。

2.3.3初步判斷

根據(jù)上述分析，由鼓風(fēng)機開車后顯示的工藝參數(shù)以及現(xiàn)場排查情況，可以排除因工藝原因?qū)е鲁隹隗w積流量降低的可能性。而機械裝配原因需拆開機組才能檢查判斷。

2.4機組查修

在機組拆檢過程中，使用壓鉛法對葉輪與進(jìn)氣機殼之間的間隙進(jìn)行測量，發(fā)現(xiàn)間隙A12，A7均存在超標(biāo)現(xiàn)象，實際間隙要大于廠家提供的設(shè)計值（見表1，葉輪的結(jié)構(gòu)示意圖見圖3）。由理論分析可知，該間隙的超標(biāo)會使葉輪推動氣體流動的能力下降，使葉輪對氣流做功量減小，從而使出口氣體體積流量減小。

根據(jù)以上分析，為了調(diào)整葉輪與進(jìn)氣機殼之間的間隙，將進(jìn)氣機殼拆下后進(jìn)行精加工，將平面1與平面2的尺寸各車去0.6 mm，校準(zhǔn)兩平面的平行度。精加工后進(jìn)行現(xiàn)場安裝，使用同樣的方法進(jìn)行間隙測量，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)均在指標(biāo)范圍內(nèi)（見表1）。機組復(fù)位后開車。

表1　葉輪-進(jìn)氣機殼間隙mm

圖3　葉輪結(jié)構(gòu)示意圖

2.5檢修后試車情況

檢修完成后，對鼓風(fēng)機進(jìn)行再次試車，調(diào)節(jié)閥全開后，尾氣進(jìn)口壓力達(dá)到設(shè)計壓力113 kPa（A），進(jìn)口溫度控制在75℃左右；鼓風(fēng)機出口體積流量卻只能達(dá)到1850 Nm3/h，電流也降至200 A，出口壓力為173kPa（A），而出口溫度卻達(dá)到了193℃。由此可以看出，檢修后，出口氣體體積流量下降了，出口溫度卻上升了，理論與實際出現(xiàn)了反差。

3　對出氣量不足原因的進(jìn)一步分析和處理

3.1理論與實際出現(xiàn)反差的原因分析

針對檢修后鼓風(fēng)機的出氣量比檢修前更小的情況，工作人員從實際加工與理論設(shè)計是否存在一定偏差的角度著手，對可能的原因分析如下：（1）此次檢修時，只車去了兩個平面的尺寸，進(jìn)氣機殼上的其他尺寸可能也發(fā)生了變化，導(dǎo)致氣體的體積流量下降。（2）流道部分各部件的裝配存在死角（如葉輪與擴壓葉盤、擴壓葉盤與進(jìn)氣機殼之間存在高低不平的現(xiàn)象），使流經(jīng)流道的氣體由于死角的撞擊而出現(xiàn)渦流現(xiàn)象。（3）擴壓葉盤的葉片型線旋向錯誤（擴壓葉盤的葉片旋向應(yīng)與葉輪旋向相反，且擴壓器與葉輪的葉片數(shù)不能相等或成整倍數(shù)，以避免在設(shè)備運行過程中產(chǎn)生共振）。

根據(jù)上述情況，需要再一次拆開機組進(jìn)行檢查分析。

3.2再次停車檢查與修理

待機組再次停車后，對設(shè)備進(jìn)行解體檢查。根據(jù)檢查結(jié)果，對偏離設(shè)計的情況進(jìn)行修整處理。

3.2.1進(jìn)氣機殼拆檢分析

拆開進(jìn)氣機殼后發(fā)現(xiàn)，在圖3中倒角1處，葉輪與進(jìn)氣機殼之間有摩擦痕跡。在上一次檢修時，將兩個平面進(jìn)行了精加工，各車去0.6 mm，由于加工后未倒圓角，使流道相應(yīng)位置寬度減少約6%，導(dǎo)致原來的壓蓋倒角1處出現(xiàn)了曲線拐點，此處曲線不平滑；機組運行后，由于熱膨脹以及流體壓力的作用，使得葉輪與進(jìn)氣機殼出現(xiàn)了刮擦。

圖4為圖3中倒角1處的局部放大圖。從圖中可以看出，虛線處為進(jìn)氣機殼被車去0.6 mm后，進(jìn)氣機殼整體沿軸向向葉輪方向平移了0.6mm。雖然A7，A12處的間隙達(dá)到了設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，但加工以后，進(jìn)氣機殼倒角與進(jìn)氣機殼平面的過渡與設(shè)計值偏差更遠(yuǎn)，使得通道面積減?。ㄈ鐖D4中陰影面積所示），影響了氣體的體積流量。同時，由于加工后過渡線條上出現(xiàn)了拐點，使在拐點處通過的氣流受到撞擊等影響，在圖示的區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)了渦流現(xiàn)象，部分空氣在此處不停打轉(zhuǎn)而無法被帶出，這在增加氣體阻力、降低體積流量的同時，也使氣體的一部分動能轉(zhuǎn)化為熱能，從而使流體出口溫度升高。這就是第一次整改后開車時，氣體體積流量進(jìn)一步降低、出口溫度上升的原因。

3.2.2葉片擴壓器加工與理論設(shè)計偏差

葉片擴壓器的作用，是使從葉輪流出的速度較大的流體通過擴壓器環(huán)道時速度逐漸降低，壓力逐漸升高。擴壓器的葉片與葉輪出口之間必須有一定距離。氣流在離開葉輪時的速度是不均勻的，在一段距離內(nèi)將其混合，有利于氣流較均勻地進(jìn)入葉片擴壓器內(nèi)。

通過檢查，發(fā)現(xiàn)廠家在制造GM20H-4小型鼓風(fēng)機的葉片擴壓器時，采用的是鑄造工藝，葉片擴壓器的加工精度低，每個葉片的鑄造形狀均有差異；氣流流道表面未經(jīng)機加工，只是用砂輪機等工具進(jìn)行了打磨，表面粗糙，且流道深淺不一（流道出口處深度最大為6.2 mm，最小只有4.2 mm）。另外，擴壓器葉片進(jìn)口附近未修形成圓滑過度，存在臺階，氣流經(jīng)過時易產(chǎn)生渦流，加之粗糙流道表面摩擦阻力的影響，導(dǎo)致出口體積流量降低。對擴壓器型線旋向進(jìn)行檢查后，確認(rèn)其符合設(shè)計要求。

3.2.3機組修整處理

對機組進(jìn)行測量檢查和分析后，將其送回制造廠進(jìn)行如下修整處理：

（1）將進(jìn)氣機殼上的摩擦痕跡打磨光滑，同時按照試車時出氣量的情況，修正進(jìn)氣機殼曲線并且對其進(jìn)行精加工修形，保證進(jìn)氣機殼和葉輪之間的間隙達(dá)到設(shè)計要求，增加葉輪流道的體積，降低流道阻力。

（2）重新機加工一件葉片擴壓器，使尺寸精度、表面粗糙度得到保證。

（3）按照要求，對低速軸轉(zhuǎn)子進(jìn)行低速動平衡校驗；對高速軸轉(zhuǎn)子進(jìn)行高速動平衡校驗。

（4）按照大修標(biāo)準(zhǔn)，對葉輪、轉(zhuǎn)子、軸承、密封等零部件進(jìn)行檢查測量。

（5）按照機器裝配標(biāo)準(zhǔn)組裝機器。

圖4　加工前后氣流通道變化圖

4　再次試車驗證

對機組進(jìn)行第二次檢修復(fù)位試車。待機組運轉(zhuǎn)穩(wěn)定后，將進(jìn)口調(diào)節(jié)閥逐漸開大至閥開度為70%，尾氣進(jìn)口壓力為112.7 kPa（A），進(jìn)口溫度控制在75℃左右；根據(jù)裝置生產(chǎn)需要，將鼓風(fēng)機出口體積流量調(diào)節(jié)為2981 Nm3/h，電流為230.1 A，出口壓力控制在196.2 kPa（A），出口溫度為164.3℃。機組運行基本達(dá)到了設(shè)計要求，也滿足了工藝生產(chǎn)要求。

與第一次檢修后的開車相比，第二次檢修找出了機組出氣量不能達(dá)到設(shè)計要求的真正原因，并從根本上解決了問題。

5　結(jié)語

針對GM20H-4型離心式鼓風(fēng)機在調(diào)試運行過程中出現(xiàn)的問題，從工藝設(shè)計條件、鼓風(fēng)機的性能曲線、設(shè)備結(jié)構(gòu)特點、檢修以及設(shè)備設(shè)計與實際加工誤差等方面進(jìn)行了分析，最終找出了鼓風(fēng)機出氣量不足的原因，并在制造廠的協(xié)助下解決了問題，滿足了裝置生產(chǎn)需要。

［1］馬雷.離心壓縮機故障原因分析及處理措施 ［J］.風(fēng)機技術(shù)，2007（1）:83-84.

［2］趙明生.機械工程師手冊.2版.北京:機械工業(yè)出版社，2000.

［3］任曉善.化工機械維修手冊:中卷.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

Reason Analysis and Treatment Measures for the Gas Output Deficiency of Centrifugal Blower

Zhang Yulan

The problem of gas output deficiency occurred in the commissioning and operation process of centrifugal blower was analyzed，and the corresponding solution schemes were proposed.

Centrifugal blower；Gas output deficiency；Reason analysis；Improvement measure

TH 442

2016年6月

張玉蘭女1965年生本科工程師主要從事設(shè)備管理工作