離心風(fēng)機(jī)概述

□ 張金彪□ 劉永玲□ 馮志明 □ 楊樹(shù)健□ 潘 強(qiáng) □ 潘豐豐

1.蘭州蘭石集團(tuán)蘭駝農(nóng)業(yè)裝備有限公司 蘭州 730314

2.蘭州蘭石能源裝備工程研究院 蘭州 730314

1 風(fēng)機(jī)概述

風(fēng)機(jī)是用于輸送氣體的機(jī)械，從能量觀點(diǎn)看，它是把原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為氣體能量的一種機(jī)械。通常風(fēng)機(jī)是對(duì)氣體壓縮和氣體輸送機(jī)械的習(xí)慣性簡(jiǎn)稱。簡(jiǎn)單而言，風(fēng)機(jī)是依靠輸入的機(jī)械能，提高氣體壓力并排送氣體的機(jī)械。

風(fēng)機(jī)在農(nóng)業(yè)機(jī)械中應(yīng)用很廣。大多數(shù)情況下，利用風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的氣流作介質(zhì)進(jìn)行工作。例如：在植保機(jī)械上，用氣流輸送、噴灑藥粉和藥液，并使藥液霧化；在谷物收獲機(jī)械及清選機(jī)械上，用氣流進(jìn)行清選及谷粒分級(jí)[1]；在谷物干燥機(jī)械上，用氣流作熱介質(zhì)傳遞熱能，以加溫烘干谷物并運(yùn)出水汽；在輸送裝置上，用氣流輸送各種農(nóng)業(yè)物料；在氣吸式播種機(jī)上，利用風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的真空度使種子吸附于排種盤(pán)上進(jìn)行排種。此外，在農(nóng)業(yè)中也常用風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)換氣及物料輸送等工作[2]。

2 風(fēng)機(jī)分類

按排氣壓力的高低，風(fēng)機(jī)可分為壓縮機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、通風(fēng)機(jī)。壓縮機(jī)的排氣壓力高于34.3×104Pa，鼓風(fēng)機(jī)的排氣壓力為 11.27×104～34.3×104Pa，通風(fēng)機(jī)的排氣壓力低于11.27×104Pa。

按作用原理，風(fēng)機(jī)可分為容積式風(fēng)機(jī)和葉片式風(fēng)機(jī)。前者可分為往復(fù)式柱塞壓縮機(jī)和回轉(zhuǎn)式螺桿風(fēng)機(jī)，后者按照氣流運(yùn)動(dòng)方式可分為離心風(fēng)機(jī)和軸流風(fēng)機(jī)。

風(fēng)機(jī)在工作中，氣流由風(fēng)機(jī)軸向進(jìn)入葉片空間，然后在葉輪的驅(qū)動(dòng)下隨葉輪旋轉(zhuǎn)，同時(shí)在慣性的作用下提高能量，氣流沿半徑方向離開(kāi)葉輪。這一靠產(chǎn)生的離心力來(lái)做功的風(fēng)機(jī)稱為離心風(fēng)機(jī)[3]。

離心風(fēng)機(jī)可以分為三種：?jiǎn)挝诫x心風(fēng)機(jī)進(jìn)出風(fēng)口皆可接風(fēng)管；雙吸式離心風(fēng)機(jī)只有出風(fēng)口接風(fēng)管，進(jìn)風(fēng)口為開(kāi)放式；箱式離心風(fēng)機(jī)可降低風(fēng)機(jī)噪聲，減小機(jī)殼受損。

3 離心風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)

離心風(fēng)機(jī)主要由葉輪、集流器、機(jī)殼、蝸舌等部件構(gòu)成。

3.1 葉輪

葉輪是離心風(fēng)機(jī)的主要部件。葉輪由葉片、連接和固定葉片的前盤(pán)與后盤(pán)，以及輪轂組成。離心風(fēng)機(jī)的葉片型式根據(jù)出口方向和葉輪旋轉(zhuǎn)方向之間的關(guān)系可分為后向式、徑向式、前向式三種。后向式葉片的彎曲方向與氣流的自然運(yùn)動(dòng)軌跡完全一致，因此氣流與葉片之間的撞擊少，能量損失和噪聲都小，效率也就高。前向式葉片的彎曲方向與氣流的運(yùn)動(dòng)軌跡相反，氣流被強(qiáng)行改變方向，因此它的噪聲和能量損失都較大，效率較低。徑向式葉片的特點(diǎn)介于后向式和前向式之間[5]。

3.2 集流器

集流器在葉輪前，使氣流能均勻地充滿葉輪的入口截面，并且氣流通過(guò)集流器時(shí)的阻力損失是最小的。集流器主要有四種形式：①圓筒形，葉輪進(jìn)口處會(huì)形成渦流區(qū)，較空氣直接進(jìn)入時(shí)的效果更好；②圓錐形，好于圓筒形，但長(zhǎng)度太短，效果不佳；③弧形，好于前兩種；④錐弧形，效果最佳，高效離心風(fēng)機(jī)基本上都采用此種集流器。

集流器與葉輪的配合，以套口間隙形式為好，而對(duì)口間隙形式一般較少采用。為了減弱渦流，控制倒流，可在風(fēng)機(jī)內(nèi)部進(jìn)氣口部位加裝一個(gè)擋風(fēng)圈。

3.3 機(jī)殼

風(fēng)機(jī)性能的好壞、效率的高低主要決定于葉輪，但蝸殼的形狀和大小、吸氣口的形狀等也會(huì)對(duì)其有影響。機(jī)殼的作用是收集從葉輪中甩出的氣體，使氣體流向排氣口，并在這一流動(dòng)過(guò)程中使氣體從葉輪處獲得的一部分動(dòng)壓能轉(zhuǎn)換為靜壓能，形成一定的風(fēng)壓[6]。機(jī)殼的外形為對(duì)數(shù)螺旋線形，因?yàn)闅饬鲝臋C(jī)殼流出時(shí)向葉輪旋轉(zhuǎn)方向偏斜，所以機(jī)殼出口擴(kuò)壓器一般做成向葉輪一邊擴(kuò)大的形式，其擴(kuò)散角通常為 6～8°。

3.4 蝸舌

離心風(fēng)機(jī)的機(jī)殼出口處有舌狀結(jié)構(gòu)，一般稱作蝸舌。蝸舌可以防止氣體在機(jī)殼內(nèi)循環(huán)流動(dòng)[7]。

蝸舌的形狀一般有如下幾種：①尖舌，用于高效率離心風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)的噪聲一般比較大；②深舌，大多用于低轉(zhuǎn)速離心風(fēng)機(jī)；③短舌，大多用于高轉(zhuǎn)速離心風(fēng)機(jī)；④平舌，用于低效率離心風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)噪聲小。

4 離心風(fēng)機(jī)工作原理

離心風(fēng)機(jī)的工作原理基本與離心水泵相同，當(dāng)電機(jī)帶動(dòng)風(fēng)機(jī)葉輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉輪上葉片間的氣體即獲得一個(gè)離心力，并使氣體從葉片之間的開(kāi)口處甩出。被甩出的氣體碰到機(jī)殼，使機(jī)殼內(nèi)的氣體動(dòng)能增大。機(jī)殼為一螺旋線形，空氣的過(guò)流斷面逐漸增大，動(dòng)能轉(zhuǎn)換為靜壓能，并在風(fēng)機(jī)出口處達(dá)到最大值，氣體被壓出風(fēng)機(jī)的出口。當(dāng)氣體被壓出時(shí)，葉輪中心部分壓力減小，氣體從風(fēng)機(jī)的吸入口被吸入。因此，葉輪不斷旋轉(zhuǎn)，空氣在風(fēng)機(jī)的作用下，在管道中不斷流動(dòng)[8]。

5 離心風(fēng)機(jī)性能參數(shù)

5.1 風(fēng)量

風(fēng)量Q為單位時(shí)間內(nèi)所排送的空氣體積。風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)量與葉輪直徑、轉(zhuǎn)速，以及葉輪形式有關(guān)。風(fēng)機(jī)風(fēng)量一般通過(guò)試驗(yàn)方法獲得。管道系統(tǒng)風(fēng)量調(diào)節(jié)可以通過(guò)調(diào)節(jié)管道閥門(mén)及調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)。風(fēng)量大小與風(fēng)機(jī)的葉輪尺寸和轉(zhuǎn)速成正比。

5.2 風(fēng)壓

風(fēng)壓H為風(fēng)機(jī)出口氣流全壓與進(jìn)口氣流全壓之差。風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)壓與風(fēng)機(jī)的葉輪直徑、轉(zhuǎn)速，以及空氣密度、葉輪形式有關(guān)。風(fēng)機(jī)風(fēng)壓與轉(zhuǎn)速的二次方成正比。風(fēng)壓調(diào)節(jié)可以通過(guò)調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)，在管道系統(tǒng)中也可以通過(guò)調(diào)整閥門(mén)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

由于空氣分子不規(guī)則運(yùn)動(dòng)而撞擊于管壁上產(chǎn)生的壓力為靜壓。空氣流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的壓力P為動(dòng)壓，P=0.5ρv2，其中ρ為空氣密度，v為空氣流動(dòng)速度。全壓則為靜壓與動(dòng)壓的代數(shù)和。余壓為全壓減去系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備的阻力。

5.3 功率

風(fēng)機(jī)輸送氣體時(shí)，氣體從風(fēng)機(jī)獲取能量，而風(fēng)機(jī)需要消耗能量，風(fēng)機(jī)每單位時(shí)間傳給氣體的能量稱為風(fēng)機(jī)的有效功率N，N=QH。

6 離心風(fēng)機(jī)旋向

離心風(fēng)機(jī)可制成順旋或逆旋兩種形式。從電機(jī)一端正視，如葉輪按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，則稱為順旋風(fēng)機(jī)；如葉輪按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，則稱為逆旋風(fēng)機(jī)。

風(fēng)機(jī)的出口位置以機(jī)殼的出口角度來(lái)表示，順旋風(fēng)機(jī)、逆旋風(fēng)機(jī)均可制成 0°、45°、90°、135°、180°、225°共六種角度，也可按用戶的要求制成其它特殊角度。風(fēng)機(jī)出風(fēng)口規(guī)定了左或右的回轉(zhuǎn)方向，各有八種不同的基本出風(fēng)口位置[9]。

7 離心風(fēng)機(jī)安裝注意事項(xiàng)

應(yīng)嚴(yán)格按照總圖尺寸進(jìn)行安裝各部件。為了保證離心風(fēng)機(jī)的性能，特別應(yīng)保證風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口與葉輪的套口間隙。對(duì)于一些氣體溫度較高且機(jī)號(hào)較大的離心風(fēng)機(jī)，為了保證風(fēng)機(jī)在高溫狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，機(jī)殼熱膨脹后進(jìn)風(fēng)圈與葉輪不發(fā)生摩擦，進(jìn)風(fēng)圈與葉輪進(jìn)口的套口間隙并非完全均勻，一般上大下小，左右均勻。調(diào)校進(jìn)風(fēng)圈與葉輪進(jìn)口的套口間隙，保證這一間隙滿足總圖的要求。

安裝調(diào)節(jié)門(mén)時(shí)，應(yīng)注意調(diào)節(jié)門(mén)的葉片轉(zhuǎn)動(dòng)方向是否正確，應(yīng)保證進(jìn)氣的方向與葉輪旋轉(zhuǎn)方向一致。常見(jiàn)的調(diào)節(jié)門(mén)是花瓣式葉片型調(diào)節(jié)門(mén)，調(diào)節(jié)范圍由0°全開(kāi)至90°全閉。調(diào)節(jié)門(mén)的搬動(dòng)把手位置，從進(jìn)風(fēng)口方向看去是在右側(cè)。對(duì)于順旋風(fēng)機(jī)，搬動(dòng)把手由下往上推是全閉至全開(kāi)方向。對(duì)于逆旋風(fēng)機(jī)，搬動(dòng)把手由上往下拉是全閉至全開(kāi)方向。

8 離心風(fēng)機(jī)保養(yǎng)

離心風(fēng)機(jī)長(zhǎng)期停機(jī)存放不用時(shí)，應(yīng)在軸承及其它主要零部件的表面涂上防銹油，以免銹蝕。風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子每隔約半個(gè)月時(shí)間，應(yīng)人工手動(dòng)旋轉(zhuǎn)半圈，即旋轉(zhuǎn)180°。轉(zhuǎn)動(dòng)前應(yīng)在軸端作好標(biāo)記，使原來(lái)最上方點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)后位于最下方。

9 離心風(fēng)機(jī)選用

農(nóng)業(yè)機(jī)械及農(nóng)用設(shè)備所需通用型離心風(fēng)機(jī)，大多可直接選用工業(yè)風(fēng)機(jī)，而不必重新設(shè)計(jì)。我國(guó)原機(jī)械工業(yè)部編有風(fēng)機(jī)產(chǎn)品樣本，各風(fēng)機(jī)制造廠也都提供產(chǎn)品的詳細(xì)使用數(shù)據(jù)，可作選用依據(jù)[10]。離心風(fēng)機(jī)性能常用表格或選擇曲線來(lái)表示，所提供的效率η數(shù)據(jù)均為η≥0.9ηmax范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)。因?yàn)槲覈?guó)各風(fēng)機(jī)制造廠目前均采用公制，所以在提供的數(shù)據(jù)中，風(fēng)機(jī)壓力均為出口處的壓力[11]。

離心風(fēng)機(jī)的選用原則如下。

（1）離心風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓及流量應(yīng)滿足管網(wǎng)的要求，應(yīng)盡量選用效率高、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲低、調(diào)節(jié)性能佳的離心風(fēng)機(jī)。

（2）由于管網(wǎng)工作條件有一定變化范圍，因此應(yīng)按管網(wǎng)最大流量為依據(jù)，計(jì)算管網(wǎng)的壓損及流量。

（3）因?yàn)楣艿烙嘘P(guān)設(shè)備在安裝中往往因不夠嚴(yán)密而存在漏風(fēng)現(xiàn)象，所以在選用離心風(fēng)機(jī)時(shí)需將流量增大10%～15%。

（4）考慮到管網(wǎng)壓損計(jì)算的不完善，離心風(fēng)機(jī)提供的壓力應(yīng)比管網(wǎng)計(jì)算的壓損增大10%。

10 離心風(fēng)機(jī)常見(jiàn)故障及排除

離心風(fēng)機(jī)常見(jiàn)故障及排除措施見(jiàn)表1。

表1 離心風(fēng)機(jī)常見(jiàn)故障與排除措施

11 結(jié)束語(yǔ)

離心風(fēng)機(jī)作為一種從動(dòng)的流體機(jī)械，應(yīng)用比較廣泛，在各種行業(yè)中都有所涉及。隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)在追求質(zhì)量和高效的過(guò)程中，對(duì)于離心風(fēng)機(jī)的重視程度與日俱增。伴隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人類文明的進(jìn)步，離心風(fēng)機(jī)在生產(chǎn)和生活中的作用會(huì)越來(lái)越廣，成為人類社會(huì)不可缺少的一種機(jī)械設(shè)備。我們應(yīng)掌握離心風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理及效率影響因素，合理選用離心風(fēng)機(jī)，高效地利用能量。