三元叶轮技术在煤气鼓风机中的应用与实践.doc

三元叶轮技术在煤气鼓风机中的应用与实践
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赵春景/河北省邯钢股份公司焦化厂
摘要：主要论述了“全可控涡”三元叶轮设计与制造技术在煤气鼓风机中应用与实践，提出了在目前技术条件下鼓风机组节能降耗与升级改造的可行性。
关键词：离心式鼓风机；三元叶轮；改造；节能
中图分类号：TH442
; i4 d9 {3 h. ~文献标识码：B
文章编号：1006-8155（2007）06-0062-02
The Application and Practice of 3-D Impeller Technique on Gas Blowers
Abstract: The paper mainly discusses the application and practice of 3-D impeller design and manufacturing technique of “all controlled vortex” on gas blowers, and points out the feasibility of energy-saving and upgrade reconstruction in blower units under the present technique condition.
Key words: centrifugal blower; 3-D impeller; reconstruction; energy-saving0 t7 Y6 O" _1 K, L4 {
引言
目前三元叶轮技术在国内外发展较为迅速，国内外三元叶轮设计可划分成两大类，一类是正命题设计方法，一类是逆命题设计方法。前者是先有叶轮的几何形状和尺寸再进行叶轮内流场分析，根据分析结果判断叶轮设计的好坏，再去修改所设计叶轮的形状和尺寸直到满意为止，不难想象这类设计方法不仅要求设计人员具有很丰富的判断和修改设计的经验，而且设计周期长；后者是先有所希望的流场，后有可得到这一流场的叶轮几何形状和尺寸，它是利用三元流动正命题公式，通过输入叶轮内两或三根流线上的叶片压力面与吸力面速度差沿流线的分布，通过一系列假定，实现了用已知流场求得叶轮几何形状和尺寸的反命题目的，由于它未能解决叶轮内全部流场控制与叶片光滑加工之间的矛盾，只能控制叶顶和叶根两条流线上的流动状态，当叶片较宽或叶轮由轴向转径向曲率半径（轴向尺寸）较小时，叶片高度上流场变化剧烈，则叶轮的流动效率将会下降甚至使计算设计发散。
18 S/ n8 @* y/ u* |# |- h“全可控涡”三元叶轮设计方法
“全可控涡”三元叶轮设计方法，解决了叶轮内全部流场控制与叶片光滑加工之间的矛盾，在设计时采用三元流动逆命题公式，输入叶轮内全部流体质点的“涡”（速度环量RCu）分布，直接得到三元叶片的型面，从而达到控制叶轮内全部流体质点的速度分布。大大缩短了叶轮设计的计算时间，而且可确保宽叶片或小轴向尺寸条件下设计计算收敛。
西安交通大学王尚锦教授发明的高效节能“全可控涡”三元流离心式鼓风机设计与制造技术，这种技术制造的风机转子其叶轮的子午面、回转面及叶片型线设计中采用了任意曲面设计方法，改变了国外引进技术的“直线元素”三元叶轮只能自由控制叶顶和叶根两个流体质点的运行状态，可实现对叶轮内部全部流体质点运行状态的控制，其效率可比一般三元流叶轮提高2％以上，较二元设计的叶轮提高效率8％～12％,整机效率可达84％～86％。
“全可控涡”三元叶轮的制造加工采用整体铣制工艺，整体锻件在数控加工中心直接将叶片铣制在轮盘上，以保证叶片形状与气动设计完全符合，这样既保证了鼓风机效率，而且叶片与轮盘整体又可以保障叶轮强度。“全可控涡”两体焊三元叶轮的轮盘和盖盘均采用高强度合金钢制成，并组焊成叶轮组件，并且焊后采用整体热处理进行工艺调质，这样不仅可确保叶轮的整体晶粒组织细密，而且可以消除焊后应力，从而大大提高了叶轮运行的安全可靠性。定子扩压叶片采用数控铣制安装角度固定可调节式的机翼型叶片，创造了在需要变动机组与焦炉及管网匹配特性时的调整手段。
2" p, \" t- b2 U* r5 R“全可控涡”三元叶轮技术的应用与实践
随着我国焦化行业扩建、新建新焦炉的增多,对于已有相当规模的厂矿来讲,焦炉系统增加后,老的煤气回收系统中的鼓风机的回收能力就显得不足了。以往解决这类问题的主要途径有两种:一是扩建风机机房增加新的风机,或更换旧有的风机;另一种是采用双机并联的运行方式,以达到提高煤气的回收能力的目的。前者耗资巨大,后者不但操作困难,运行成本高,而且减少了备用风机，严重地威胁到焦化生产的正常运行,因此上述两种方法都有着各自的缺点。采用“全可控涡”三元叶轮技术对旧风机进行改造是完全可行的。
采用“全可控涡”三元叶轮技术设计制造的节能型压缩机转子已广泛应用于风机制造行业，目前成功应用该技术改造鼓风机的例子有很多，并获得了良好的经济效益，举例如下。
我厂现有两台D900-0.976/1.333型煤气鼓风机,因生产工艺要求增大煤气风机的容量，由当前4.5万m3/h增大到6.1万m3/h。2005年7月与西安交大赛尔联系后,在不改变电机、增速机、风机外壳等情况下，只对风机的转子和定子导流板进行了改造，采用了“全可控涡”三元叶轮技术设计制造了风机转子,增容改造为D1250-0.976/1.333,总压头不变,电机以前使用的是1000 kW电机,此次改造没有考虑,经试车运行达到了生产设计要求,煤气流量最大6.3万m3/h,总压头30kPa,电机最大电流为97A,且运行稳定,两台煤气风机改造费用总计98万元,节约整机改造费用260万元,经济效益相当可观。
南昌钢铁公司炼铁厂的D900-2.8/0.97-YDTZ40/55型鼓风机改造[1]，在不改变风机机壳的情况下，只对风机的转子和定子导流板进行了改造，成功改型为D1160-3.0/0.97，运行指标均优于原风机，并将高炉利用系数提高了0.875t/m3•d，创造了良好的经济效益。
南京钢铁公司焦化厂的D750-2-1型煤气鼓风机改造[2]，在不改变电机（630kW）、增速机、风机外壳等情况下，只对风机的转子和定子导流板进行了改造，成功改型为D1000-1.25/0.95型煤气风机，且运行指标均达到了设计要求，运行性能稳定可靠，节约了整机改造费用240万元，且每年可降低运行电费113.5万元（国内二元风机一般需要900kW，节电270kW，按0.48元/kW·h计算），经济效益非常可观。
目前西安交大赛尔采用“全可控涡”三元叶轮技术设计制造的缸内静叶可调型“全可控涡”三元叶轮煤气离心式压缩机组性能优越，较目前其它二元叶轮的效率提高了约12％,较普通三元叶轮的效率提高了约3％,且机组使用的电动机普遍较小，如济南钢铁公司4台D900风机使用的是630kW电机、重钢焦化厂D1470风机使用的是1000kW电机、唐钢集团D3000风机使用的是1600kW电机等。
32 W/ }' O, s" L" a结论
（1）“全可控涡”三元流离心式鼓风机设计与制造技术是目前离心鼓风机中节能效果最明显的；
（2）利用“全可控涡”三元叶轮技术改造鼓风机是目前国内技术条件下最可行的手段，且机组性能优良，改造费用最经济；
（3）随着我国焦化行业扩建、新建新焦炉的增多,在当前条件下鼓风机组的节能降耗势在必行，全面推广运用“全可控涡”三元叶轮技术是时代的要求，是企业节能降耗工作的有力技术支持。
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