高溫軸流通風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用 Design and Application of Axial Fan with High Temperature 劉建壽 趙尊群 / 洛陽(yáng)工業(yè)高等�？茖W(xué)校機(jī)械工程系 摘要：介紹了研制的，用于高溫、高濕、高粉塵氣體的高溫軸流通風(fēng)機(jī)，該風(fēng)機(jī)采用了水泠卻、潤(rùn)滑、皮帶保護(hù)、清灰門等結(jié)構(gòu)，具有直徑大、風(fēng)量大、低壓的特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞 : 高溫軸流通風(fēng)機(jī) 水泥立窯 水除塵 水泠卻 潤(rùn)滑
中圖分類號(hào)： TH432.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 :B
文章編號(hào) :1006-8155(2005)03-0006-03 Abstract The article introduces a new axial fan used in high temperature and high moisture and high dust .It makes use of structure of water cooling and lubrication and protected belt and clean dust door and so no.It has characteristic property of huge diameter and enormous wind and low pressure.
Keywords: Axial fan used in high temperature Shaft cement kiln Wet arresting dust
Water cooling Lubrication 1 引言 　　目前，全國(guó)水泥 78% 為立窯生產(chǎn)，立窯煙氣具有排放量大、粉塵含量高、溫度高、含濕量高以及氣體狀況波動(dòng)大的特點(diǎn)。立窯煙氣量為 30000 ～ 60000m³/h ；煙氣粉塵含量為1～10g/ m³ （通常為5g/m³）；煙氣溫度為 50 ～ 200ºC ，窯況不正常時(shí)更高；煙氣含濕量為 5% ～10% ，底火拉深時(shí)高達(dá)20% ；由于煙氣含濕量高，立窯煙氣的露點(diǎn)達(dá)到 40～ 55ºC ，甚至高達(dá)77ºC; 煙氣粉塵較粗，淺暗火操作時(shí)大于40μm 的占50% ，暗火操作時(shí)大于40μm 的占45% ；煙氣狀況隨立窯的操作和原料頻繁變化，速度快，幅度大。 　　立窯除塵器應(yīng)用較多的為水除塵器，它具有工藝簡(jiǎn)單、投資小及運(yùn)行費(fèi)用低的特點(diǎn)，但水除塵器都存在著煙氣倒煙問題。水除塵器的噴淋水增加了煙氣排放阻力，使立窯煙氣產(chǎn)生倒煙，噴水量越多，倒煙越嚴(yán)重，一方面限制了噴水量，使煙氣排放難以達(dá)標(biāo)；另一方面還使立窯窯面工作臺(tái)操作環(huán)境惡劣，工人CO中毒事故經(jīng)常發(fā)生。 為解決倒煙問題，人們作過多種探索和試驗(yàn)。在高溫氣流煙囪內(nèi)安裝軸流通風(fēng)機(jī)，會(huì)引起電機(jī)和軸承的燒毀，在立窯煙囪內(nèi)不能應(yīng)用軸流通風(fēng)機(jī)。采用鼓風(fēng)機(jī)向煙囪內(nèi)鼓風(fēng)以提高煙囪中部風(fēng)速的方式也不能解決煙囪倒煙問題。針對(duì)上述問題，研制了適合立窯水除塵專用的大風(fēng)量、耐高溫、大規(guī)格的高溫軸流通風(fēng)機(jī)。 2 性能參數(shù)的確定　　圖1 為立窯水除塵安裝高溫軸流通風(fēng)機(jī)的示意圖，每臺(tái)立窯有2個(gè)煙囪，由于水除塵器直徑較大，煙氣中含水量大，頂部位置高，高溫軸流通風(fēng)機(jī)安裝在水除塵前面，每個(gè)煙囪安裝一臺(tái)高溫軸流通風(fēng)機(jī)。機(jī)立窯在生產(chǎn)過程中，煙氣排放量 30000～60000 m³/h ，把2臺(tái)軸流通風(fēng)機(jī)的總設(shè)計(jì)風(fēng)量定在60000m³/h ，每臺(tái)軸流通風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)風(fēng)量為30000m³/h 。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，氣流經(jīng)過噴淋塔后，壓力下降220Pa 左右，把軸流風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓定在 250Pa 。由于多數(shù)機(jī)立窯煙囪直徑在Ф1.5m 左右，考慮到管道的阻力和便于管道聯(lián)接，要求機(jī)殼直徑等于或接近于煙囪直徑，所以在設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)葉輪時(shí)，盡可能增大葉輪直徑。由于風(fēng)機(jī)的葉輪直徑較大，在一定的風(fēng)量風(fēng)壓下，風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速就相應(yīng)降低，選用6極電機(jī)，轉(zhuǎn)速 960r/min 。 　　由上可知，確定設(shè)計(jì)的高溫軸流通風(fēng)機(jī)性能參數(shù)應(yīng)為全壓 p =250pa，流量Q =30000m3/h，轉(zhuǎn)速n =960r/min 。 3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 　　高溫軸流風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮使用條件、風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)可靠和安裝維修方便等方面的要求，高溫軸流風(fēng)機(jī)串聯(lián)在管道中，機(jī)殼兩端法蘭與管道聯(lián)接。設(shè)計(jì)的高溫軸流風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)如圖2所示，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中主要應(yīng)解決溫度對(duì)軸流風(fēng)機(jī)的影響、軸承的冷卻和潤(rùn)滑、葉片積塵的清理等。風(fēng)機(jī)是在高溫（100～200οC）和有腐蝕性的氣體中工作，為了保護(hù)電機(jī)，不采用電機(jī)與風(fēng)機(jī)的直接聯(lián)接，而采用皮帶傳動(dòng)，將電機(jī)置于機(jī)殼之外，三角帶和風(fēng)機(jī)皮帶輪用鋼板包圍起來，避免與高溫氣流的直接接觸。風(fēng)機(jī)在含塵濃度較高、濕度較大的氣體介質(zhì)中運(yùn)轉(zhuǎn)，所以風(fēng)機(jī)葉片上極易粘結(jié)粉塵，給風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)帶來不利，為了清除葉片結(jié)塵，在機(jī)殼上對(duì)應(yīng)風(fēng)機(jī)葉片處，開設(shè)清理門，小門與筒壁要密封。 　　風(fēng)機(jī)軸承是在高溫下連續(xù)運(yùn)行，所以軸承的潤(rùn)滑和冷卻就顯得非常重要。在結(jié)構(gòu)上要保證軸承的可靠潤(rùn)滑并設(shè)置水冷卻裝置。圖3為高溫軸流通風(fēng)機(jī)泠卻潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)圖，在軸承周圍設(shè)置冷卻水套，通冷卻水以冷卻降溫，由于風(fēng)機(jī)立式安裝，冷卻水由風(fēng)機(jī)下部進(jìn)入，上部排水。潤(rùn)滑油采用稀油循環(huán)潤(rùn)滑，潤(rùn)滑油也要進(jìn)行冷卻。為了保證軸承的潤(rùn)滑，在每個(gè)軸承的下方，設(shè)置一個(gè)骨架油封，以減少潤(rùn)滑油的流失。 4 風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn) 　　高溫軸流風(fēng)機(jī)的加工制造在鼓風(fēng)機(jī)廠完成，制造完成后進(jìn)行了風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)，經(jīng)過對(duì)風(fēng)機(jī)葉片幾何參數(shù)的多次改進(jìn)，使之符合設(shè)計(jì)要求。軸流風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、風(fēng)壓等主要參數(shù)都達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。經(jīng)質(zhì)量檢驗(yàn)，樣機(jī)加工質(zhì)量符合技術(shù)要求。該風(fēng)機(jī)電機(jī)型號(hào)為 Y 132M 2 -6，功率為5.5kW ，額定轉(zhuǎn)速為 960r/min, 風(fēng)機(jī)的葉輪直徑為1280mm , 表 1 為風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)值5 風(fēng)機(jī)的運(yùn)行 　　為了解決機(jī)立窯生產(chǎn)中煙塵排放對(duì)大氣造成的嚴(yán)重污染，遂平水泥廠立窯采用了水除塵技術(shù)，但水除塵的噴淋水增加了煙道阻力，噴水量少，使水除塵產(chǎn)生倒煙和不能達(dá)標(biāo)排放。研制的機(jī)立窯水除塵軸流通風(fēng)機(jī)安裝到該廠水除塵設(shè)備上后，提高了煙囪排煙能力，立窯操作面環(huán)境清潔，更無 CO 中毒現(xiàn)象，大大改善了工人勞動(dòng)環(huán)境，深受工人好評(píng)。噴水量增加，使水除塵達(dá)標(biāo)排放。該風(fēng)機(jī)能在高溫下穩(wěn)定運(yùn)行。風(fēng)機(jī)葉片上的積塵在立窯停窯檢修時(shí)進(jìn)行清理，不影響立窯的工作。該風(fēng)機(jī)經(jīng)受了高溫、高濕度和高粉塵濃度煙氣的考驗(yàn)。實(shí)踐表明 : 該風(fēng)機(jī)可應(yīng)用于立窯煙氣排煙，填補(bǔ)了軸流通風(fēng)機(jī)在這一領(lǐng)域應(yīng)用的空白。 6 結(jié)論 　　(1) 研制的高溫軸流通風(fēng)機(jī)解決了水泥立窯水除塵煙氣的倒煙問題，為立窯水除塵的排煙提供了良好的解決辦法。
　　(2)該風(fēng)機(jī)的冷卻、潤(rùn)滑、皮帶保護(hù)結(jié)構(gòu)使風(fēng)機(jī)軸承、皮帶在高溫下安全運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)外置使電機(jī)免燒，清理門結(jié)構(gòu)使風(fēng)機(jī)能在高粉塵煙氣中運(yùn)轉(zhuǎn)，風(fēng)機(jī)可在高溫、高濕、高粉塵情況下運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。
　　(3) 風(fēng)機(jī)流量大，壓力低，滿足除塵工藝要求。 參 考 文 獻(xiàn) [1] 沈鴻等 . 機(jī)械工程手冊(cè) . 機(jī)械工業(yè)出版社， 1984 .
[2] 周浩遠(yuǎn)，李柏芬 . 機(jī)立窯煙塵有害成分淺析 . 中國(guó)建材， 1997 （9） .
[3] 朱教群 . 中國(guó)水泥工業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展 . 山東建材， 2001 （6） .
[4] 李兆臣 . 水泥立窯的煙氣特點(diǎn)及防止 . 水泥技術(shù)， 2000 （4） .
[5] 潭天佑 , 梁風(fēng)珍 . 工業(yè)通風(fēng)除塵技術(shù) . 中國(guó)建筑工業(yè)出版社 ,1984.

摘要：重點(diǎn)討論了軸流式通風(fēng)機(jī)的等靜壓設(shè)計(jì)原則，并以實(shí)例與等環(huán)量設(shè)計(jì)方法對(duì)其靜壓作了對(duì)比。簡(jiǎn)要介紹了離心通風(fēng)機(jī)流道、葉片長(zhǎng)度及蝸殼的設(shè)計(jì)思想。

關(guān)建詞：通風(fēng)機(jī)；等靜壓；設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TH43　　　 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

The New Method for Fan Designing

Abstract: This paper has essentially discussed the isostatic pressing design principles of axial-flow fan. The example and equal circulation design method are used to compare its static pressure. And the design thought of the flow channel, blade length and volute of centrifugal fan is briefly introduced.

Key words: fan; isostatic pressing ; design

0　　 引 言

　　綠色經(jīng)濟(jì)、環(huán)保經(jīng)濟(jì)是當(dāng)今世界的發(fā)展潮流 。在這個(gè)大背景下機(jī)械設(shè)備的提效降耗、減少噪聲尤其重要。通風(fēng)機(jī)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用都非常廣泛，尤其在采礦業(yè)礦井的通風(fēng)工程中應(yīng)用多、且機(jī)型大。所以通風(fēng)機(jī)的效率哪怕提高一點(diǎn)兒，噪聲降低一點(diǎn)兒，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益都是非�？捎^的。

１ 等靜壓原則

1.1　 定義

　　軸流式通風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)的等環(huán)量設(shè)計(jì)方法，在世界各國(guó)已延續(xù)使用了上百年。等環(huán)量的實(shí)質(zhì)就是等全壓原則。實(shí)踐證明，這個(gè)原則發(fā)揮了巨大的作用。使用它的初衷是為保證從葉根到葉梢各截面環(huán)量相同，葉片上不會(huì)產(chǎn)生由下向上氣流微團(tuán)的徑向爬行運(yùn)動(dòng)，影響風(fēng)機(jī)效率。但筆者認(rèn)為有不小差異。現(xiàn)提出等靜壓原則，就是要求從葉根到葉梢各截面產(chǎn)生的靜壓減去相應(yīng)的離心壓力后，靜壓相同。并且各個(gè)截面流出端的絕對(duì)速度的方向相同、大小相等。以徑向靜壓平衡，來消除徑向氣流的爬行運(yùn)動(dòng)提高效率。以簡(jiǎn)化流場(chǎng)，來降低流出端的氣流噪聲。

1.2 舉例

　　為了說明問題，以一個(gè)5號(hào)局扇為例進(jìn)行計(jì)算列表。基本參數(shù)為d=0.31m; D=0.5m; n=2900r/min；Q=217m3/min ； pst=1170Pa 。

　　分別按等環(huán)量和等靜壓原則，計(jì)算出各個(gè)截面的靜壓值見表1。

表1 兩種算法靜壓對(duì)比表

截面序號(hào)

0

1

2

3

r i / m

0.1550.185

0.215

0.25

等環(huán)量計(jì)算/Pa

1170 1339

1443

1520

等靜壓計(jì)算/Pa

1170

1389.9

1553.9

1646.3

注： i =0,1,2, … , n

　　應(yīng)用等靜壓原則要以緊貼輪轂的 0 截面靜壓為基準(zhǔn)，它等于設(shè)計(jì)計(jì)算要求的數(shù)值。用數(shù)學(xué)式表達(dá):psti=pst0+p1+…+pj，pj為相應(yīng)j截面離心壓力。 j =1,2, … , n － 1 離心壓力計(jì)算式： p j = ρ × CUj2 / rj -1×d r , ρ 為密度： 1.2kg/m3。分析表中數(shù)值，以等靜壓計(jì)算的相鄰截面差值為準(zhǔn)，則可比較出等環(huán)量計(jì)算的對(duì)應(yīng)截面差值偏小。這會(huì)造成 7 ～ 9m/s 的爬行運(yùn)動(dòng)。

1.3　 題外推論

　 　大氣中和水中用的推進(jìn)器槳葉，因?yàn)闆]有剛性的D界面，離心壓力建立不起來，所以應(yīng)用等靜壓原則時(shí)基本上可以直接令各個(gè)截面的靜壓都相等，等于0截面的靜壓�？梢暂^多地降低動(dòng)壓在全壓中的百分比。低動(dòng)壓就是低噪聲，對(duì)水下船艦來說可能具有縮小被對(duì)方發(fā)現(xiàn)的相對(duì)距離的軍事意義。

２ 葉輪直徑計(jì)算式

2.1 計(jì)算輪轂直徑

　　這里不用傳統(tǒng)的“輪轂比”這個(gè)概念，而是直接計(jì)算數(shù)值。如果輪轂直徑偏小，則0截面就產(chǎn)生不了計(jì)算要求的靜壓，如果輪轂直徑過大，則會(huì)造成設(shè)備尺寸大，浪費(fèi)材料和工本。所以還是有一個(gè)簡(jiǎn)單、直觀、準(zhǔn)確的計(jì)算公式使用比較方便。

　　d≥28.87/n×pst1/2

　　式中n為葉輪轉(zhuǎn)速，r/min；pst為用戶要求靜壓，Pa；d為輪轂直徑，m。

2.2 　葉輪直徑的確定

　　確定葉輪直徑首先要根據(jù)用戶要求的風(fēng)量Q、及考慮噪聲符合要求的軸向風(fēng)速Ca算出需要的氣流通過面積。由面積及2.1中算出的輪轂直徑d求出葉輪直徑D。然后用葉輪轉(zhuǎn)速n和由葉片結(jié)構(gòu)型式及構(gòu)成材料決定的最大圓周速度Umax來校核。進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，直到Ca和Umax都滿足要求為止。

3 　葉型

　　以緊貼輪轂表面的0截面為基準(zhǔn)，根據(jù)用戶要求的靜壓pst和U0來計(jì)算出 截面的進(jìn)口相對(duì)氣流角β1和出口相對(duì)氣流角β2 。用這兩個(gè)角和輪轂軸向?qū)挾菳來畫出葉片曲線。該曲線要作為葉片的工作面，而不是葉片的中線。一般中小型風(fēng)機(jī)鋼板熱壓葉片以凹面為準(zhǔn)。大型風(fēng)機(jī)葉片另作背面曲線。此時(shí)可參照手冊(cè)上，選下邊平直上邊起拱的原始葉型。最好令背面曲線流出端處β2ˊ等于工作面流出端的β2，這樣有利于簡(jiǎn)化流場(chǎng)。

　　β1、β2的差值越大則氣流從葉片獲得的能量越多。畫工作面曲線時(shí)可適當(dāng)加大差值，以獲得較高壓頭，只要U0能滿足就行。

4　 對(duì)旋風(fēng)機(jī)

　　對(duì)旋風(fēng)機(jī)的第一級(jí)葉輪設(shè)計(jì)與單級(jí)軸流通風(fēng)機(jī)葉輪設(shè)計(jì)沒有什么區(qū)別，第二級(jí)葉輪則必須慎重考慮。因?yàn)榈诙��?jí)葉輪所接受的氣流已具有非常大的能量。其全部能量（全壓）中約20％是動(dòng)能（動(dòng)壓）。它在通過二級(jí)葉輪時(shí)如有部分變?yōu)槎��?jí)葉輪的負(fù)荷，那就是不必要的能量損失。為避免出現(xiàn)此現(xiàn)象，要求兩級(jí)葉輪有很好的匹配關(guān)系。借用太極拳中順勢(shì)泄力的理念，可以把二級(jí)葉輪入流絕對(duì)速度的方向設(shè)計(jì)成與一級(jí)葉輪流出絕對(duì)速度的方向相同，這是可以做到的。

5 　離心通風(fēng)機(jī)

5.1　 流道設(shè)計(jì)

　　離心通風(fēng)機(jī)葉輪流道從進(jìn)口到出口的截面積要處處相同。流束界面形狀的改變都會(huì)有流動(dòng)損失，更不要說截面不同使速度時(shí)快時(shí)慢變化了，產(chǎn)生的流動(dòng)損失會(huì)更大。所以要重視這一條。

5.2 　葉片長(zhǎng)度

　　當(dāng)葉輪外徑D、內(nèi)徑d、入流角β1和流出角β2確定后，那么流量和壓力也就固定了，即流體從葉片獲得的能量固定。此時(shí)在入流角β1和流出角β2保持不變的情況下，加大葉片長(zhǎng)度（加大葉片圍包角）就會(huì)降低葉片單位長(zhǎng)度負(fù)荷率。減少摩擦損失，延長(zhǎng)葉輪使用壽命。為證明加大葉片長(zhǎng)度可行性，給出圖1。4條曲線都是β1=10°，β2=30°，而包角為110°～140°。

屋頂負(fù)壓風(fēng)機(jī)
豬場(chǎng)負(fù)壓風(fēng)機(jī)
廠房降溫風(fēng)機(jī)

鋒速達(dá)是水簾生產(chǎn)廠家|環(huán)保空調(diào)生產(chǎn)廠家|屋頂風(fēng)機(jī)廠家|，鋒速達(dá)承接規(guī)劃：豬場(chǎng)降溫|車間降溫|廠房降溫|豬場(chǎng)通風(fēng)|車間通風(fēng)|廠房通風(fēng)|屋頂排風(fēng)機(jī)|屋頂排熱|廠房通風(fēng)降溫|車間通風(fēng)降溫|通風(fēng)換氣排熱降溫工程|屋頂風(fēng)機(jī)安裝|負(fù)壓風(fēng)機(jī)安裝|水簾安裝|環(huán)保空調(diào)安裝|通風(fēng)設(shè)備安裝|通風(fēng)降溫設(shè)備|通風(fēng)系統(tǒng)安裝案例|通風(fēng)降溫系統(tǒng)|屋頂通風(fēng)機(jī)|屋頂排風(fēng)系統(tǒng)
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