單吸式離心通風(fēng)機(jī)軸向推力及止推性能試驗(yàn)對(duì)比

1、單吸式離心通風(fēng)機(jī)軸向推力及止推性能試驗(yàn)對(duì)比 王 俊/成都電力機(jī)械廠摘要：簡(jiǎn)要分析了單吸式高壓離心通風(fēng)機(jī)葉輪工作時(shí)產(chǎn)生軸向推力的原因及危害。通過(guò)對(duì)模型試驗(yàn)風(fēng)機(jī)葉輪增加后盤(pán)附葉片前后，介質(zhì)氣體對(duì)葉輪及主軸和軸承所產(chǎn)生的軸向推力的檢測(cè)，明確了增加附葉片對(duì)減小風(fēng)機(jī)軸向推力的作用及對(duì)產(chǎn)品性能優(yōu)化改造的實(shí)際意義。關(guān)鍵詞：離心式通風(fēng)機(jī) 葉片 止推軸承防泄漏中圖分類(lèi)號(hào)：TH432 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1006-8155（2006）01-0004-05Comparsion of Performance Test Axial Force and Thrust of Single-suction Centrif

2、ugal FanAbstract: the causes and aftereffect of axial thrust that rising from working impellers of single-suction high-pressure centrifugal fans is analyzed simply. By comparing the testing results of axial force produced by medium at impeller, main shaft and bearings before and after adding a disc

3、blade on the experimental model fan, how the adding accessional blade can reduce axial thrust and the practical significant ot the optimized reform of the product performance is showed. Key words: Centrifugal fan Blade Thrust bearing Prevent leakage1 試驗(yàn)?zāi)康碾S著電廠對(duì)風(fēng)機(jī)產(chǎn)品性能要求的不斷提高，傳統(tǒng)意義上定義的高壓離心式通風(fēng)機(jī)（全壓升為29401

4、4700Pa），已遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足用戶(hù)實(shí)際使用的要求。例如：金山石化、分宜、宜賓、紅雁池等電廠的一次風(fēng)機(jī)，全壓升要求在22000Pa以上；二次風(fēng)機(jī)全壓升在16000Pa以上。由于壓力的不斷升高，單吸式離心通風(fēng)機(jī)葉輪前、后盤(pán)外側(cè),由于受高壓氣體作用力的差異影響，產(chǎn)生的軸向推力也不斷加大（風(fēng)機(jī)葉輪后盤(pán)外側(cè)的受力面積大于前盤(pán)，產(chǎn)生一個(gè)由后盤(pán)向前盤(pán)方向的軸向推力，見(jiàn)圖1）。過(guò)大的軸向推力會(huì)增加主軸承的軸向負(fù)荷，使主軸承在較大負(fù)荷下運(yùn)行，這就容易產(chǎn)生額外的溫升和金屬疲勞，從而使軸承使用壽命明顯地縮短，增加了電廠在生產(chǎn)過(guò)程中停機(jī)更換軸承的次數(shù)。不僅影響電廠設(shè)備的連續(xù)運(yùn)行，還造成電廠運(yùn)行成本的提高，也降低了通風(fēng)機(jī)

5、的安全可靠性。以某電廠一次風(fēng)機(jī)G5-29-1125D為例，其全壓為23000Pa，轉(zhuǎn)速為1485r/min（風(fēng)機(jī)見(jiàn)圖2，軸承座見(jiàn)圖3）。_收稿日期:2005-08-24 成都市 6100411.葉輪前盤(pán)外側(cè)面 2.集流器 3.葉輪后盤(pán)外側(cè)面 4.高壓氣體作用力方向 5.主軸 6.輪轂圖1其主軸承壽命計(jì)算如下：Lh=106(c/P)/60n 式中 Lh計(jì)算壽命，h n 工作轉(zhuǎn)速，1485r/min壽命指數(shù)（滾子軸承=10/3；球軸承=3）c 額定動(dòng)負(fù)荷，N（滾子軸承680×103 N；球軸承325×103N） P當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷，N P =XFr+YFa；Fr=fdR；Fa=（/4

6、）Do2pFr徑向負(fù)荷，NFa軸向負(fù)荷，NX徑向系數(shù)Y軸向系數(shù) (查軸承手冊(cè)) fd動(dòng)荷系數(shù)為1.21.3R軸承支反力，N（計(jì)算略，滾子軸承28400N；球軸承8190N）Do葉輪前、后盤(pán)直徑差，m（1.209/0.155）p風(fēng)機(jī)全壓，23000Pa(1)滾子軸承NU238P=Fr=fdR=1.3×28400=36920 NLh=106（c/P）/60n =106（680×103）/3692010/3/(60×1485) =1.85×105 h 35000h，可行(2)角接觸球軸承7330Fa=（/4）Do2p =（/4）×（1.2092-0.

7、1552）×23000=25970 NFr =fdR=1.3×8190=10647 N因?yàn)镕a / Fr =2.441.14所以P= 0.57Fr+0.93Fa =0.57×10647+0.93×25970=30221 N Lh=106（c/P）/60n =106（325×103）/302213/(60×1485) =13958h35000h，不行由計(jì)算結(jié)果可知，主軸承中滾子軸承的壽命無(wú)任何問(wèn)題，但球軸承因其承受較大的軸向力而導(dǎo)致壽命過(guò)短，遠(yuǎn)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的35000h。此通用軸承座若用于高壓一次風(fēng)機(jī)，已不再能滿(mǎn)足使用要求。若增大球

8、軸承型號(hào)，不僅成本增加、軸承座尺寸變大、相關(guān)費(fèi)用增加，而且還要考慮軸承極限轉(zhuǎn)速的影響。綜合考慮，還是采取減小軸向推力的措施較為可行。風(fēng)機(jī)殼體內(nèi)過(guò)大的氣體壓力使機(jī)殼側(cè)板（靠近葉輪后盤(pán)側(cè)）軸封處氣體介質(zhì)的外泄漏變得嚴(yán)重（通常軸封與主軸軸頸配合處有0.51.5mm的間隙，見(jiàn)圖2中A處所示），這勢(shì)必影響風(fēng)機(jī)的效率及出力。若介質(zhì)中含塵量較大，泄漏的粉塵還會(huì)污染四周的環(huán)境。為了解決高壓?jiǎn)挝诫x心通風(fēng)機(jī)存在的軸向推力過(guò)大的問(wèn)題，并減少機(jī)殼軸封處的介質(zhì)泄漏，使我廠的風(fēng)機(jī)產(chǎn)品能夠滿(mǎn)足用戶(hù)的使用及環(huán)保要求,選擇5-365D模型試驗(yàn)風(fēng)機(jī)進(jìn)行葉輪后盤(pán)外側(cè)焊接附葉片與不焊接附葉片的對(duì)比性能試驗(yàn)，旨在通過(guò)試驗(yàn)作定性和有限

9、定量分析來(lái)確定添加附葉片是否對(duì)葉輪具有止推作用、推力的大小以及產(chǎn)品改造的附加作用等具有實(shí)際意義。2 測(cè)試用儀器儀表（見(jiàn)表1）表1序號(hào)名 稱(chēng)精 度型 號(hào)測(cè)試項(xiàng)目1補(bǔ)償式微壓計(jì)0.1YJB-15pn1471Pa 時(shí)的pest1、pest252U型管壓力計(jì)1.0YYU1000pn1471Pa 時(shí)的pest1、pest253數(shù)顯溫度指示儀1.0102ta ; t14大氣壓力計(jì)5Papa5轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器0.2JC1An; F6轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測(cè)試儀1%JW-1An; F7干濕球溫度計(jì)0.5注: pn為壓力測(cè)量值；pest1為進(jìn)口測(cè)量點(diǎn)1處的靜壓值；pest25為機(jī)殼內(nèi)測(cè)量點(diǎn)25處的靜壓值；ta 為大氣溫度；t1

10、為測(cè)量點(diǎn)的溫度；n為轉(zhuǎn)速；F為轉(zhuǎn)矩；為大氣相對(duì)濕度。3 試驗(yàn)布置簡(jiǎn)圖本次試驗(yàn)根據(jù)GB1236-85通風(fēng)機(jī)空氣動(dòng)力性能試驗(yàn)方法的規(guī)定，采用進(jìn)氣風(fēng)室試驗(yàn)裝置（見(jiàn)圖4）。1.電機(jī) 2.傳感器 3.試驗(yàn)風(fēng)機(jī) 4.溫度計(jì) 5.壓力計(jì) 6.整流金屬網(wǎng) 7.腔室 8.擋板 9.多孔整流柵 10.輔助通風(fēng)機(jī) 11.節(jié)流器 12.擴(kuò)壓接頭 13.壓力計(jì) 14.進(jìn)口集流器 圖4 5-365D模型風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)室試驗(yàn)裝置示意圖4 測(cè)試方法和步驟試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)一指揮調(diào)度，每次啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)達(dá)恒定最高轉(zhuǎn)速，且測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)相對(duì)穩(wěn)定后，所有測(cè)量數(shù)據(jù)同步觀察并記錄。葉輪未加附葉片時(shí)，5-365D風(fēng)機(jī)進(jìn)氣模型試驗(yàn)系統(tǒng)測(cè)試數(shù)據(jù)略。正式試驗(yàn)分為葉輪

11、后盤(pán)外側(cè)焊接附葉片和不焊接附葉片兩種方式。在每種方式下，分別對(duì)出口截面進(jìn)行全開(kāi)、堵1/2、堵2/3的試驗(yàn)。風(fēng)機(jī)氣動(dòng)測(cè)量測(cè)孔位置見(jiàn)圖5。注：葉輪后盤(pán)外側(cè)焊接附葉片4×118（5件）圓周均布，后傾型，寬度為葉輪出口寬度的1/10。圖5 試驗(yàn)風(fēng)機(jī)測(cè)孔位置示意圖4.1 不焊接附葉片試驗(yàn)步驟：(1)接電纜線(xiàn)、測(cè)試管等，作好電機(jī)啟動(dòng)準(zhǔn)備工作；(2)調(diào)節(jié)門(mén)葉片保持100%00開(kāi)度；(3)模型風(fēng)機(jī)出口無(wú)擋板，呈全開(kāi)狀態(tài)（啟動(dòng)電機(jī)進(jìn)行模型風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)測(cè)量，測(cè)量完畢后停機(jī)）；(4)模型風(fēng)機(jī)出口加擋板,堵1/2出口面積（啟動(dòng)電機(jī)進(jìn)行模型風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)測(cè)量，測(cè)量完畢后停機(jī)）；(5)模型風(fēng)機(jī)出口加擋板，堵2/3出口

12、面積（啟動(dòng)電機(jī)進(jìn)行模型風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)測(cè)量，測(cè)量完畢后停機(jī)）；4.2 焊接附葉片試驗(yàn)步驟：(1)接電纜線(xiàn)、測(cè)試管等，作好電機(jī)啟動(dòng)準(zhǔn)備工作；(2)調(diào)節(jié)門(mén)葉片保持100%00開(kāi)度；(3)模型風(fēng)機(jī)出口無(wú)擋板，呈全開(kāi)狀態(tài)（啟動(dòng)電機(jī)進(jìn)行模型風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)測(cè)量，測(cè)量完畢后停機(jī)）； (4)模型風(fēng)機(jī)出口加擋板，堵1/2出口面積（啟動(dòng)電機(jī)進(jìn)行模型風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)測(cè)量，測(cè)量完畢后停機(jī)）； (5)模型風(fēng)機(jī)出口加擋板，堵2/3出口面積（啟動(dòng)電機(jī)進(jìn)行模型風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)測(cè)量，測(cè)量完畢后停機(jī)）。5 測(cè)試數(shù)據(jù)記錄及處理按照GB1236-85所提供的試驗(yàn)方法，根據(jù)第5條表9中所列有關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算，對(duì)5-365D模型風(fēng)機(jī)進(jìn)氣試驗(yàn)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行了計(jì)

13、算處理（見(jiàn)表2）。表2 5-365D模型風(fēng)機(jī)進(jìn)氣試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總表項(xiàng)目單位大氣溫度/大氣壓力/kPa干濕球溫差/相對(duì)濕度/%飽和蒸氣壓/Pa電機(jī)轉(zhuǎn)速/（r/min）試驗(yàn)開(kāi)度/%參數(shù)2495.452.58029902995100%測(cè)孔號(hào)參數(shù)葉輪無(wú)附葉片壓力/Pa葉輪加附葉片壓力/Pa全開(kāi)狀態(tài)出口堵1/2出口堵2/3全開(kāi)狀態(tài)出口堵1/2出口堵2/32測(cè)量值-402.1745.31333.8-608411.9774.83測(cè)量值-470.7647.31235.7-745.3313.8833.6測(cè)孔2、3平均值-436.4696.31284.8-676.7362.9804.2壓力變化相對(duì)值-55.1%-47

14、.9%-37.4%4測(cè)量值264.81794.72922.5235.41794.72942.15測(cè)量值284.41706.42795274.61706.42814.6測(cè)孔4、5平均值274.61750.62858.82551750.62878.4壓力變化相對(duì)值-7.1%0%0.68%流量-2.0-12-8-20-12-86 分析通過(guò)對(duì)加焊和不加焊附葉片試驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較和分析可知：從靠近軸封處的測(cè)孔2、3來(lái)看，全開(kāi)狀態(tài)時(shí)，加焊與不加焊附葉片相比，壓力平均值由-436.4 Pa變至-676.7Pa，負(fù)壓增加55.1%；出口加擋板堵1/2出口面積時(shí)，壓力平均值由696.3 Pa減至362.9P

15、a，正壓減小47.9%；出口加擋板堵2/3出口面積時(shí)，壓力平均值由1284.8 Pa減至804.2Pa，正壓減小37.4%。綜合以上3種情況，加焊和不加焊附葉片相比，葉輪后盤(pán)外側(cè)靠近軸封處氣壓變化明顯，負(fù)壓增大，正壓減小，具有規(guī)律變化的特征，這有助于減小葉輪軸向推力。從機(jī)殼兩側(cè)板上蓋邊緣部位的測(cè)孔4、5來(lái)看，全開(kāi)狀態(tài)時(shí)，加焊與不加焊附葉片相比，壓力平均值由274.6Pa減至255Pa，正壓減小7.1%；出口加擋板堵1/2出口面積時(shí)，壓力平均值無(wú)變化；出口加擋板堵2/3出口面積時(shí)，壓力平均值由2858.8 Pa增至2878.4Pa，正壓增加0.69%。綜合以上3種情況，加焊和不加焊附葉片相比，機(jī)

16、殼兩側(cè)板上蓋邊緣部位的測(cè)孔靜壓變化不大。對(duì)于流量，加焊和不加焊附葉片，沒(méi)有明顯變化，只與出口截面全開(kāi)、堵1/2和堵2/3面積有關(guān)。仍以上述電廠的一次風(fēng)機(jī)G5-29-1125D為例，若葉輪加焊附葉片后，葉輪后盤(pán)靠近機(jī)殼側(cè)的壓力減小37.4%（以上述試驗(yàn)最小值計(jì)），則球軸承壽命計(jì)算如下：p=（1-37.4%）×23000=14398Pa式中 p壓力，Pa其余參數(shù)不變則角接觸球軸承7330：Fa =（/4）×Do2× p=（/4）×（1.2092-0.1552）×14398=16257 NFr = fdR=1.3×8190=10647 N因

17、為Fa/Fr =1.531.14所以 P= 0.57Fr+0.93Fa=0.57×10647+0.93×16257=21188 NLh=106（c/P）/60n=106（325×10）3/211883/(60×1485)=40504h35000h，可行 由此可見(jiàn)，在單吸式高壓離心通風(fēng)機(jī)的葉輪后盤(pán)上加焊附葉片，對(duì)減小軸向推力，從而延長(zhǎng)軸承壽命具有顯著的作用，實(shí)現(xiàn)了本次試驗(yàn)要達(dá)到的預(yù)期目的。同時(shí)，軸封處正壓的減小，還有助于防止氣體介質(zhì)泄漏，滿(mǎn)足環(huán)保的要求。因模型試驗(yàn)與風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行情況還有一定的不同，由分析可知：附葉片越寬（軸向）、越長(zhǎng)（徑向）、葉片數(shù)越多，葉輪后盤(pán)靠近機(jī)殼側(cè)板處的正壓減小將會(huì)越明顯。這在此后的風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)用中得到了證實(shí)，到目前為止，我廠生產(chǎn)的一次風(fēng)機(jī)，在各電廠均處于安全運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)然，也不提倡過(guò)于減小軸