单级高速离心鼓风机产品生产技术发展趋势分析

第一节 产品生产技术发展现状

鼓风机主要由下列六部分组成：电机、空气过滤器、鼓风机本体、空气室、底座（兼油箱）、滴油嘴。鼓风机靠汽缸内偏置的转子偏心运转，并使转子槽中的叶片之间的容积变化将空气吸入、压缩、吐出。在运转中利用鼓风机的压力差自动将润滑送到滴油嘴，滴入汽缸内以减少摩擦及噪声，同时可保持汽缸内气体不回流，此类鼓风机又称为滑片式鼓风机。鼓风机输送介质以清洁空气、清洁煤气、二氧化硫及其他惰性气体为主。也可按需生产输送其他易燃、易爆、易蚀、有毒及特殊气体。因而能广泛适用于冶金、化工、化肥、石化、食品、建材、石油、矿井、纺织、煤气站、气力输送、污水处理等各工业部门。

单级高速离心鼓风机的控制设计

用鼓风曝气处理污水，其鼓风机的容量较大，耗电量几乎占全厂的60%以上。为了节省电力，不少污水处理厂已改用带有可调导叶片的单级高速离心鼓风机，优点是:

a. 可根据曝气池的负荷来调节风量，设置溶解氧自动控制装置，以减少不必要的能量损耗。

b. 可适应全年气温有较大的变化，当空气容重改变时调节风量，避免电机超负荷运行。

c. 设备重量轻，易损部件少，壳体内不需要润滑，维修工作量小。

d. 与多级离心风机相比，在节能、防喘等方面更为有利。

这种鼓风机的运行涉及供油、防喘和进风量调节等系统，以投入运行的某污水处理厂的控制程序为例，说明其控制设计的要点，供参考。

高速风机的供油系统是设备安全运行的关键，在正常状态下，靠变速箱的低速轴上所带动的主油泵供给的，油泵由风机自身带动，不另需动力。所以，即使突然停电，只要风机转动，供油系统将继续工作，可避免一般风机突然停电后电动油泵停止供油，风机因惯性继续旋转而烧坏轴瓦之虞。

风机起动前，应先令供电系统投入运行，使油温油压达到一定值。同时要求将进风口可调导叶片全部关闭，进风管及出风管的所有阀门都开启，唯与外部风管相连的逆止阀除外。风机起动时，放空阀也应开启，起动后，放空阀即渐渐关闭，压缩空气将逐渐进入出风管经逆止阀入外部管道。导叶片也随后慢慢开启，使风量调节到需要位置上。风机的起动才告完成。

第二节 产品生产工艺特点或流程

离心式鼓风机的工作原理

离心式鼓风机的工作原理与离心式通风机相似，只是空气的压缩过程通常是经过几个工作叶轮（或称几级）在离心力的作用下进行的。鼓风机有一个高速转动的转子，转子上的叶片带动空气高速运动，离心力使空气在渐开线形状的机壳内，沿着渐开线流向风机出口，高速的气流具有一定的风压。新空气由机壳的中心进入补充。

单级高速离心风机的工作原理是：原动机通过轴驱动叶轮高速旋转，气流由进口轴向进入高速旋转的叶轮后变成径向流动被加速，然后进入扩压腔，改变流动方向而减速，这种减速作用将高速旋转的气流中具有的动能转化为压能（势能），使风机出口保持稳定压力。

从理论上讲，离心鼓风机的压力-流量特性曲线是一条直线，但由于风机内部存在摩擦阻力等损失，实际的压力与流量特性曲线随流量的增大而平缓下降，对应的离心风机的功率-流量曲线随流量的增大而上升。当风机以恒速运行时，风机的工况点将沿压力-流量特性曲线移动。风机运行时的工况点，不仅取决于本身的性能，而且取决于系统的特性，当管网阻力增大时，管路性能曲线将变陡。风机调节的基本原理就是通过改变风机本身的性能曲线或外部管网特性曲线，以得到所需工况。

变频调控原理与特性

随着科技的不断发展，交流电机调速技术被广泛采用。通过新一代全控型电子元件，用变频器改变交流电机的转速方式来进行风机流量的控制，可以大幅度减少以往机械方式调控流量造成的能量损耗。变频调节的节能原理：

当风量需从Q1减少到Q2时，如果采用节流调节法，工况点由A到B，风压增加到H2，轴功率P2下降，但减少的不太多。如果采用变频调节方式，风机工况点由A到C，可见在满足同样风量Q2情况下，风压H3将大幅度下降，功率P3随着显著减少。节省的功率损耗△P=△HQ2与面积BH2H3C成正比。由以上分析可知，变频调节是一种高效的调节方式。鼓风机采用变频调节，不会产生附加压力损失，节能效果显著，调节风量范围0%～100%，适合调节范围宽，且经常处于低负荷下运行的场合。但是，当风机转速下降，风量减小时，风压将发生很大变化，由风机比例定律：Q1/Q2=(n1/n2），H1/H2=(n1/n2）2，P1/P2=(n1/n2）3

鼓风机

可知，当其转速降低到原额定转速的一半时，对应工况点的流量、压力、轴功率各下降到原来的1/2、1/4、1/8，这就是变频调节方式可以大幅度节电的原因。根据变频调节这一特性，对于在污水处理工艺中，曝气池始终保持5m正常液位，要求鼓风机在出口压力恒定的条件下，进行大范围的流量调节，当调节深度较大时，将会使风压下降过大，不能满足工艺要求。当调节深度较小时，则显示不出其节能的优势，反而使装置复杂，一次性投资增高。因此，对本工程的曝气池需保持5m液位的工况条件下，采用变频调节方式显然是不合适的。

进口导叶调节原理及特性

进口导叶调节装置即在鼓风机吸风入口附近装设一组可调节转角的导叶-进口导叶，其作用是使气流在进入叶轮之前发生旋转，造成扭曲速度。导叶可绕自身轴转动，叶片每转动一个角度就意味着变换一个导叶安装角，使进入风机叶轮的气流方向相应改变。

进口导叶调节风量原理

当导叶安装角θ=0°时，导叶对进口气流基本上无作用，气流将以径向流入叶轮叶片。当θ>0°时，进口导叶将使气流进口的绝对速度沿圆周速度方向偏转θ角，同时对气流进口的速度有一定的节流作用，这种预旋和节流作用将导致风机性能曲线下降，从而使运行工况点变化，实现风机流量调节。进口导叶调节的节能原理。

当进口导叶安装角由θ1=0°增大为θ2或θ3时，运行工况点由M1移至M2或M3；流量由Q1减小至Q2或Q3；轴功率由P′1减少至P′2或P′3。用剖面线表示的面积为进口导叶比节流调节节省的功率。在本工程中，曝气池深度是固定的，鼓风机在保持出口压力恒定条件下，进行流量调节，即H=常量，Q=变量时，管网的特性曲线近似于水平直线，鼓风机采用进口导叶调节，不必借助于改变管网特性曲线，可通过改变导叶的开闭角度，使风机的压力-流量性能曲线改变，流量的变化是通过将工况点移动到新的改变了的风机特性曲线上的方法实现的。

离心风机采用进口导叶调节方式，在部分负荷运行时可获得高效率和较宽的性能范围，在保持出口压力恒定条件下，工作流量可在50%～100%额定流量范围内变化。调节深度愈大、省功愈多。如流量减少到额定流量的60%时，进口导叶方式比进口节流方式节省功率达17%之多。此外，其结构相对简单，运行可靠，维护管理方便，初期投资低。因此，本工程中鼓风机采用进口导叶调节流量，显然是最佳调节方式。

不同调控方式的比较

尽管变频调节的离心鼓风机调节范围很广，在节能上有显著效果，但用工艺系统中将受到工艺条件限制，调节范围仅为80%～100%，在相对流量变化不大时，变频与导叶两种调节方式消耗功率差别并不大，因此采用变频调节方式，其节能特长显示不出来，这就失去了选择它的意义。而选择导叶调节方式的鼓风机，在保持出口压力恒定条件下可以较大范围调节风量（50%～100%），以保证污水中溶解氧含量稳定，相对地节省了能源。所以应选择导叶调节方式的高速离心风机，作为本工程的设备选型。同时，为了更好地体现出节能效果，对于大功率的离心风机，还应注意配套电机的选择，如采用10kV高压电机，也有助于降低能耗。

鼓风机节能改造

风机节能改造

现今在中国各行各业的各类机械与电气设备中与风机配套的电机约占全国电机装机量的60%，耗用电能约占全国发电总量的三分之一。特别值得一提的是，大多数风机在使用过程中都存在大马拉小车的现象，加之因生产、工艺等方面的变化，需要经常调节气体的流量、压力、温度等；现许多单位仍然采用落后的调节档风板或阀门开启度的方式来调节气体的流量、压力、温度等。这实际上是通过人为增加阻力的方式，并以浪费电能和金钱为代价来满足工艺和工况对气体流量调节的要求。这种落后的调节方式，不仅浪费了宝贵的能源，而且调节精度差，很难满足现代化工业生产及服务等方面的要求，负面效应十分严重。

近几年来，随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，电气传动技术面临着一场历史革命，即交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。电机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。以上海正艺科技对上海嘉定区某风机进行变频节能改造的工程案例为例，计算变频节能的效果。上海正艺科技的变频调速以其优异的调速和起动、制动性能，高效率、高功率因数和节电效果，其广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。

对于风机变转矩负载特性实施变频调速控制在原理上属于减少流体（空气、液体等）动力节电方法，是一种较好的、被广泛采用的节电方法。无数实例业已证明，它比通常所采用的风门或挡板调节方式有着显著的节电效果。下面通过图1（流量Q与扬程H及轴功率P的关系曲线图）来说明风机、水泵变频调速节电原理。对于风机、泵类负载，流量与转速成正比：Q 1/Q2→η1/η2，扬程与转速的平方成正比：H 1/H2→（η1/η2）2 ，而电机的轴功率与转速的立方成正比：H 1/H2→（η1/η2）3。因此，采用变频技术调节不同流量时消耗的功率为：P变=n3Ped= Q3Ped（公式1）

在采用阀门或挡板控制流量时，电机在额定转速下定速运转，在不同流量时电机消耗的功率为：

P阀=（0.4+0.6Q）Ped（公式2）

其中，Ped为阀门或挡板全开状态下，电机以额定转速运行时消耗的功率，Q为流量的相对值。从⑴式和⑵式可以看出，当流量Q变为额定流量的50%时，采用变频调速时消耗的功率为：

P变=n3Ped= Q3Ped=0.53 Ped =0.125 Ped（结论1）

采用阀门或挡板控制流量时，消耗的功率为：

P阀=（0.4+0.6Q）Ped=（0.4+0.6×0.5）Ped =0.7 Ped（结论2）

所以，两种方式的节电率为：（0.7-0.125）/0.7≈82%（结论3）

在实际情况下，使用变频调速技术后节约能耗多少的精确、精准性的前期计算具有一定的难度，它不仅与负荷的变化波动分布规律等密切相关（与时间相关的函数），而且，还与电机、水泵等在不同工作点的效率特性、管网特性等相关。然而，我们可以通过以上方式对改造项目进行能耗节约估算，以获取投资收益前期估算。

三晶变频器的出现为交流调速方式带来了一场革命。随着近十几年变频技术的不断完善、发展。变频调速性能日趋完美，已被广泛应用于不同领域的交流调速。为企业带来了可观的经济效益，推动了工业生产的自动化进程。

第三节 国内外生产技术发展趋势分析

随着鼓风机的技术发展，以下产品和技术将有更大的市场潜力。

1 ）随着火电、核电、石油、化工、冶金、天然气长输管线、煤矿等工业装置的大型化，各类大型风机的容量将继续增大。

2 ）高压小流量离心压缩机。

3 ）各类风机采用三元流动叶轮后，在效率提高的同时，缩小风机体积、减轻产品重量，使风机产品高速小型化。

4 ） 推广新型节能高效离心通风机和轴流通风机势在必行。

5 ）低噪声化。

6 ）计算机集成制造系统在风机中得到广泛的应用。计算机技术的发展，带动了工业自动控制水平的不断提高。随着各种产业装置规模的不断扩大，对生产过程控制的要求，已从过去的单一工况参数控制发展到多工况参数控制，从原有对具体设备的控制转变为对整个装置的综合控制，以便更好地满足生产工艺流程的要求。

另外，国家在 5 ～ 10 年内 各个领域的新增项目需要大量优质高效的各类风机，如：火电用的送引风机、一次风机、煤粉风机、脱硫风机；核电的厂房通风机；陆海油田的注气压缩机；煤矿的大型矿井主扇和局扇通风机；炼油和煤制燃料的加氢循环压缩机、空分压缩机；以及重大技术装备和重点工程的节能技术改造等等，也将给风机生产企业带来很好的发展机遇。

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