胡顯澄

（廣東 廣州510000）

目前，我國(guó)電力供應(yīng)不能滿足生產(chǎn)和生活需要以致影響國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展。要解決這矛盾一方面要節(jié)能。要對(duì)現(xiàn)有耗電多的設(shè)備進(jìn)行改造以節(jié)約能源。另方面要加快發(fā)電設(shè)備的生產(chǎn)與安裝，以便迅速增大發(fā)電容量來(lái)提供充裕的電力。這兩方面涉及的問(wèn)題很多，而且面也很廣。非簡(jiǎn)單地完成幾項(xiàng)措施就可以解決。但最好從容易辦到而成效較大的方案著手。為此，本文提出研制新型節(jié)能高壓水泵和高壓風(fēng)機(jī)。希望國(guó)內(nèi)有遠(yuǎn)見(jiàn)的廠家作為新產(chǎn)品研發(fā)而采用。這不但對(duì)當(dāng)前電力供應(yīng)矛盾有緩解作用，并可為將來(lái)設(shè)備更新和發(fā)展創(chuàng)造條件。

在能源冶金和化工工業(yè)，使用的高壓水泵和高壓風(fēng)機(jī)一般都是容量大耗能多和不停地運(yùn)行的設(shè)備。這些設(shè)備如采用有效的節(jié)能措施，對(duì)降低生產(chǎn)成本、緩解電力供應(yīng)的緊缺都有一定作用?，F(xiàn)先從高壓水泵說(shuō)起。它們都是多級(jí)離心式水泵。其內(nèi)部構(gòu)造是由多級(jí)離心葉輪安裝在同一軸上，用外殼分隔并串接多級(jí)離心式葉輪于一個(gè)殼內(nèi)。它的橫斷面上半部如圖（1）所示。

水流從水泵進(jìn)水管導(dǎo)向葉輪入口，經(jīng)葉輪旋轉(zhuǎn)力作用下向外流入外殼，轉(zhuǎn)彎后再導(dǎo)向下級(jí)葉輪進(jìn)口。如此逐級(jí)地流過(guò)去。最后經(jīng)出水管引出。水流在整個(gè)水泵內(nèi)流經(jīng)外殼固定部分的通道是急轉(zhuǎn)彎，而且截面不斷擴(kuò)大和收縮。水流經(jīng)過(guò)要遇到很大阻力，消耗不少能量。能量消耗隨流速的增快（容量增大）和葉輪的級(jí)數(shù)增多而迅速增加。要使高壓水泵降低能耗達(dá)到節(jié)能效果。就要對(duì)造成內(nèi)部損耗的水流阻力損失盡可能減少。辦法是將這段通道改為蝸殼型旋流，避免急轉(zhuǎn)彎和擴(kuò)大收縮通道，使水流經(jīng)時(shí)速度均勻，并利用進(jìn)口蝸殼使水旋流利用它的動(dòng)能降低進(jìn)口能耗如圖（2）所示。

圖2

圖3

新型水泵每級(jí)葉輪出口的外殼截面成蝸殼型。水流經(jīng)葉輪外徑周緣向蝸殼流動(dòng)時(shí)，沿四周導(dǎo)向上方出口斜接入下級(jí)葉輪進(jìn)口蝸殼。水流經(jīng)出口和進(jìn)口蝸殼速度基本均勻。兩者之間沒(méi)有急轉(zhuǎn)彎。從流體力學(xué)觀點(diǎn)來(lái)說(shuō)，這樣的通道水流經(jīng)過(guò)時(shí)阻力最少。內(nèi)耗的降低提高了水泵的經(jīng)濟(jì)性能。換言之，在相同條件下新型水泵需用的功率比目前的水泵所用的功率少。級(jí)數(shù)多流量大時(shí)尤為顯著。這樣改進(jìn)外殼造型就能使高壓水泵節(jié)能 是比較容易做到的事。

圖1

圖4

高壓風(fēng)機(jī)就不像高壓水泵以多級(jí)離心式高壓水泵占絕對(duì)多數(shù)。它整體效率低，是由于它葉輪提升壓力因氣體密度小在離心力作用下能產(chǎn)生的風(fēng)壓低，而級(jí)間連接阻力大。這兩者之間的比例遠(yuǎn)較高壓水泵為高。它的經(jīng)濟(jì)性比不上大小各種高壓風(fēng)機(jī)。如活塞式風(fēng)機(jī)，羅氏風(fēng)機(jī)和軸流渦輪風(fēng)機(jī)等。以多級(jí)離心風(fēng)機(jī)與渦輪風(fēng)機(jī)作比較，就單級(jí)葉輪而言，兩者的經(jīng)濟(jì)性能相差不遠(yuǎn)。但串接而成高壓風(fēng)機(jī)之后。兩者的效率差距變大。串接級(jí)數(shù)越多差異越大。這主要是渦輪式葉輪串接時(shí)上下級(jí)之間很少能耗損失。它串接拾數(shù)級(jí)之后其效率仍較要達(dá)到同樣風(fēng)壓而只串接幾級(jí)的離心式風(fēng)機(jī)的效率為高。其實(shí)，高壓渦輪式風(fēng)機(jī)制造困難、造價(jià)高、運(yùn)行條件要求嚴(yán)只是它的經(jīng)濟(jì)性能較優(yōu)越而得到普通使用。因此提高多級(jí)離心式風(fēng)壓機(jī)的經(jīng)濟(jì)性能不但是現(xiàn)有風(fēng)機(jī)節(jié)能需要，也為它廣泛得到應(yīng)用而創(chuàng)造條件。

提高串級(jí)離心壓風(fēng)機(jī)效率與提高串級(jí)高壓水泵采用相同的途徑-盡量降低級(jí)間連接通道對(duì)氣流造成的阻力。通道要造成流線型?？紤]到風(fēng)機(jī)單級(jí)提升壓力有限，高壓風(fēng)機(jī)因出口壓力高而要串接成拾多級(jí)以上時(shí)。新型離心式壓風(fēng)機(jī)應(yīng)如（3）圖，結(jié)構(gòu)緊湊而合理。

多級(jí)離心式壓風(fēng)機(jī)的葉輪依次分別交錯(cuò)地安裝在兩根平行軸上。兩軸以相同的旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動(dòng)。這兩軸可以用齒輪箱與電動(dòng)機(jī)連接或分別由兩個(gè)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)。前后級(jí)蝸殼是對(duì)稱地前后排列。也就是說(shuō)前級(jí)氣流由下方流入次級(jí)時(shí)，次級(jí)氣流由上方再流入下一級(jí)。這樣氣體流過(guò)多級(jí)離心式壓風(fēng)機(jī)的立體通道是近似一螺旋曲線。其流線短而無(wú)急轉(zhuǎn)彎如（4）圖所示。

圖5

圖6

氣體密度對(duì)離心式壓風(fēng)機(jī)的出力有密切關(guān)系。葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)使氣體流經(jīng)后提高的壓力與密度成正比例。從第一級(jí)開(kāi)始，如進(jìn)口通道阻力稍有增大就會(huì)使吸入氣體密度降低而使這級(jí)提升壓力有所下降。另外，隨著級(jí)數(shù)的增加，每級(jí)氣體的密度逐漸增大。后級(jí)提升的壓力比前級(jí)大?？紤]到以提高氣體密度以促使風(fēng)機(jī)壓力進(jìn)一步提高，可以加裝入口抽氣增壓器其系統(tǒng)。

這樣系統(tǒng)的運(yùn)行特性與活塞式壓風(fēng)機(jī)或羅氏風(fēng)機(jī)相似。流量很少時(shí)出口壓力可以提升很高。它的應(yīng)用范圍十分廣寬。從小流量高壓力到大流量中等壓力這廣寬范圍都可使用。

前面所說(shuō)的是新型高壓水泵和高壓風(fēng)機(jī)的節(jié)能效果?，F(xiàn)在再談利用新型高壓風(fēng)機(jī)與渦輪機(jī)配套成燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電以加快發(fā)電設(shè)備的制造與安裝問(wèn)題。燃?xì)廨啓C(jī)作為中等容量的動(dòng)力已開(kāi)始廣泛用于大型輪船上。它的優(yōu)點(diǎn)是比蒸汽輪機(jī)成套設(shè)備從制造和安裝總的工作量較少。即投資少 見(jiàn)效快。作為目前大容量汽輪機(jī)發(fā)電設(shè)備的補(bǔ)充措施，燃?xì)廨啓C(jī)是比較理想的設(shè)備。目前它不能普遍應(yīng)用于發(fā)電設(shè)備主要是它的運(yùn)行成本高，燃料費(fèi)用大。要提高其經(jīng)濟(jì)性能先要提高其內(nèi)熱效率。方法是提高壓縮空氣的壓力和燃燒后的溫度。其次是提高綜合熱能利用。由于它的排氣溫度高可以利用余熱加熱成蒸汽供發(fā)電或供熱用。現(xiàn)在著重就提高壓縮空氣的壓力而采用新型離心式高壓風(fēng)機(jī)作為燃?xì)廨啓C(jī)配套用的空氣壓縮機(jī)作說(shuō)明目前燃?xì)廨啓C(jī)都是采用渦輪式空氣壓縮機(jī)。由于它單極提升壓力十分低，目前已經(jīng)串接到二三十級(jí)之多。要進(jìn)一步提升壓力從制造方面已相當(dāng)困難，且由于壓力進(jìn)一步提高，其后段級(jí)間泄漏損失增大，其經(jīng)濟(jì)性將迅速下降. 采用新型高新式高壓風(fēng)機(jī)就容易解決這問(wèn)題。其結(jié)構(gòu)如圖（5）。

用離心式風(fēng)壓機(jī)代替渦輪式風(fēng)壓機(jī)，從制造方面來(lái)講，生產(chǎn)較容易。生產(chǎn)成本可以降低。從運(yùn)行方面來(lái)講，調(diào)整超負(fù)荷不單靠調(diào)整燃料，也可同時(shí)調(diào)整風(fēng)量。這樣在低負(fù)荷時(shí)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性能可以提高同時(shí)它可以向高壓大容量發(fā)展前景會(huì)更廣寬。