孫志鋒
(中海油惠州石化有限公司,廣東 惠州 516086)
引言:離心式風(fēng)機(jī)是當(dāng)前鼓風(fēng)機(jī)設(shè)備中不可或缺的關(guān)鍵設(shè)備之一,在實(shí)際使用過程中,若電機(jī)超流現(xiàn)象出現(xiàn)不僅會降低鼓風(fēng)機(jī)的使用質(zhì)量,還會縮短離心式風(fēng)機(jī)的使用壽命,現(xiàn)階段,為切實(shí)降低上述問題的出現(xiàn)概率,對離心式風(fēng)機(jī)中電機(jī)超流現(xiàn)象的出現(xiàn)原因以及相應(yīng)的解決措施加以研究,成為了一項(xiàng)極為必要的工作。
離心式風(fēng)機(jī)是當(dāng)前工業(yè)領(lǐng)域較為常用的一種輔助設(shè)備,其使用目的在于保證使用場所空氣流通情況滿足人們的需要。近年來為切實(shí)降低廢氣、廢水、廢渣等污染物對自然環(huán)境的影響,離心式風(fēng)機(jī)被廣泛應(yīng)用到了化工生產(chǎn)、礦產(chǎn)等行業(yè)的廢物處理過程中,并取得了較好的效果。以離心式風(fēng)機(jī)在丙烯酸及酯裝置廢氣處理裝置中提供焚燒空氣的應(yīng)用情況為例,在進(jìn)行廢氣處理的過程中,在一定溫度下,貴金屬鉑、鈀催化劑會使丙烯酸尾氣和廢水中的揮發(fā)性有機(jī)組分與空氣中氧氣反應(yīng),形成對環(huán)境無害的二氧化碳和水,從而達(dá)到降低廢物排放到外界環(huán)境中的總量,達(dá)到切實(shí)保護(hù)自然環(huán)境的目的。在該系統(tǒng)中,承擔(dān)著廢水加熱、氣液分離、浄化氣體混合、催化氧化反應(yīng)、回收熱量、將有害的揮發(fā)性有機(jī)物轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水等任務(wù)。
現(xiàn)階段,為保證離心式風(fēng)機(jī)的安全性、穩(wěn)定性、使用性能等因素能夠切實(shí)滿足人們的需要,在保證離心式風(fēng)機(jī)安裝準(zhǔn)確性的同時,相關(guān)工作人員還需要強(qiáng)化對離心式風(fēng)機(jī)主要性能參數(shù)的認(rèn)識,以便在使用過程能夠有效對其經(jīng)常出現(xiàn)的問題進(jìn)行針對性地管理,切實(shí)保證離心式風(fēng)機(jī)的使用效果能夠滿足人們的需要。具體來說,在當(dāng)前離心式風(fēng)機(jī)的實(shí)際應(yīng)用過程中,壓力、轉(zhuǎn)速、流量、功率等指標(biāo)與離心式風(fēng)機(jī)的性能之間存在著直接的聯(lián)系,舉例來說,現(xiàn)階段,在將風(fēng)機(jī)應(yīng)用到相應(yīng)設(shè)備上時,設(shè)備圖紙往往會對風(fēng)機(jī)的機(jī)外余壓參數(shù)加以明確,若相關(guān)工作人員在進(jìn)行風(fēng)機(jī)安裝過程中,忽視了壓力指升壓,那么在設(shè)備實(shí)際工作過程中,其風(fēng)機(jī)系統(tǒng)必然不能滿足設(shè)備的安裝應(yīng)用要求,出現(xiàn)風(fēng)口風(fēng)速不達(dá)標(biāo)、風(fēng)機(jī)壓頭過大等問題[1]。
現(xiàn)階段,假設(shè)風(fēng)機(jī)的全壓為p,流量為Q,有效功率為Ne,風(fēng)機(jī)軸功率(電機(jī)輸出功率)為N軸,轉(zhuǎn)速為n,那么以離心風(fēng)機(jī)歐拉方程為基礎(chǔ),相關(guān)工作人員可以對風(fēng)機(jī)的軸功率Ne、流量Q、轉(zhuǎn)速n 之間的關(guān)系進(jìn)行推導(dǎo)。具體來說,一般情況下,離心風(fēng)機(jī)的k 值在0.78—0.85 之間,以有限葉片離心式風(fēng)葉歐拉方程(1)為基礎(chǔ),經(jīng)一系列推導(dǎo)變換后,可以得出電機(jī)的輸入電流公式(2)式中D2指的是葉片的出口直徑;指的是葉片的排擠系數(shù),反應(yīng)葉片厚度與流道過流面積遮擋程度間的關(guān)系;都是常數(shù);指的是風(fēng)機(jī)的效率,在設(shè)計(jì)過程中,風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率范圍>(0.85—0.95);CT指的是電機(jī)轉(zhuǎn)矩常數(shù),與電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)相關(guān);指的是電機(jī)磁通量,若電機(jī)假設(shè)為永磁體電機(jī),那么 值不變。
需要注意的是,在當(dāng)前的風(fēng)機(jī)生產(chǎn)過程中,受生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)工藝等因素的限制,風(fēng)機(jī)投產(chǎn)運(yùn)行情況與理論情況之間往往存在著一定的差別,并且在風(fēng)機(jī)的實(shí)際安裝、調(diào)試過程中,人為或者設(shè)備影響因素的存在往往會使得風(fēng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行效率與設(shè)備設(shè)計(jì)效率之間存在一定的差別,進(jìn)而導(dǎo)致電機(jī)因運(yùn)行效率無法達(dá)到最佳工況而出現(xiàn)電機(jī)超流、喘振、噪聲增大等問題,嚴(yán)重情況下,還會因超流現(xiàn)象的存在致使電機(jī)出現(xiàn)跳閘、損毀等問題?,F(xiàn)階段,為切實(shí)降低上述問題的出現(xiàn)概率,相關(guān)工作人員需要加強(qiáng)對離心式風(fēng)機(jī)運(yùn)行與系統(tǒng)阻力之間的關(guān)系。
在當(dāng)前的離心式風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)過程中,系統(tǒng)阻力可以近似看作是機(jī)外余壓的變化,在風(fēng)機(jī)的實(shí)際設(shè)計(jì)過程中,其特性曲線是一條不規(guī)則的拋物線,若實(shí)際生產(chǎn)出的風(fēng)機(jī)系統(tǒng)阻力偏離了風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)阻力曲線,那么會導(dǎo)致風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工況點(diǎn)的偏離。同時,若風(fēng)機(jī)性能曲線上的工況點(diǎn)與最佳運(yùn)行區(qū)間偏離現(xiàn)象過于嚴(yán)重,那么風(fēng)機(jī)不可避免地會出現(xiàn)一系列的負(fù)面運(yùn)行現(xiàn)象。
從理論上講,風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)運(yùn)行工況點(diǎn)與其最高功率點(diǎn)工況應(yīng)處于一致的狀態(tài),風(fēng)機(jī)的效率應(yīng)為其有效功率與軸功率之比,其有效功率分贏了風(fēng)機(jī)的工作經(jīng)濟(jì)性,若風(fēng)機(jī)的前向葉片風(fēng)機(jī)效率在0.6—0.65 的范圍內(nèi),后向葉片風(fēng)機(jī)的效率范圍在0.8—0.9 的區(qū)間內(nèi),那么可以假設(shè)風(fēng)機(jī)的效率有效點(diǎn)值為65.2%。那么風(fēng)機(jī)的靜壓內(nèi)效率(3),式中,指的是風(fēng)機(jī)的靜壓;風(fēng)機(jī)的全壓內(nèi)效率(4),式中的指的是風(fēng)機(jī)的全壓。對上述公式進(jìn)行整理,可以得到(5),從公式中可以了解到現(xiàn)階段,風(fēng)機(jī)的全壓內(nèi)效率與靜壓內(nèi)效率是風(fēng)機(jī)空氣動力設(shè)計(jì)的主要指標(biāo),可以用來判斷風(fēng)機(jī)內(nèi)部空氣流動的質(zhì)量[2]。
在當(dāng)前風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)分析過程中,風(fēng)機(jī)的特性曲線是一種用來表示風(fēng)機(jī)主要性能參數(shù)關(guān)系的曲線形式,一般情況下,風(fēng)機(jī)性能曲線有5 條,分別是全壓—流量曲線、靜壓—流量曲線、軸功率—流量曲線、效率—流量曲線、靜壓效率—流量曲線。風(fēng)機(jī)在轉(zhuǎn)速n 一定的情況下,效率與風(fēng)量之間存在著直接的關(guān)系,并且效率最高值點(diǎn)對應(yīng)的風(fēng)量、風(fēng)壓、軸功率共同構(gòu)成了風(fēng)機(jī)的最佳工況,因此,現(xiàn)階段,在進(jìn)行風(fēng)機(jī)選擇的過程中,相關(guān)工作人員需要保證風(fēng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)效率在0.9 以上,同時,這一范圍也是風(fēng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)適用區(qū)。
圖3 中的橫坐標(biāo)指的是風(fēng)量,縱坐標(biāo)指的是風(fēng)壓,從圖中可以了解到,風(fēng)機(jī)在轉(zhuǎn)速固定的情況下,風(fēng)量、風(fēng)壓參數(shù)存在著極大的差異,并且參數(shù)的最大值由風(fēng)機(jī)的性能決定。同時,這些參數(shù)交匯點(diǎn)可以構(gòu)成一條曲線,對曲線進(jìn)行分析可以了解到,風(fēng)量越大,風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓越小?,F(xiàn)階段,在明確風(fēng)機(jī)中各參數(shù)之間的關(guān)系后,相關(guān)工作人員可以明確了解到在系統(tǒng)阻力發(fā)生變化后,風(fēng)機(jī)工況變化極大。比方說,若在風(fēng)機(jī)正常工況下,關(guān)閉或者調(diào)小其回風(fēng)口閥門,那么系統(tǒng)的阻力將會增大,系統(tǒng)的機(jī)外余壓將會隨之增大,風(fēng)機(jī)輸風(fēng)量將會減少,并且當(dāng)變量超過風(fēng)機(jī)最佳運(yùn)行工況區(qū)間后,其總效率同樣會變小,進(jìn)而導(dǎo)致風(fēng)機(jī)的軸功率增大,長時間處于這種運(yùn)行狀態(tài)下,那么風(fēng)機(jī)將會出現(xiàn)過載超流現(xiàn)象,燒毀電機(jī)。
現(xiàn)階段,為避免電機(jī)因超流現(xiàn)象的出現(xiàn)而發(fā)生燒毀的問題,相關(guān)工作人員可以通過在風(fēng)機(jī)安裝前對其參數(shù)進(jìn)行復(fù)核、改造管網(wǎng)系統(tǒng)、找出風(fēng)機(jī)工況最佳效率點(diǎn)等方式,保證風(fēng)機(jī)的工況性能能夠達(dá)到最佳。
在當(dāng)前空氣鼓風(fēng)機(jī)安裝風(fēng)機(jī)選型前,為保證空氣鼓風(fēng)機(jī)的系統(tǒng)阻力安全余量預(yù)留情況能夠適應(yīng)風(fēng)機(jī)的實(shí)際性能,相關(guān)工作人員需要依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙上的管路以及鼓風(fēng)機(jī)現(xiàn)場裝配情況對風(fēng)機(jī)的參數(shù)進(jìn)行復(fù)核,在保證機(jī)外余壓參數(shù)合適的情況下,進(jìn)行風(fēng)機(jī)安裝,從而保證空氣鼓風(fēng)機(jī)項(xiàng)目調(diào)試以及系統(tǒng)聯(lián)動階段的順利性。具體來說,風(fēng)管最不利段的總壓力損失等于沿程損失與局部損失之和,在實(shí)際計(jì)算過程中,其公式為(6),式中,指的是總壓力損失;Rm指的是風(fēng)管單位長度摩擦阻力,在低風(fēng)速情況下,其取值范圍在0.8—1.5Pa/m 之間,l 指的是風(fēng)管最不利管段的總長度;k 指的是局部阻力與摩擦阻力損失之比,在局部配件較少時,k的取值范圍在10—20 之間,在局部配件較多時,其取值范圍在3.0—5.0之間。此外,將總壓力損失加大10%,將會得到風(fēng)機(jī)機(jī)外余壓。在當(dāng)前的鼓風(fēng)機(jī)實(shí)際安裝過程中,相關(guān)工作人員需要保證所選風(fēng)機(jī)機(jī)外余壓超過計(jì)算得出機(jī)外余壓。同時,現(xiàn)階段,相關(guān)工作人員在及西寧風(fēng)管管理優(yōu)化工作時,需要提升對預(yù)估算結(jié)果的重視程度,即在選擇設(shè)備的機(jī)外余壓遠(yuǎn)超過所需機(jī)外余壓后,那么在相關(guān)工作人員則需要在優(yōu)化過程中盡量避免簡化風(fēng)管管路的情況出現(xiàn);若選擇的設(shè)備機(jī)外余壓比所需機(jī)外余壓小時,那么相關(guān)工作人員則需要在進(jìn)行優(yōu)化的過程中及時調(diào)整管路的參數(shù)。
在當(dāng)前的鼓風(fēng)機(jī)實(shí)際安裝過程中,若安裝現(xiàn)場的情況不適合對風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)進(jìn)行調(diào)整,那么相關(guān)工作人員可以通過對鼓風(fēng)機(jī)管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整的方式,降低離心式風(fēng)機(jī)電機(jī)超流問題的出現(xiàn)概率。具體來說,在進(jìn)行鼓風(fēng)機(jī)管網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)整的過程中,考慮到當(dāng)前風(fēng)機(jī)在進(jìn)行機(jī)外余壓設(shè)計(jì)過程中必然完成了安全系數(shù)的設(shè)計(jì)工作,因此,風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中不可避免地會出現(xiàn)工況點(diǎn)偏離現(xiàn)象。因此,在不能對風(fēng)機(jī)性能參數(shù)加以調(diào)整的情況下,相關(guān)工作人員可以通過在鼓風(fēng)機(jī)的送風(fēng)處添加一個電控風(fēng)量調(diào)節(jié)閥,在減小鼓風(fēng)機(jī)出風(fēng)截面面積的同時,提升管網(wǎng)系統(tǒng)的阻力,但需要注意的是,經(jīng)過這種處理方式處理后的鼓風(fēng)機(jī),在系統(tǒng)風(fēng)速加快的同時,其噪聲也會隨之增大,面對這種情況,相關(guān)工作人員可以通過為鼓風(fēng)機(jī)安裝消聲器分方式,降低風(fēng)管系統(tǒng)的動能,降低其空氣流速。同時,相關(guān)工作人員還可以通過調(diào)節(jié)電控閥的方式,在控制系統(tǒng)阻力的同時,監(jiān)測系統(tǒng)風(fēng)量、風(fēng)速以及電機(jī)電流等情況,從而達(dá)到保證風(fēng)機(jī)工況回到最佳效率點(diǎn)的目的。
在當(dāng)前空氣鼓風(fēng)機(jī)的安裝過程中,為進(jìn)一步鼓風(fēng)機(jī)的性能,鼓風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠家可以加強(qiáng)與離心式風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠家之間的溝通,令風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠家提供風(fēng)機(jī)的相關(guān)參數(shù),并且在鼓風(fēng)機(jī)實(shí)際生產(chǎn)前,依據(jù)自身的實(shí)際情況以及當(dāng)前生產(chǎn)技術(shù)水平,對鼓風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)圖進(jìn)行次微調(diào)或者管路改造,并且在風(fēng)機(jī)到達(dá)鼓風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠后,依據(jù)風(fēng)機(jī)的實(shí)際情況對鼓風(fēng)機(jī)與風(fēng)機(jī)進(jìn)行二次微調(diào)或者管路改造,保證當(dāng)風(fēng)機(jī)安裝過程中其工況點(diǎn)始終處于有效運(yùn)行區(qū)間內(nèi)。
結(jié)論:總而言之,為保證離心式風(fēng)機(jī)能夠在當(dāng)前的實(shí)際應(yīng)用過程中始終處于保持穩(wěn)定可靠的工作狀態(tài),相關(guān)工作人員不僅需要明確風(fēng)機(jī)的實(shí)際性能參數(shù),并依據(jù)其具體應(yīng)用需要對其性能進(jìn)行有效的調(diào)整,還需要在明確風(fēng)機(jī)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境的情況下,為其擬定合適的工程組合計(jì)劃,以便降低電機(jī)出現(xiàn)超流、噪聲等問題的概率。