水泥行业离心风机的正确选型

   风机，作为通用换气设备被普遍应用于各个行业中，在水泥行业中更被广泛使用。随着科技的发展人类居住环境受到工业污染的挑战，以及世界经济发展下行压力加大，人们越来越关注工业设备应用对环境的影响。对低碳，减排，降低成本的要求，使人们对高效工业离心风机关注度越发提高，从而将高效工业风机研发，选型，改造推入新的篇章。

  在水泥生产工艺中，随着工艺要求的提升，常常对风机有更高的要求，需要增大风机的尺寸，提高风机速度，来满足更大的工艺处理量和输送工艺的要求。因此，在风机采购中，风机使用能耗成本比前期采购成本更加被人们重视。“降耗就等于赚钱”人们开始把低能效风机的改造列入降低成本的重中之重，一些大功率工艺气风机，高温循环风机的改造一年到两年内节约的电费成本就等于一台新投入风机的成本。

  一、离心风机是如何工作的

  离心风机并不像轴流风机靠离心力转化能量，而是由叶片运动产生能量。换一种思路来解释离心风机的工作原理，当叶轮转动时，在叶片底部形成真空区，空气流随即填补这个真空区并随之流向叶片表面。这说明了一个重要的事实，即叶片的下表面对风机效率起不到决定性的影响。所以风机制造商通常在叶片背板加焊内外加强板，条状加强焊道，增加叶轮的强度。并增加平行固定螺栓，衬垫做为耐磨保护。这也意味着，高效率机翼型叶片并没有比高效弯型叶片效率高很多。翼型叶片更主要的优点在于，对于更大，更宽的叶轮，它的中空式结构叶片强度上会比传统弯型叶片更强。

  风机在旋转时，叶轮的速度随着风机的半径变化而变化。所以，最佳效率的叶片应该是后弯的螺旋型叶片。而在实际应用中，通常使用的是弯型叶片，配合进出风口角度，来达到风机所需的性能参数。这些角度由界定曲率和倾斜角半径来实现。对于机翼型叶片，叶片宽厚，曲率平缓，所以此款叶片效率会相对提高一些。而倾型（前倾/后倾）叶片是当风机输送气体载尘时不得不选择的折中方案。在含尘量较大的输送系统里，有自洁性的倾型（前倾，后倾）叶片变成首选，但是要使倾型叶片效率超过80%，就需要结合更加缜密的风机设计才能实现。例如，哈利法克斯风机的BFBI（BF后倾）系列。这一系列的风机效率完胜弯型叶片风机，叶片曲率和倾斜角的设定完美接合风机入口和出口倾角，使风机效率远超80%。

  气流通过进风锥管进入风机流入叶轮的过程中，没有旋转阀推动气体，只有大约50%左右的气流被推入风机背板/中心轮毂侧，所以只有一定量的能量传导给叶轮，而其他的一部分气流在叶轮四周循环转化成能量损失。这部分循环气流的多少直接决定了叶轮的效率。

  我们可以通过改变进风椎管设计间距来改变叶轮循环气流面积，改变进风椎管嵌入叶轮深度或叶轮进口加强环尺寸都会对风机的性能产生影响。还有一种做法是设计具有抛物线型或者有坡度的叶轮盖板来减少叶轮四周气体循环区域面积。叶轮越宽，气体分流会越明显，如果叶轮非常宽，风机的性能会很难预知。所以当叶轮很宽时我们完全要依靠大坡度前盖板才能维持稳定的风机性能。

  二、如何提高风机效率

  准确知道风机的使用工况才能更好的选择合适的风机设计，然而，简单的风机设计不会全面考虑到风机应用过程中的全部问题，包括制造精度影响等。

  验证性能测试法做为一种性能测试的手段依然被许多风机厂商和用户广泛的应用。目前有很多风机性能测试从ISO和AMCA测试标准中延伸而来，这些测试的基础理论都是相同的。按照测试标准定制管道进行标准测试，随后矫正测试条件。再通过风机标准定律计算相同的叶轮形式不同尺寸的风机性能。例如：

  压力和密度成正比，和速度，尺寸的大小成平方比

  流量和速度成正比和尺寸的大小成立方比

  实际的制造过程中都会有限制公差（例如±1mm）。这意味着，当风机越来越小时，制造公差并不随风机的尺寸而减小（制作一台250mm风机±0.25mm公差难度很大，而制作一台1000mm风机限制公差为±1毫米公差并不困难）。焊接工艺和表面粗糙度对小风机影响更大。另外，气流边界层和湍流效应不会随尺寸的增大而阔大。这些特性被称为尺寸效应-风机的尺寸直接影响风机的性能，制造一个高效的小风机远比制造一个高效的大风机要难的多。这种风机尺寸效应也得到AMCA FEG和ISO12759风机轴吸收功率评级的认可。

  当测试一个新研发风机模型时，为了让测试结果更完美，风机的制造和装配工艺更细致，远超过普通风机的生产水平，这也是风机性能降低的一种因素。哈利法克斯风机使用测试方法是测试小风机，并使用普通的生产工艺制造风机，风机测试以380mm直径叶轮为模型。大公差的小风机为测试标准，确保生产出的小公差的大型风机性能更优越，效率更高。

  还有一种测试方法，是通过CFD来对风机建模分析（计算流体动力学）。在10年前，依靠CFD分析传动机械设备对于风机制造厂家来说是非常昂贵的。在过去10年中，使用CFD的范围慢慢缩减。仅仅使用CFD软件中的一项ANSYS功能，但分析仅能达到10％的精度，一个CFD模型至少需要32位处理器12小时的分析。还有另外的理论和模块来进行相似精度的分析。这仅有的10％的精度可以预测的流体变化，却不足以用于风机性能的预测，所以即便是有CFD结果的支持，还是要依赖物理测试法进行性能测试。

  哈利法克斯风机将理论开发融入模型制造中，快速制造原型测试。这种测试方法要比CFD分析法更快易于实现，一旦理论模型通过物理测试再融入CFD分析来完善风机设计。总体而言，CFD更偏重于对几何形态的分析，但是并不能智能结合样机理论，CFD还运用于分析易于测试流动理论和物理结构影响，而这些是物理测试很难检测到的。

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