羅茨鼓風(fēng)機(jī)|三葉羅茨風(fēng)機(jī)|螺桿真空泵|回轉(zhuǎn)式風(fēng)機(jī) - 錦工風(fēng)機(jī)有限公司
康普艾集團(tuán)的銷售和服務(wù)網(wǎng)絡(luò)遍布全球100多個(gè)國(guó)家和地區(qū),全球諸多知名公司如通用、奔馳、寶馬、大眾、安利、雀巢、巴斯夫、三星、現(xiàn)代等,都在使用著康普艾的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品及享受康普艾便捷的服務(wù)。公司具有強(qiáng)大的研發(fā)實(shí)力和精良的制造加工能力,產(chǎn)品不論從原材料和元器件的采購(gòu)、檢驗(yàn),還是整機(jī)的安裝和調(diào)試均嚴(yán)格按照ISO9001程序進(jìn)行,在生產(chǎn)過(guò)程中嚴(yán)格執(zhí)行六西格碼(6Sigma)質(zhì)量管理,追求產(chǎn)品零缺陷。
在環(huán)保執(zhí)法力度不斷加大,錯(cuò)峰生產(chǎn)常態(tài)化的背景下,水泥企業(yè)節(jié)能減排已經(jīng)刻不容緩。在水泥生產(chǎn)中,風(fēng)機(jī)能耗巨大,約占總能耗的30%~35%。近兩年來(lái),很多水泥企業(yè)在技改過(guò)程中,針對(duì)鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行了升級(jí),將羅茨鼓風(fēng)機(jī)更換為高效節(jié)能的空氣懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)??諝鈶腋‰x心鼓風(fēng)機(jī)摒棄了傳統(tǒng)鼓風(fēng)機(jī)所必需的增速齒輪、聯(lián)軸器、潤(rùn)滑和冷卻風(fēng)扇等系統(tǒng),從而提升了產(chǎn)品的效率、工藝性能以及運(yùn)行可靠性,避免了噪音、振動(dòng)以及廢棄潤(rùn)滑油等對(duì)環(huán)境造成的二次污染,減少了設(shè)備維護(hù)工作量,節(jié)約了設(shè)備維護(hù)成本。
1 空氣懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)基本原理及特點(diǎn)
空氣懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)照片見圖1,它是一種應(yīng)用航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)開發(fā)的全新概念鼓風(fēng)機(jī),其基本原理是通過(guò)空氣懸浮軸承支撐和變頻器控制的高速永磁同步電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)同軸離心葉輪做功,輸出無(wú)油潔凈空氣。它具有供氣量大、運(yùn)行平穩(wěn)、效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、噪音低、占地面積小、重量小、使用年限長(zhǎng)、維修量小、無(wú)須潤(rùn)滑、氣體不會(huì)被油污染等優(yōu)點(diǎn),節(jié)能效益顯著。該產(chǎn)品主要涵蓋了空氣動(dòng)壓箔片軸承、高速大功率永磁電動(dòng)機(jī)、高效氣動(dòng)系統(tǒng)、變頻控制和檢測(cè)監(jiān)控技術(shù)等核心技術(shù)。
圖1 空氣懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)照片
1.1 空氣動(dòng)壓箔片軸承
空氣動(dòng)壓箔片軸承是一種采用彈性元件作為支承的自作用式動(dòng)壓氣體軸承,與傳統(tǒng)的剛性和滾珠軸承相比,具有轉(zhuǎn)速高、無(wú)污染、摩擦功耗低、壽命長(zhǎng)、工作溫度范圍寬、穩(wěn)定性好和自適應(yīng)性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn),在低溫制冷、航空航天以及國(guó)防等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值和廣泛的發(fā)展前景[1]。空氣懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)依靠空氣力場(chǎng)使轉(zhuǎn)子懸浮并保持高速運(yùn)轉(zhuǎn)。這種軸承與傳統(tǒng)的滾柱軸承不同,運(yùn)行時(shí)回轉(zhuǎn)軸和軸承之間沒有物理接觸點(diǎn),無(wú)須潤(rùn)滑油,能量損耗低。為了保護(hù)啟動(dòng)停止時(shí)的軸承表面,采用了高溫固體涂層,不需要維護(hù),可長(zhǎng)期運(yùn)行,目前可實(shí)現(xiàn)無(wú)故障20?000次啟停,按每天啟停一次計(jì)算,可運(yùn)行54.79年。
1.2 高速大功率永磁電動(dòng)機(jī)
隨著永磁材料性能的不斷改善和提高,特別是釹鐵硼、釤鈷永磁材料的熱穩(wěn)定性和耐腐蝕性的改善和價(jià)格的逐步降低以及電力電子器件的進(jìn)一步發(fā)展,加上永磁電動(dòng)機(jī)研究開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的逐步成熟,高速永磁電動(dòng)機(jī)的研究開發(fā)進(jìn)入了一個(gè)新階段[2]。特別是由于軍用及民用需求日益增多,國(guó)內(nèi)外針對(duì)高速永磁電動(dòng)機(jī)的研究也逐步深入。石家莊金士頓軸承科技有限公司根據(jù)國(guó)家環(huán)保要求及軍民融合的戰(zhàn)略需求,采用空氣動(dòng)壓箔片軸承為支撐進(jìn)行了高速永磁電動(dòng)機(jī)為核心的空氣懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)的研制、生產(chǎn)及銷售,目前已經(jīng)形成了功率15~300 kW、轉(zhuǎn)速20?000~100?000 r/min,近50余種產(chǎn)品譜系分布。高速永磁電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)子強(qiáng)度、轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、電磁設(shè)計(jì)、冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)與溫升計(jì)算、高速軸承以及控制器的研制等方面存在許多常規(guī)電動(dòng)機(jī)所不具有的特殊關(guān)鍵問題,其設(shè)計(jì)是一個(gè)集電磁場(chǎng)、轉(zhuǎn)子強(qiáng)度、轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)、流體場(chǎng)與溫度場(chǎng)等多物理場(chǎng)多次迭代的綜合設(shè)計(jì)過(guò)程[3]??諝鈶腋‰x心鼓風(fēng)機(jī)采用了高速直聯(lián)電動(dòng)機(jī),與常規(guī)的依靠齒輪增速形式的風(fēng)機(jī)有本質(zhì)的區(qū)別。由于沒有了齒輪增速,大大減少了因?yàn)闄C(jī)械傳動(dòng)和機(jī)械摩擦而產(chǎn)生的能源消耗,大大提升了效率。通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量,精度較高??諝鈶腋‰x心鼓風(fēng)機(jī)主機(jī)如圖2所示。
圖2 空氣懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)主機(jī)
1.3 高效氣動(dòng)系統(tǒng)
葉片式流體機(jī)械中,能量轉(zhuǎn)換是在帶有葉片的轉(zhuǎn)子及連續(xù)繞流葉片的介質(zhì)之間進(jìn)行的。當(dāng)介質(zhì)可壓縮的時(shí)候,介質(zhì)的能量應(yīng)包括宏觀的動(dòng)能及介質(zhì)的內(nèi)能。在流體機(jī)械中,內(nèi)能與介質(zhì)的焓值密切相關(guān)。介質(zhì)流過(guò)機(jī)器后焓值的變化量,不僅和葉輪所做的功有關(guān),而且與機(jī)器內(nèi)部的熱力學(xué)過(guò)程及熱量的傳遞有關(guān)。為保證所需的能量頭,鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速通常較高,這就必須考慮到流動(dòng)的馬赫數(shù)對(duì)鼓風(fēng)機(jī)工作的影響以及葉片在離心力作用下的強(qiáng)度問題。為防止鼓風(fēng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)發(fā)生喘振,在設(shè)計(jì)時(shí)就要盡可能使鼓風(fēng)機(jī)有較寬的穩(wěn)定工作區(qū)域。在進(jìn)行葉輪設(shè)計(jì)時(shí),采用較小的葉片出口角,這種葉輪具有較寬的穩(wěn)定工作范圍和平坦或陡降的性能曲線。另外,在確定鼓風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)點(diǎn)時(shí),離喘振點(diǎn)有一定的距離,一般要求喘振流量小于0.8倍的設(shè)計(jì)工況流量。
1.4 變頻控制和檢測(cè)監(jiān)控技術(shù)
在鼓風(fēng)機(jī)與管網(wǎng)系統(tǒng)聯(lián)合工作時(shí),一般要求鼓風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)在設(shè)計(jì)點(diǎn)上。但在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)中,由于用戶要求不一樣,鼓風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)可能有變動(dòng),這時(shí)就需要移動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)或管網(wǎng)的工作點(diǎn),以滿足用戶要求。常用的調(diào)節(jié)方法有:(1)出口節(jié)流;(2)進(jìn)口節(jié)流;(3)采用可轉(zhuǎn)動(dòng)的葉片;(4)采用可轉(zhuǎn)動(dòng)的進(jìn)口導(dǎo)葉;(5)采用可轉(zhuǎn)動(dòng)的擴(kuò)壓器葉片;(6)變速調(diào)節(jié);(7)改變臺(tái)數(shù)調(diào)節(jié)等。目前空氣懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)采用PLC與變頻調(diào)速控制系統(tǒng),PID自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)量風(fēng)壓,使風(fēng)機(jī)工作范圍內(nèi)達(dá)到最經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)。控制系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)速、風(fēng)壓、風(fēng)量、溫度等進(jìn)行自檢,具備防喘振和報(bào)警自動(dòng)停機(jī)功能。
1.5 典型空氣懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)測(cè)試
根據(jù)研制要求建立了高速永磁電動(dòng)機(jī)與空氣懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)集成進(jìn)行性能測(cè)試。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用Vacon變頻器,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為34?200 r/min,殼體振動(dòng)峰值小于3 m/s2,定子溫升在90 ℃以內(nèi)。經(jīng)測(cè)定電動(dòng)機(jī)效率為97.5%。風(fēng)機(jī)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)照片如圖3、圖4所示,振動(dòng)測(cè)試結(jié)果如圖5所示。
圖3 空氣懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)氣動(dòng)測(cè)試照片
圖4 電動(dòng)機(jī)輸入電流波形
圖5 振動(dòng)測(cè)試
1.6 空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)與羅茨鼓風(fēng)機(jī)的對(duì)比
羅茨鼓風(fēng)機(jī)屬于容積式鼓風(fēng)機(jī),依靠旋轉(zhuǎn)時(shí)葉片間的容積變化將空氣擠出機(jī)殼,理論上,如果轉(zhuǎn)子、機(jī)殼強(qiáng)度和電動(dòng)機(jī)功率足夠的話,其排氣壓力可以一直增加。羅茨鼓風(fēng)機(jī)的另一特點(diǎn)是其排氣流量只與其轉(zhuǎn)速有關(guān),在排氣壓力有波動(dòng)的時(shí)候(峰值不超過(guò)額定排氣壓力),只要轉(zhuǎn)速不改變,流量基本上也是不變的。而這種使用工況在水泥行業(yè)中最為常見。
空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)屬于離心式鼓風(fēng)機(jī),有喘振和阻塞兩種特性,在這兩種區(qū)域內(nèi)是不允許運(yùn)行的。針對(duì)水泥廠的需求,在明確所需流量的前提下,恒流量模式可適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)壓力脈動(dòng)的工況,通過(guò)安裝在風(fēng)機(jī)進(jìn)口處的流量傳感器,實(shí)時(shí)檢測(cè)風(fēng)機(jī)的入口流量。當(dāng)排氣壓力發(fā)生變化的時(shí)候,當(dāng)前轉(zhuǎn)速下的流量值亦會(huì)發(fā)生改變,從而偏離設(shè)定的流量值,此時(shí)中控PLC便會(huì)根據(jù)流量偏離方向,發(fā)出提升或者降低轉(zhuǎn)速的指令,讓實(shí)時(shí)流量重新回到設(shè)定流量。GF100/0.4機(jī)型性能曲線見圖6,在鼓風(fēng)機(jī)允許運(yùn)行的區(qū)間內(nèi),恒流量調(diào)節(jié)可以覆蓋的壓力范圍為20~40 kPa,流量范圍為40~95 m3/min,所用工況在該區(qū)間內(nèi)即可。
圖6 典型空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)性能曲線
2 空氣懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)在水泥行業(yè)的應(yīng)用
水泥廠可以使用空氣懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)用于氣體輸送、粉塵物料輸送、煙氣脫硫等。目前金士頓軸承科技有限公司的空氣懸浮風(fēng)機(jī)已經(jīng)在北京金隅北水環(huán)??萍加邢薰?、邯鄲金隅太行水泥有限責(zé)任公司、河北金隅鼎鑫水泥有限公司、河北金隆水泥集團(tuán)有限公司、淶水金隅冀東環(huán)保科技有限公司、河南孟電集團(tuán)水泥有限公司、臨朐山水水泥有限公司、銅川聲威特種水泥有限公司、平陰山水水泥有限公司等多家水泥企業(yè)應(yīng)用,并得到了高度認(rèn)可。主要應(yīng)用的工序有一次風(fēng)機(jī)、窯頭/窯尾喂煤風(fēng)機(jī)、均化庫(kù)庫(kù)下風(fēng)機(jī)等。代替原有的羅茨風(fēng)機(jī),設(shè)備運(yùn)行工況為出口升壓25~120 kPa,單機(jī)最錦工量300 m3/min。抽取的典型節(jié)能數(shù)據(jù)見表1,應(yīng)用工況照片見圖7、圖8。
表1 頭煤風(fēng)機(jī)節(jié)能對(duì)比數(shù)據(jù)
圖7 均化庫(kù)庫(kù)下風(fēng)機(jī)
圖8 窯頭送煤風(fēng)機(jī)
3 結(jié)束語(yǔ)
空氣懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)是一種高效節(jié)能的新型環(huán)保離心鼓風(fēng)機(jī),憑借節(jié)能、低噪音、無(wú)油、運(yùn)行可靠、操作維護(hù)簡(jiǎn)便和半永久壽命等優(yōu)勢(shì),將成為未來(lái)最節(jié)能的流體設(shè)備之一 。金士頓公司是繼韓國(guó)科學(xué)技術(shù)研究院之后世界上第二家自主研發(fā)生產(chǎn)空氣懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)的企業(yè),打破了韓國(guó)長(zhǎng)達(dá)13年的技術(shù)壟斷,可在水泥、食品、污水、化工等領(lǐng)域廣泛使用,實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的。
作者單位:石家莊金士頓軸承科技有限公司
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