1 引 言

  离心风机在重工业企业运用比较广泛，如冶金、化工 等企业，单耗电量就占我国年总耗电量的 10%左右，提高 风机效率对节约能源具有十分重要的意义。随着科学技 术的发展，我国在风机设计方面已经有了很大进步，特别 是在效率、可靠性、噪音的降低等方面都有了很大的提 高，国产风机效率已接近 90%。但是在生产系统中的实际 运行效率只有 40%左右，甚至更低，比发达国家低 10%- 30%，而且风机运行的稳定性差，检修频繁。

2 风机运行情况分析

济钢拥有离心风机 百余台，分布在不同的生 产环节，以转炉煤气加压 设 备 AI180 -1.345/1.245 风机为例， 6 台风机平均 实际效率在 50%左右，与 设计效率差距较大。通过 设备检修时对叶片积灰 详细观察和分析，可以确认叶轮风道积灰是效率低的主 要原因，如图 1 所示。由风道积灰情况可以看出，叶片积 灰由压力面向吸力面延伸和由入口向出口延伸，导致风 道逐步变窄，容积效率大幅下降，有用功占比降低，轴功 率降低，致使系统运行效率下降。同时，因风道积灰煤气供量不足、叶轮积灰脱落导 致叶轮不平衡等，迫使风机频繁检修，设备检修周期不 到设备零部件使用寿命 50%，不仅造成备件材料的大量 浪费，检修成本高居不下，而且设备运行可靠性也大幅 降低。

3 叶轮风道积灰原因

（1）转炉煤气含尘量高。我厂 AI180 风机输送的是转 炉煤气，其中杂有粉尘、水汽及其他腐蚀性气体，腐蚀性 气体直接导致叶轮表面光洁度降低，同时除尘过程中产 生的水汽为粉尘增加了粘度，此时通过风道的粉尘拥有 的能量无法克服其与导流板间的粘附力，从而导致粉尘 的逐步累积。 （2）叶片设计选型不合理。根据运行环境选择不同的 叶型，对提高效率和降低系统维护成本十分重要，不能单 纯考虑理论效率而忽视实际效率及其带来的一系列不良 影响。

4 叶型对风机理论效率的影响

4.1 风机叶片型式 目前离心风机型式主要有三种，即：后弯式、径向式 和前弯式，主要是依据出口安装角 β2α 来确定。 4.2 安装角与叶轮进出口速度 图 2 为叶轮内介质在出入口时速度分解图，在叶轮 几何尺寸、转速 n 及煤气静态流速 v0 不变的情况下， u1、u2 为恒量。

由速度矢量图解法可知：进出口绝对速度 v1、 v2 随着叶片进出口安装角 β1、 β2 增大而增加。
u-圆周速度，沿 叶轮圆周切线方向， u=r·ω； w-介质相对 叶片流出速度，称相 对速度，基本沿叶片 型线方向； v-介质相 对机壳流出速度，为 绝对速度，v 軆=u 軋+w 軑； α-绝对速度 v 与圆周速度 u 正向的夹角，称绝对流动角； β-叶片切线与圆周速度反向的夹角，称安装角。 4.3 进出口速度与动风压 通过叶轮旋转，介质获得能量，增加的能量可以用流 体力学中的动量矩定律求得，所得方程即为能量方程： pT=ρ（u2v2μ∞-u1v1μ∞） （1） 其中， pT-理想介质下所产生的总风压； ρ-介质密度； ∞-表 示叶片无穷多；1-表示进口；2-表示出口。 由能量方程和图解介质速度三角形的余弦定理： w2 1=u2 1+v2 1-2u1v1cosα1 （2） w2 2=u2 2+v2 2-2u2v2cosα2 （3） 推导出风压的另一个表达式： p= ρ 2 ［（v2 2-v2 1） + （u2 2-u2 1） + （w2 1－w2 2）］ （4） 式（4）中，ρ 2 （v2 2 -v2 1）为介质通 过叶轮后所增加的动风压 pd；
ρ 2
（u2 2-u2 1）和 ρ 2
（w2 1－w2 2）为介质
通过叶轮后所增加静风压 pj。 由此得出：动风压 pd 的大小与进出口速度有关，也就 与进出口安装角 β1、β2 有关。 以上表明：通过两种方法可以调整动风压的大小：一 是增大出口安装角 β2；二是减小进口安装角 β1。 4.4 动风压的作用 动风压的作用可以分解为两方面，一是增加系统能 量损失，二是提高介质动能。机械能转换为压力能的过程 中，动风压产生的能量损失最大，介质在风道内流动的过 程中与叶片产生摩擦损失，速度越大损失越大。介质由入口到出口，最终进入蜗壳的过程中，动、静风压转换产生 扩散损失。 从理论上分析：动风压大小是恒量风机效率高低主 要依据，也就是说：出（进）口安装角 β2（β1）越大（小），出 （进）口速度 v2（v1）越大（小），风机产生的动风压 pd 越大， 流动损失也就增大，风机效率也随之降低。

5 动风压的除灰效应

通过提高介质动风压 pd，介质在能量转换过程中损 失增加，风机的理论效率降低。但是动风压的增加可以 使煤气介质所获得的动能增加，煤气中含有的粉尘及水 汽的动能也相应增加。我们知道煤气中粉尘要在风机叶 片上滞留或堆积，必须克服其自身所具有的动能。也就 是说，可以通过粉尘的动能来克服粉尘与叶片之间的粘 附力，迫使经过风道的全部或大部分粉尘都不能粘附在 叶片上，以此达到除尘效果，保证风道的通畅和设备稳 定运行。

6 不同生产环境中的叶型选择及优化

风机叶型选择要依据煤气除尘系统的除尘效果。 目前高炉煤气的除尘系统，煤气经过重力除尘后又进 行干法除尘，含尘量大幅降低，然后又通过静电除尘后 才进入风机，这样含尘量已经降至 10mg/Nm3 以下；焦 炉煤气主要是焦油，粘附性强，但是累积效应差，所以 对风道的占用量低，对叶轮动平衡影响很小；转炉煤气 除尘工艺发展较慢，先进的干法除尘系统可以将粉尘控 制在 10 mg/Nm3 左右，但是投资成本高昂，国内多数企 业都采用湿法除尘，除尘系统差，一次除尘后含尘量在 100mg/Nm3 以上，经过二次除尘后含尘量也在 50mg/Nm3 以上。 煤气的含尘量的多少决定着叶片选型。尽管叶型划 分只有三类，但是每类又可以通过调整进出口安装角进 一步划分，这就要根据煤气实际含尘量进行调整，以实现 系统效率最大化。未经过改造的转炉煤气净化系统，可以 通过改造风机叶型来提高风机动风压的办法，减少风道 积灰，提高了风道平均有效容积率 η。

7 结束语

基于具体运行环境进行叶型选择及优化，可以实现 设备实际效益最大化，不仅可以提高设备系统效率，还可 以降低设备检修频次，节约检修成本，运行期内设备的稳 定性也得到提升。我厂按照实际运行环境投产的部分离心风机，系统效率明显高于其他风机，设备运行周期提高了一 倍多，设备运行十分稳定。

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