...A MV在冶金烧结主抽风机系统的应用

贺培君

[摘 要]本文主要论述三元流风机叶轮在莱钢105m2烧结机主抽风机上的应用，介绍三元流原理、三元流风机的改造实践、结构特点及应用效果。

[关键词]风机 三元流 改造

中图分类号：TM921.51 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2016）30-0352-01

1 前言

风机在烧结、炼铁、炼钢、焦化等行业大规模使用，特别是烧结系统主抽风机更是主要配套设备之一，其直接影响着烧结矿的产量、质量和能耗，是烧结生产的“心脏”。目前普遍使用的风机多是应用二元流技术设计的风机叶轮，二元流风机叶轮旋转时流体与叶片进口冲角形成了一种硬冲击，导致叶轮流道流速不畅，产生效率低、能耗大、叶轮磨损快、寿命短、噪声大等一系列缺陷。随着生产水平的日益提高，以及降本增效的需要，一种根据“叶轮机械三元流动理论” 设计的"三元流"风机叶轮得到了越来越广泛的应用。2013年和2015年山钢莱芜分公司炼铁厂分别对1#、3#105 m2烧结机主抽风机叶轮进行了三元流改造。

2 三元流原理

自上世纪70年代电子计算机得到广泛应用后，我国著名科学家吴仲华院士的“叶轮机械三元流动理论”被广泛地应用于航空燃气轮机设计和发展。在航空用离心压气机中，用激光测速技术观察到射流一尾迹现象。在流道出口附近出现了一个低能量流动区，它类似于一个旋涡，称之为尾迹，其主流部分出口流速可按三元流动理论作无粘性位流计算得出，这部分称之为射流。

在离心风机叶轮试验中，发现了同样的现象。尾迹的出现，不但降低了风机的流力效率，更减少了有效通流面积，也使风机的流量减少。控制尾迹区成为改进流力效率设计的一个重要目标。

应用“射流一尾迹三元流动”理论，把叶轮内部的三元立体空间无限地分割，通过对叶轮流道内各工作点的分析，建立起完整、真实的叶轮内流动的数学模型。通过这一方法，对叶轮流道分析可以做得很准确，反映流体的流场、压力分布也最接近实际。叶轮出口为射流和尾迹（漩涡）的流动特征，在设计计算中得以体现。因此，设计的叶轮也就能更好地满足工况要求，效率显著提高。

在鼓风机设计制造过程中，为了计算方便，设计叶轮是将流道截面上下各层看成一样来处理，这就是普通的二元流风机的原理。然而实践中人们发现该类风机存在许多缺陷，气体的流动沿叶轮叶片的长度方向的相对速度和静压是完全不一样的，三元流的设计就是通过对叶轮叶片长度方向的相对速度及静压进行校合验算，确定叶片数及进出口气流角、安装角，减少气体流动阻力和功耗，在不改变风机机壳的前提下，适当改变鼓风机的叶轮等部件，就能达到节约能源、提高气体的输送能力的目的。

3 三元流风机系统改造

山钢莱芜分公司炼铁厂105 m2烧结机主抽风机三元流改造为了最大程度降低改造成本，在设备土建基础、电机及连接组件及叶轮主轴不变的条件下，只对风机叶轮及进风口进行改造。

3.1 叶轮改造

将传统二元流风机叶轮更换为三元流风机叶轮。三元流风机叶轮是运用三元流技术进行优化设计的，叶轮叶片形状为不规则曲面形状，较传统风机叶轮的直叶片，三元流叶轮叶片形状更好地适应流体的真实流态，有效控制叶轮内部流体质量的速度分布，使同一截面流速分布均匀，避免产生紊流，气动性能高，能够有效降低风机噪声，提高风机效率。同时，叶轮进口采用分流技术使进口气流均匀分布，合理分布含有杂质的气流以避免集中在叶片头和靠近后盘部位的冲击磨损，在改善了叶轮流道气流的均匀性后也减少杂质堆积，更好地改善叶轮的稳定运转精度。表1为原二元流风机与三元流风机技术性能参数对比。

3.2 加装叶轮导流套

原二元流风机叶轮与主轴间没有过度装置，两者间形成较大台阶，运行过程中气流通过时产生气旋和涡流现象，减低了风机效率。在三元流叶轮改造过程中考虑到此问题，为避免产生气旋和涡流，在叶轮与主轴过度位置加装导流套，使气流与叶轮流道圆滑过渡，相对原来的结构提高了气流流动效率。如图1所示原二元流风机叶轮与三元流风机叶轮对比。

3.3 集流器、蜗壳及进气室改造

原二元流风机气流集中在叶片头部和靠近后盘的部位，磨损严重，易堆积尘灰，降低风机效率，三元流风机改造过程中在原进风口基础上应用了分流装置，分流装置将进气方式改为等截面分流式进气，将进口气流均匀分布，有效保證气流流场均匀化，使叶轮运行平稳，较大幅度地提高了风机效率。如图2所示原二元流风机与三元流风机进风口对比。

4 改造效果

山钢莱芜分公司炼铁厂两台105m2烧结机主抽风机叶轮三元流改造后，根据测量，烧结主抽风量由原来9500m3/min提升至10500m3/min，电机电流自320A升至330A，有效增加风量10.5%，烧结机料层由68kg/m提高到73kg/m，烧结机速由1.3m/min提高到1.4m/min，烧结矿产量稳步上升，由日均9800t增产至10500t。

5 结论

随着三元流理论的发展，利用“三元流”理论改造风机已成为一种新的发展方向。为风机等相关机械扩大效能，减少投资，开辟了一条新的途径。这一技术的推广在生产实践中已经取得了显著的效果。