充气式入口导叶在丙烯酸工艺循环尾气风机中的应用

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摘要： 从理论上对比了入口导叶调节相对于入口阀门调节的优越性，介绍了一种GM离心鼓风机入口导叶的新结构，可用于丙烯酸工艺循环尾气风机，能够改善循环尾气风机在调节时的经济性。

关键词：离心式鼓风机；循环尾气风机；入口导叶调节；

中图分类号：TS737文献标识码： A

0引言

在丙烯酸工艺中所产生的丙烯酸尾气需由循环尾气风机引送，与空气混合后送入后续流程。沈阳鼓风机集团股份有限公司采用GM型离心鼓风机，经多次改进以满足丙烯酸工艺的要求。包括更改壳体材质、采用充气可磨密封，以及后期对可磨密封片的改进等。

GM型离心鼓风机引进自日本川崎重工技术，本用于空气、氮气等安全介质，采用入口导叶调节，具有少量泄漏。丙烯酸尾气从前序流程至循环尾气风机入口时多为正压，且尾气中含有有毒有害、易燃易爆成分，如果扔采用原有的入口导叶调节，将泄漏至大气，影响现场人员的人身安全，固取消原入口导叶装置，改用入口阀门调节。入口导叶调节因其相对于入口阀门节流调节具有较高的经济性且调节范围宽，防喘振控制精确而被广泛使用，本项目设计一套简单的传动结构，使循环尾气风机可采用入口导叶调节。

1对比入口阀门节流调节与入口导叶调节

风机出口与压力为pr，设计工况下，阀门全开。如图1所示，这时风机的工作点为s，流量为qms。如果用户要求压力不变，而流量要减小为q’ms，可关小入口阀门进行调节，使风机的性能曲线由位置1移到位置3，风机工作点也移到s’。这时流量已由qms减小为q’ms，而压力仍为pr。

图1

如果要求出口压力降低为p’s，而流量不变，同样可用减小进气节流阀门开度的办法，使风机性能曲线由1位置移到3位置，系统工作点也由s点变到s’点，满足对压力和流量的要求。

入口导叶调节是一种改变叶轮前入口导叶的角度，使气流产生预旋的调节方法。使进入叶轮的气流与叶轮旋转方向一致的旋绕（C1u＞0），称为“正旋绕”；产生与叶轮旋转方向相反的旋绕（C1u＜0），称为“负旋绕”。

图2

如图2所示，θ为旋绕角，通过对风机叶轮进口气流的速度三角形的研究，根据欧拉方程可知风机的能量头将随的改变而变化。正旋绕时C1u＞0，将减小；负旋绕时C1u＜0，将增大。

可以看出，有旋绕时对风机能头的影响还与D1/D2的比值大小有关[1]。GM型离心鼓风机采用三元混流叶轮，其D1/D2的比值较径向叶轮大，所以采用入口导叶调节效果也将更加明显。

当正旋绕增加时，性能曲线就向下移动，下降。如果风机的流量或压比需要减小，可采用正旋绕来调节。当负旋绕增大时。性能曲线上移，增大。当需要增大风机的流量或压比时，可采用负旋绕来调节。

采用入口导叶不会像用入口阀门调节那样产生较大的附加损失，所以经济性较好。当流量减小60%时，采用入口导叶调节比进气节流调节少消耗功率约P=17%。[1]

2对进气机壳的改进

原循环尾气用GM风机进气机壳采用ZG06Cr19Ni10整体铸造。在不改变原有蜗壳、扩压器以及转子结构的情况下，可以将进气机壳更改成铸造和焊接两部分组成。

如图3所示，进气机壳（外）采用不锈钢板材焊接，在内部焊接筋板以保证其强度。进气机壳（内）仍然采用ZG06Cr19Ni10。两者之间用若干螺钉把合连接。图中“I”“II”两处为定位止口，靠加工保证安装后内外进气机壳的同轴度。进气机壳（内）结构简单，便于铸造，且减小铸造尺寸也降低了铸造缺陷的发生。内外进气机壳把合后将形成一个腔体，从缓冲气接头处向该腔体中充入略高于风机入口压力的氮气或仪表风来密封住由入口导叶与进气机壳之间的间隙所泄漏出来的循环尾气。

图3

3导叶调节机构

图4

小型的GM离心鼓风机有9片导叶，将左侧水平导叶（从进气端视之）设定为主动导叶，通过开口销与主动支杆相连接。其他导叶为从动导叶，与从动支杆连接。用带头销和挡圈将支杆接头固定在支杆上，同时亦可灵活旋转，主动导叶旋转时，支杆接头在驱动环中前后移动，带动驱动环旋转。从动支杆与球接头通过带头销和挡圈连接，随同驱动环的旋转带动从动导叶的旋转。驱动环由若干钢球托起，并由保持架将钢球延圆周均布固定。主动支杆上端有凹槽，将传动轴前端插入凹槽中即可带动整套导叶调节机构。压板用于固定传动轴，同时脂和压板下的垫片也可起到一定的密封作用。采用角行程或直行程的执行器与传动柄连接，都可以驱动整套导叶调节机构。

4整体装配

图5

如图5所示，在装配时，应先将导叶调节机构安装到进气机壳（内）上，然后再将内外进气机壳组合到一起，插入传动轴，在安装压板之前需在传动轴与进气机壳之间涂抹脂，而后安装盖板。图中缓冲器接头可根据用户要求进行更改，可使用卡套接头、焊接接头、NPT螺纹连接接头或者对法兰连接。

进气机壳与蜗壳之间仍然采用螺柱连接，无需对蜗壳进行修改，所以即使是正在运转的机组同样可以进行改进。

5密封

如图6所示，传动轴与压板之间的间隙是缓冲气唯一可以向大气泄露的地方。在此处的处理上可以在压板下增加聚四氟乙烯垫片，同时在压板与传动轴之间的间隙处添加脂。由于缓冲气压力略高于风机的入口循环尾气的压力，绝大部分与尾气混合后的缓冲气将被从入口导叶出吸入叶轮压缩并排出，传动轴处的泄漏量可忽略不计，不会影响现场人员人身安全。

图6

6结论

充气式的入口导叶在GM型离心鼓风机中的应用，主要应用于丙烯酸工艺循环尾气风机，是特别针对GM型离心鼓风机入口导叶所做的改进方案。在丙烯酸工艺中，尾气风机需与空气风机配合，因上下游工艺的改变或季节及天气变化所引起空气风机输出的变化，从而导致对尾气风机的调节。利用充气式入口导叶可以增加风机调节的经济性，且当导叶开度为负旋绕时也可少量提升风机的性能，这是入口阀门所不具备的。

参考文献：

[1] 徐忠，离心压缩机原理[M]，205-206

作者简介：

邵柯楠，男，1985年生，2009年毕业于沈阳工业大学，工学学士，沈鼓集团齿轮压缩机公司压缩机设计部助理工程师