1、 1单吸式离心通风机轴向推力及止推性能试验对比王 俊/成都电力机械厂摘要：简要分析了单吸式高压离心通风机叶轮工作时产生轴向推力的原因及危害。通过对模型试验风机叶轮增加后盘附叶片前后，介质气体对叶轮及主轴和轴承所产生的轴向推力的检测，明确了增加附叶片对减小风机轴向推力的作用及对产品性能优化改造的实际意义。关键词：离心式通风机 叶片 止推轴承 防泄漏中图分类号：TH432 文献标识码：B文章编号：1006-8155（2006）01-0004-05Comparsion of Performance Test Axial Force and Thrust of Single-suction Centr
2、ifugal FanAbstract: the causes and aftereffect of axial thrust that rising from working impellers of single-suction high-pressure centrifugal fans is analyzed simply. By comparing the testing results of axial force produced by medium at impeller, main shaft and bearings before and after adding a dis
3、c blade on the experimental model fan, how the adding accessional blade can reduce axial thrust and the practical significant ot the optimized reform of the product performance is showed. Key words: Centrifugal fan Blade Thrust bearing Prevent leakage1 试验目的随着电厂对风机产品性能要求的不断提高，传统意义上定义的高压离心式通风机（全压升为294
4、014700Pa） ，已远不能满足用户实际使用的要求。例如：金山石化、分宜、宜宾、红雁池等电厂的一次风机，全压升要求在 22000Pa 以上；二次风机全压升在 16000Pa 以上。由于压力的不断升高，单吸式离心通风机叶轮前、后盘外侧,由于受高压气体作用力的差异影响，产生的轴向推力也不断加大（风机叶轮后盘外侧的受力面积大于前盘，产生一个由后盘向前盘方向的轴向推力，见图 1） 。过大的轴向推力会增加主轴承的轴向负荷，使主轴承在较大负荷下运行，这就容易产生额外的温升和金属疲劳，从而使轴承使用寿命明显地缩短，增加了电厂在生产过程中停机更换轴承的次数。不仅影响电厂设备的连续运行，还造成电厂运行成本的提
5、高，也降低了通风机的安全可靠性。以某电厂一次风机 G5-29-1125D 为例，其全压为 23000Pa，转速为 1485r/min（风机见图 2，轴承座见图 3） 。_收稿日期:2005-08-24 成都市 61004121.叶轮前盘外侧面 2.集流器 3.叶轮后盘外侧面4.高压气体作用力方向 5.主轴 6.轮毂图 1其主轴承寿命计算如下：3Lh=106(c/P) /60n 式中 Lh计算寿命，hn 工作转速，1485r/min 寿命指数（滚子轴承 =10/3；球轴承 =3）c 额定动负荷，N（滚子轴承 680103 N；球轴承 325103N）P当量动负荷，NP =XFr+YFa；Fr=f
6、 dR；F a=（/4） Do2pFr径向负荷，NFa轴向负荷，NX径向系数Y轴向系数 (查轴承手册) fd动荷系数为 1.21.3R轴承支反力，N（计算略，滚子轴承 28400N；球轴承 8190N）Do叶轮前、后盘直径差，m（ 1.209/ 0.155）p风机全压，23000Pa(1)滚子轴承 NU238P=Fr=fdR=1.328400=36920 NLh=106（ c/P） /60n=106（68010 3）/36920 10/3/(601485)=1.85105 h 35000h，可行(2)角接触球轴承 7330Fa=（/4） Do2p=（/4）（1.209 2-0.1552）230
7、00=25970 NFr =fdR=1.38190=10647 N因为 Fa / Fr =2.441.14所以 P= 0.57Fr+0.93Fa=0.5710647+0.9325970=30221 NLh=106（ c/P） /60n=106（32510 3）/30221 3/(601485)=13958h35000h，不行由计算结果可知，主轴承中滚子轴承的寿命无任何问题，但球轴承因其承受较大的轴向力而导致寿命过短，远低于国家标准规定的 35000h。此通用轴承座若用于高压一次风机，已不再能满足使用要求。若增大球轴承型号，不仅成本增加、轴承座尺寸变大、相关费用增加，而且还要考虑轴承极限转速的影
8、响。综合考虑，还是采取减小轴向推力的措施较为可行。风机壳体内过大的气体压力使机壳侧板（靠近叶轮后盘侧）轴封处气体介质的外泄漏变得严重（通常轴封与主轴轴颈配合处有 0.51.5mm 的间隙，见图 2 中 A 处所示） ，这势必影响风机的效率及出力。若介质中含尘量较大，泄漏的粉尘还会污染四周的环境。为了解决高压单吸式离心通风机存在的轴向推力过大的问题，并减少机壳轴封处的介质泄漏，使我厂的风机产品能够满足用户的使用及环保要求,选择 5-365D 模型试验风机进行叶轮后盘外侧焊接附叶片与不焊接附叶片的对比性能试验，旨在通过试验作定性和有限定量分析来确定添加附叶片是否对叶轮具有止推作用、推力的大小以及产
9、品改造的附加作用等具有实际意义。2 测试用仪器仪表（见表 1）4表 1序号 名 称 精 度 型 号 测试项目1 补偿式微压计 0.1 YJB-15pn1471Pa 时的pest1、 pest252 U 型管压力计 1.0 YYU1000pn1471Pa 时的pest1、 pest253 数显温度指示仪 1.0 102 ta ; t14 大气压力计 5Pa pa5 转矩转速传感器 0.2 JC1A n; F6 转矩转速测试仪 1% JW-1A n; F7 干湿球温度计 0.5 注: pn为压力测量值； pest1为进口测量点 1 处的静压值； pest25 为机壳内测量点 25 处的静压值； t
10、a 为大气温度； t1为测量点的温度； n 为转速； F 为转矩； 为大气相对湿度。3 试验布置简图本次试验根据 GB1236-85通风机空气动力性能试验方法的规定，采用进气风室试验装置（见图4） 。1.电机 2.传感器 3.试验风机 4.温度计 5.压力计 6.整流金属网 7.腔室 8.挡板 9.多孔整流栅 10.辅助通风机 11.节流器 12.扩压接头 13.压力计 14.进口集流器图 4 5-365D 模型风机进风室试验装置示意图4 测试方法和步骤试验现场统一指挥调度，每次启动电动机达恒定最高转速，且测点数据相对稳定后，所有测量数据同步观察并记录。叶轮未加附叶片时，5-365D 风机进气
11、模型试验系统测试数据略。正式试验分为叶轮后盘外侧焊接附叶片和不焊接附叶片两种方式。在每种方式下，分别对出口截面进行全开、堵 1/2、堵 2/3 的试验。风机气动测量测孔位置见图 5。5注：叶轮后盘外侧焊接附叶片 4118（5 件）圆周均布，后倾型，宽度为叶轮出口宽度的 1/10。图 5 试验风机测孔位置示意图4.1 不焊接附叶片试验步骤：(1)接电缆线、测试管等，作好电机启动准备工作；(2)调节门叶片保持 100%0 0开度；(3)模型风机出口无挡板，呈全开状态（启动电机进行模型风机的气动测量，测量完毕后停机） ；(4)模型风机出口加挡板,堵 1/2 出口面积（启动电机进行模型风机的气动测量，
12、测量完毕后停机） ；(5)模型风机出口加挡板，堵 2/3 出口面积（启动电机进行模型风机的气动测量，测量完毕后停机） ；4.2 焊接附叶片试验步骤：(1)接电缆线、测试管等，作好电机启动准备工作；(2)调节门叶片保持 100%0 0开度；(3)模型风机出口无挡板，呈全开状态（启动电机进行模型风机的气动测量，测量完毕后停机） ；(4)模型风机出口加挡板，堵 1/2 出口面积（启动电机进行模型风机的气动测量，测量完毕后停机） ；(5)模型风机出口加挡板，堵 2/3 出口面积（启动电机进行模型风机的气动测量，测量完毕后停机） 。5 测试数据记录及处理按照 GB1236-85 所提供的试验方法，根据第
13、 5 条表 9 中所列有关公式进行计算，对 5-365D 模型风机进气试验所采集的数据进行了计算处理（见表 2） 。6表 2 5-365D 模型风机进气试验数据汇总表项目单位大气温度/大气压力/kPa干湿球温差/相对湿度/%饱和蒸气压/Pa电机转速/（r/min）试验开度/%参数 24 95.45 2.5 80 2990 2995 100%叶轮无附叶片压力/Pa 叶轮加附叶片压力/Pa测孔号 参数全开状态出口堵1/2出口堵2/3全开状态出口堵1/2出口堵2/32 测量值 -402.1 745.3 1333.8 -608 411.9 774.83 测量值 -470.7 647.3 1235.7
14、-745.3 313.8 833.6测孔 2、3 平均值 -436.4 696.3 1284.8 -676.7 362.9 804.2压力变化相对值 -55.1% -47.9% -37.4%4 测量值 264.8 1794.7 2922.5 235.4 1794.7 2942.15 测量值 284.4 1706.4 2795 274.6 1706.4 2814.6测孔 4、5 平均值 274.6 1750.6 2858.8 255 1750.6 2878.4压力变化相对值 -7.1% 0% 0.68%流量 -2.0 -12 -8 -20 -12 -86 分析通过对加焊和不加焊附叶片试验获得的数
15、据进行比较和分析可知：从靠近轴封处的测孔 2、3 来看，全开状态时，加焊与不加焊附叶片相比，压力平均值由-436.4 Pa 变至-676.7Pa，负压增加 55.1%；出口加挡板堵 1/2 出口面积时，压力平均值由 696.3 Pa 减至 362.9Pa，正压减小 47.9%；出口加挡板堵 2/3出口面积时，压力平均值由 1284.8 Pa 减至 804.2Pa，正压减小 37.4%。综合以上 3 种情况，加焊和不加焊附叶片相比，叶轮后盘外侧靠近轴封处气压变化明显，负压增大，正压减小，具有规律变化的特征，这有助于减小叶轮轴向推力。从机壳两侧板上盖边缘部位的测孔 4、5 来看，全开状态时，加焊与
16、不加焊附叶片相比，压力平均值由 274.6Pa 减至 255Pa，正压减小 7.1%；出口加挡板堵 1/2 出口面积时，压力平均值无变化；出口加挡板堵 2/3 出口面积时，压力平均值由 2858.8 Pa 增至 2878.4Pa，正压增加 0.69%。综合以上 3 种情况，加焊和不加焊附叶片相比，机壳两侧板上盖边缘部位的测孔静压变化不大。对于流量，加焊和不加焊附叶片，没有明显变化，只与出口截面全开、堵 1/2 和堵 2/3 面积有关。仍以上述电厂的一次风机 G5-29-1125D 为例，若叶轮加焊附叶片后，叶轮后盘靠近机壳侧的压力减小 37.4%（以上述试验最小值计） ，则球轴承寿命计算如下：
17、p=（1-37.4%）23000=14398Pa式中 p压力，Pa其余参数不变则角接触球轴承 7330：7Fa =（/4） Do2 p=（/4）（1.209 2-0.1552）14398=16257 NFr = fdR=1.38190=10647 N因为 Fa/Fr =1.531.14所以 P= 0.57Fr+0.93Fa=0.5710647+0.9316257=21188 NLh=106（ c/P） /60n=106（32510） 3/211883/(601485)=40504h35000h，可行由此可见，在单吸式高压离心通风机的叶轮后盘上加焊附叶片，对减小轴向推力，从而延长轴承寿命具有显著
18、的作用，实现了本次试验要达到的预期目的。同时，轴封处正压的减小，还有助于防止气体介质泄漏，满足环保的要求。因模型试验与风机实际运行情况还有一定的不同，由分析可知：附叶片越宽（轴向） 、越长（径向） 、叶片数越多，叶轮后盘靠近机壳侧板处的正压减小将会越明显。这在此后的风机实际运用中得到了证实，到目前为止，我厂生产的一次风机，在各电厂均处于安全运行状态。当然，也不提倡过于减小轴向力至零值或负值，以防止风机实际运行中工况变化时，主轴产生较大的轴向窜动。7 结论附叶片的合理宽度在 0.070.13 b 之间（ b 为叶轮出口宽度） 。全压越高，则附叶片可越宽；反之，则取小值。附叶片的合理长度在 0.250.35 D 之间（ D 为叶轮直径） 。全压越高，则附叶片可越长；反之，则取小值。合理的附叶片数在 38 片之间。全压越高，则附叶片数可多取；反之，则少取。总之，附叶片的宽度、长度、叶片数应根据风机全压、转速等情况综合考虑，以选取一个合理值。参 考 文 献1 刘义福，王文榜，富敏谦.离心通风机的轴向推力和止推叶片 . 风机技术，1993（6）.
