化铁炉（冲天炉）鼓风机HTD120-21技术解析

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：离心风机、HTD120-21、化铁炉鼓风机、风机性能、风机配件、风机修理

引言

在冶金铸造行业，化铁炉（冲天炉）是核心熔炼设备，而鼓风机则是为其提供充足、稳定空气动力的关键装备。离心式鼓风机凭借其结构紧凑、运行稳定、效率高等优点，在该领域得到了广泛应用。HTD系列风机是专门为化铁炉工况设计的离心鼓风机，其中HTD120-21型号是适用于中等偏大规模化铁炉（如7吨/小时）的典型代表。本文将系统阐述离心风机的基础知识，并重点围绕HTD120-21风机的性能、配件及修理维护进行深入解析，旨在为风机技术人员提供实用的理论指导和实践参考。

第一章 离心风机基础知识

离心风机，属于涡轮机械的一种，其工作原理是基于惯性（离心力）对气体做功，从而提高气体的压力和动能，实现气体的输送。

1.1 基本结构与工作流程

一台完整的离心风机主要由以下几个部分构成：

进气口： 气体进入风机的通道，通常设计成渐缩形，以使气体平稳、均匀地流入。 叶轮： 风机的“心脏”，是唯一对气体做功的部件。它由前盘、后盘和夹在其中的一系列叶片组成。当叶轮被主轴带动高速旋转时，叶片间的气体在离心力作用下被甩向轮缘，从叶轮中心获得动能和压力能。 机壳： 又称蜗壳，包裹在叶轮外部。其形状通常为阿基米德螺线形，作用是收集从叶轮中甩出的气体，并将气体的部分动能进一步转化为静压能，最后将气体导向出口。 主轴： 传递电机扭矩，支撑叶轮旋转的关键部件，要求具有很高的强度和刚度。 轴承箱： 内置滚动或滑动轴承，用于支撑主轴，保证其平稳、低摩擦地旋转。 密封装置： 通常位于轴穿过机壳的位置，防止气体从高压区泄漏到低压区或大气中，同时也防止外部杂质进入风机内部。 驱动装置： 通常是电动机，通过联轴器与风机主轴相连，为风机提供原动力。

其工作流程可简述为：电机驱动主轴→主轴带动叶轮高速旋转→气体由轴向从进气口吸入→气体在叶轮叶片间受离心力作用加速增压→高速气体进入蜗壳→蜗壳将动能转化为压力能→高压气体从出气口排出。

1.2 主要性能参数

衡量一台风机性能的核心参数有以下几点：

风量（Q）： 单位时间内风机输送气体的体积，单位为立方米/秒（m³/s）、立方米/分钟（m³/min）或标立方米/分钟（Nm³/min，指在标准状态下）。它是风机选型的首要参数。 风压（P）： 气体流经风机后所获得的能量增值，即风机进出口全压之差，单位为帕（Pa）或毫米水柱（mmH₂O，1 mmH₂O ≈ 9.8 Pa）。它代表了风机克服系统阻力的能力。 轴功率（N）： 风机轴从电机上获得的功率，单位为千瓦（kW）。它反映了风机运行能耗的大小。 效率（η）： 风机的有效功率（单位时间内气体从风机获得的能量）与轴功率之比。效率越高，说明风机能量转换性能越好，经济性越高。其计算公式为：效率等于（风压乘以风量）除以（一千零二乘以轴功率）再乘以百分百（η = (P * Q) / (102 * N) * 100%）。此处的102是单位换算系数。 转速（n）： 风机叶轮每分钟旋转的圈数，单位为转/分钟（r/min）。风机的性能参数（风量、风压、功率）都与转速有明确的换算关系（比例定律）。

1.3性能曲线与工况点

风机的性能曲线是指在固定转速下，风压、轴功率、效率随风量变化的关系曲线。通常包括：

P-Q曲线：显示风压随风量增大而下降的特性。 N-Q曲线：显示轴功率随风量增大而上升的特性。 η-Q曲线：呈驼峰状，存在一个最高效率点。

风机在实际管道网络中运行时，其实际风量和风压值由风机自身的P-Q曲线与管道系统的阻力曲线的交点决定，此交点即为“工况点”。选择风机时，应使设计的工况点靠近风机最高效率点，以保证风机高效、稳定运行。

第二章 HTD120-21风机性能深度解析

2.1 型号释义与技术参数

参照HTD50-13的型号解释规则，HTD120-21的含义为：

“HTD”：代表“化铁炉风机”的拼音首字母，明确其专用领域。 “120”：代表风机在标准状态下的额定流量为120标立方米/分钟。这是该型号的核心标识。 “-2”：代表该风机采用两个叶轮串联的结构形式。这种多级串联设计是为了实现单台风机的高压输出。 “1”：代表是该系列产品的第一次设计或基础型号。

根据提供的参考参数，HTD120-21风机的主要技术规格如下：

适用化铁炉容量： 7 吨/小时 额定风量： 120 标立方米/分钟 额定风压： 2500 毫米水柱（约24500 Pa） 轴功率： 64 千瓦 (kW) 主轴转速： 2900 转/分钟 (r/min) 配套电机：
型号：Y280S-2（Y系列三相异步电动机，机座中心高280mm，短机座，2极） 功率：75 kW 电压：380 V

2.2性能特点分析

高风压特性： 2500 mmH₂O的风压对于化铁炉送风系统而言属于较高压力。这是通过两级叶轮串联实现的。气体经过第一级叶轮加压后，直接进入第二级叶轮进行再次加压，从而使总压升达到单级叶轮的近两倍（需考虑级间损失）。这确保了足够的风压能克服化铁炉料柱的阻力，将风有效地送入炉膛中心。 流量匹配： 120 Nm³/min的流量是为7t/h化铁炉科学匹配的结果。足够的空气流量是保证焦炭充分燃烧、炉温达到工艺要求（通常1400-1500℃）的前提。流量不足会导致熔化率下降、铁液温度低；流量过大则可能吹冷炉料、增加铁液氧化。 转速与功率： 2900 r/min的高转速是离心风机获得高能量头（风压）的常见设计。根据风机相似定律，风机的轴功率与风量、风压的乘积成正比。计算其有效功率约为（2500 * 9.8 * (120/60)）/1000 ≈ 49 kW。对比64 kW的轴功率，可初步估算其效率约为（49/64）*100% ≈ 76.5%，这对于高压离心鼓风机而言是合理的数值。配套75kW电机提供了约1.15的功率安全系数，保证了电机在电网波动或工况轻微变化时不会过载。 运行经济性： 其工况点设计在风机的高效区运行，能耗相对较低。电机功率储备适中，既保证了安全又避免了“大马拉小车”导致的功率因数过低问题。

第三章 HTD120-21风机核心配件解析

了解风机配件对于备件管理、故障诊断和维修至关重要。HTD120-21作为两级风机，其结构比单级风机更复杂。

3.1 转动总成

叶轮： 是风机最关键的部件，其材质、型线和动平衡精度直接决定风机性能、效率和可靠性。HTD系列风机叶轮通常采用高强度、耐腐蚀的优质合金钢（如35CrMo）焊接或铆接而成。叶片型线多为后向式，效率较高。两级风机有两个叶轮，必须成组进行动平衡校正，精度等级通常要求达到G6.3或更高，以确保高速下的平稳运行。 主轴： 采用高强度碳素钢（如45钢）或合金钢锻制而成，经调质处理获得良好的综合机械性能。它必须具有足够的刚性，以减小挠度，避免与密封件刮擦。轴上与轴承、叶轮配合的部位有严格的尺寸公差和表面粗糙度要求。 轴承： 通常采用双列向心球面滚子轴承（如调心滚子轴承），这种轴承具有良好的调心性能和较高的径向承载能力，能补偿因安装误差或轴挠曲造成的影响。轴承的润滑（脂润滑或稀油润滑）和冷却至关重要。 联轴器： 连接电机轴与风机轴，传递扭矩。常用弹性套柱销联轴器或膜片联轴器，后者无需润滑、补偿能力强，在现代风机中应用越来越广。

3.2 静止部件

机壳： 由铸铁或钢板焊接制成，设计成蜗形室以高效收集气体和转换能量。两级风机的机壳内设有中间隔板，用于分隔两个叶轮工作室并引导气流。 进气箱/调节门： 位于风机进口，通常配有轴向或径向的百叶窗式导叶调节风门。通过改变导叶角度来调节进气预旋，从而在较大范围内改变风机性能曲线，实现风量的调节，比节流调节更节能。 密封： 主要采用迷宫密封（曲折密封），利用多道齿槽与轴形成狭小间隙，使气体产生节流效应而实现密封。结构简单、可靠、无接触。在高压端有时会采用填料密封或机械密封作为辅助。

3.3 附件系统

润滑系统： 对于大型风机可能有独立的稀油站，HTD120-21多采用轴承箱脂润滑或自带油润滑。 底座： 整体式铸铁底座，确保电机和风机轴心对中的稳定性，减少振动。 安全护罩： 对联轴器、皮带等转动部位进行防护，是重要的安全附件。

第四章 HTD120-21风机常见故障与修理维护

风机在长期运行中难免出现故障，及时的维护和正确的修理是保障其寿命和生产连续性的关键。

4.1 常见故障分析与处理

振动超标
原因： 这是最常见的故障。①动平衡破坏（叶轮磨损、粘灰、零件脱落）；②轴承磨损、间隙过大或损坏；③地脚螺栓或各部连接螺栓松动；④主轴弯曲；⑤联轴器对中不良；⑥基础刚度不足。 处理： 首先检查紧固件和对中情况。若无效，停机检查轴承游隙和表面状况。最后需对转子（两级叶轮带轴）进行现场动平衡或拆下送修校正。
轴承温度过高
原因： ①润滑油（脂）量不足、变质或牌号不对；②冷却不良（水路堵塞、冷却器效率低）；③轴承安装不当（过紧或过松）；④轴承本身缺陷或寿命到期；⑤振动过大导致附加载荷。 处理： 检查油位、油质，按规定加油或换油。检查冷却系统。测量轴承游隙，判断是否需要更换。
风量风压不足
原因： ①进口滤网堵塞或调节门开度不对；②转速降低（皮带打滑、电压低）；③系统管网阻力增大（阀门未全开、管道堵塞或泄露）；④叶轮磨损严重，间隙过大；⑤机壳漏气。 处理： 检查清洗滤网，确认调节门和执行机构状态。检查电机转速和电压。检查管道系统。停机检查内部间隙和磨损情况。
异常噪音
原因： ①轴承干磨或损坏（金属摩擦、撞击声）；②转子与静止件摩擦（刮擦声）；③喘振（周期性剧烈吼叫声）。 处理： 区分声音来源。轴承异响立即停机检查。喘振需立即打开旁通阀或增大流量，脱离喘振区，并检查工况点和调节系统。

4.2 维护与修理要点

日常维护：
定时巡检： 每1-2小时检查一次轴承温度、振动、噪音及油位。 定期保养： 按说明书要求定期清洗滤网、补充或更换润滑油（脂）、紧固螺栓。
定期检修（小修，3-6个月）：
全面检查轴承状况，测量游隙。 检查密封磨损情况。 清洗检查调节机构。 检查叶轮积灰情况，并进行清理（务必重新做动平衡）。
大修（1-2年或按运行小时）：
全面解体风机，对所有部件进行清洗、检查、测量。 叶轮： 是检查重点。检查叶片、轮盘的磨损、裂纹情况。磨损可进行耐磨堆焊修复，裂纹需补焊。修复后必须重新进行精确的动平衡校正，这是大修质量的核心。 主轴： 检测直线度、轴颈尺寸和表面粗糙度。超差需进行校正、喷涂或磨削修复。 机壳： 检查密封环处的磨损，可更换或修复。 轴承、密封、联轴器弹性元件等标准件： 建议无条件更换新品。 大修后组装时，必须保证各部间隙符合图纸要求（如叶轮与机壳的径向间隙、密封间隙等），并重新进行精细的主轴对中。
特别注意事项：
动平衡： 任何时候，只要叶轮被拆卸、修复或清理，重新安装后必须进行整体动平衡校正。绝不可凭经验省略此步骤。 对中： 维修后电机与风机的对中精度直接影响振动和轴承寿命，必须使用百分表等工具精细调整。 安全第一： 检修前务必切断电源，并挂上“禁止合闸”警示牌。人员进入机壳内部时，需防止调节门意外关闭。

结语

HTD120-21化铁炉鼓风机是铸造生产线上的关键动力设备，其稳定高效运行直接关系到熔炼工艺的质量和成本。深入理解其工作原理、性能特点，熟练掌握其核心配件的结构与功能，并建立起科学规范的维护、故障诊断与修理体系，是每一位风机技术人员的核心职责。本文通过对该型号风机的系统剖析，希望能为同行提供一份有价值的技术资料，共同保障风机的良好状态，为生产保驾护航。在实际工作中，还应紧密结合设备说明书和现场具体情况，灵活运用相关知识，不断积累经验。

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