多级离心鼓风机 D190-3.43性能、配件与修理解析

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：多级离心鼓风机，D190-3.43，风机性能，风机配件，风机修理，高压风机

引言

在工业流体输送与工艺气体处理领域，离心风机扮演着至关重要的角色。其中，多级离心鼓风机凭借其产生高风压的能力，在污水处理、冶炼化工、电力脱硫、物料输送等高压工况下应用广泛。本文旨在系统阐述离心风机的基础知识，并重点以D190-3.43型多级离心鼓风机为具体案例，深入剖析其性能参数、核心配件构成以及维护修理要点，为风机技术同行提供一份详实的参考。

第一章 离心风机基础概念

离心风机是一种依靠输入的机械能，提高气体压力并排送气体的机械。其工作原理基于牛顿第二定律和离心力作用。当电机驱动风机叶轮高速旋转时，叶片间的气体在离心力的作用下被甩向叶轮外缘，从而在叶轮中心区域形成负压，外部气体在大气压作用下被不断吸入。被甩出的气体在蜗壳或扩压器中减速，将动能转化为静压能，最终以较高压力排出。

根据压力大小，风机可分为：

通风机：排气压力低于（或等于）11450毫米水柱（mmH₂O）。 鼓风机：排气压力在11450 mmH₂O 至 1.6 公斤力/平方厘米（Kgf/cm²）之间。 压缩机：排气压力高于 1.6 Kgf/cm²。

根据结构形式，离心风机主要分为以下几大系列，这也是识别风机类型的重要标志：

“C”型系列多级风机：由多个单级叶轮串联构成，每级叶轮后均设有导叶和扩压器，气体逐级增压，最终获得很高的出口压力。本文所述的D190-3.43即属此类。 “D”型系列高速高压风机：通常指单级或多级、采用高转速设计以达到高压目标的风机，结构紧凑。 “AI”型系列单级悬臂风机：叶轮悬臂安装，只有一个支撑轴承箱，结构简单，适用于中低压场合。 “S”型系列单级高速双支撑风机：叶轮置于两个支撑轴承之间，转子稳定性好，适用于高转速、高性能要求。 “AII”型系列单级双支撑风机：与S型类似，但可能具体结构细节有所不同，同样强调转子的双支撑稳定性。 “G”是通风机系列：主要用于通风换气，压力较低。 “Y”是引风机系列：专门用于锅炉等设备的烟气引风，常考虑耐高温和防磨损。

性能参数是描述风机工作状态的核心指标，主要包括：

流量（Q）：单位时间内通过风机的气体体积，常用立方米每分钟（m³/min）或立方米每小时（m³/h）表示。 压力：
静压（Ps）：气体在平行于风道壁流动时作用于管壁的压力，是克服管道阻力的有效压力。 动压（Pv）：气体因流动速度而具有的压力。 全压（Pt）：静压与动压之和，Pt = Ps + Pv。风机铭牌上通常标注“升压”，即风机出口全压与进口全压之差。
轴功率（Psh）：风机轴从原动机（如电机）所接受的功率。 有效功率（Pe）：单位时间内气体从风机获得的能量，Pe = (Q × Pt) / 60（Q单位m³/min，Pt单位Pa）或 Pe = (Q × Pt) / 102（Q单位m³/s，Pt单位Kgf/m²）。 效率（η）：有效功率与轴功率之比，η = (Pe / Psh) × 100%，是衡量风机能量转换效率的关键指标。 转速（n）：风机叶轮每分钟的旋转圈数，单位转每分钟（r/min）。 介质密度（ρ）：输送气体的质量密度，受温度、压力和气体成分影响。风机性能曲线通常基于标准空气密度（1.2 kg/m³）绘制，实际使用时需进行换算。

第二章 D190-3.43型多级离心鼓风机性能深度解析

D190-3.43是一款典型的多级离心鼓风机，其型号含义通常为：D可能代表“多级”或特定系列，190代表额定进口流量为190立方米每分钟（m³/min），3.43可能代表出口绝对压力或压比（具体需参照厂家技术文档）。下面结合给定参数进行详细说明。

1. 输送介质与进口条件

介质：混合气体。这意味着介质的成分和物性参数（如分子量、比热容）可能与空气不同，在进行精确性能计算时必须考虑。 进口流量：190 m³/min。这是风机在设计点运行时，单位时间吸入的混合气体体积。此流量是进口状态下的体积流量。 进口压力：0.97 Kgf/cm²（绝对压力）。约为95.1 kPa（1 Kgf/cm² ≈ 98.0665 kPa）。这是一个略低于标准大气压（约1.033 Kgf/cm²）的入口条件，表明风机可能从具有一定负压的系统（如反应釜、过滤装置后）吸气。 进口温度：30℃。此温度用于确定介质密度。 进口介质密度：1.079 kg/m³。此值由介质成分、进口压力和温度共同决定。计算公式可近似理解为：密度 = （绝对压力 × 分子量）/ （气体常数 × 绝对温度）。此密度低于标准空气密度（1.2 kg/m³），意味着在相同体积流量下，风机输送的质量流量会减小。

2. 出口参数与压升能力

出风口升压：24300 mmH₂O。这是风机产生的压力增量，即出口全压与进口全压之差。换算关系：1 mmH₂O ≈ 9.8 Pa，因此24300 mmH₂O ≈ 238.14 kPa。这是一个非常高的压力，充分体现了多级离心鼓风机的特点。 出口绝对压力估算：进口绝对压力（0.97 Kgf/cm² ≈ 95.1 kPa）加上升压（238.14 kPa），约为333.24 kPa（约合3.4 Kgf/cm²）。型号中的“3.43”可能与此值相关。

3. 功率与效率分析

轴功率：695 KW。指风机轴要求电机提供的功率。 配套电机功率：800 KW。电机功率选择需大于风机轴功率，以留有余量应对可能的工况波动和确保启动能力。2极电机意味着高同步转速（3000 r/min），通过增速齿轮箱达到风机工作转速。 效率估算：
首先计算有效功率(Pe)。使用公式 Pe = (Q × ΔP) / (60 × 1000) [kW]，其中Q为进口体积流量（m³/min），ΔP为升压（Pa）。 Q = 190 m³/min, ΔP = 24300 mmH₂O × 9.8 Pa/mmH₂O ≈ 238140 Pa。 Pe = (190 × 238140) / (60 × 1000) ≈ (45246600) / 60000 ≈ 754.11 kW。 风机效率 η = (Pe / Psh) × 100% = (754.11 / 695) × 100% ≈ 108.5%。
这个计算结果大于100%，显然不符合能量守恒定律。原因在于性能参数换算的复杂性。问题可能出在：
a. 流量基准：给定的流量190 m³/min是进口状态下的体积流量，而有效功率计算中，严格来说，当进口密度与标准密度差异较大时，或风机压缩比较高时，有时会使用出口状态流量或平均流量进行计算。但直接使用进口流量是常见近似方法。
b. 密度影响：风机性能曲线和功率通常基于标准密度（1.2 kg/m³）。实际介质密度为1.079 kg/m³，较标准空气轻约10%。风机在输送较轻气体时，所需轴功率会下降。给定的695KW轴功率可能是针对实际介质密度下的值。如果按标准密度换算回功率，再进行效率计算，结果会更合理。
c. 参数精度：提供的参数可能存在四舍五入或特定条件下的定义。
因此，更严谨的做法是认识到：该风机在设计点运行，其效率应处于多级离心鼓风机通常的高效率区间（75%-85%左右）。695KW的轴功率是针对特定轻质介质和工况下的实际需求，电机选配800KW是合理且安全的。

4. 转速与结构特点

转速：12676 r/min。这是一个非常高的转速，是高压力、小流量风机的典型特征。高转速需要通过精密的齿轮增速箱来实现，并对转子的动平衡、轴承、润滑系统提出了极高要求。 系列归属：根据其高转速、高压力的特点，D190-3.43很可能归属于“D”型系列高速高压风机，或者是“C”型多级风机的一种高速变型。其核心结构必然是多个叶轮串联。

第三章 D190-3.43风机核心配件解析

多级离心鼓风机的可靠性取决于其关键部件的制造质量、配合精度和状态。以下是D190-3.43的主要配件解析：

1. 转子总成
这是风机的核心运动部件。包括：

主轴：采用高强度合金钢锻造，经精密加工和热处理，具有极高的强度和刚度，以承受高转速下的离心力和扭矩。 叶轮：通常为闭式后向叶片设计，每个叶轮对应一级压缩。材料根据介质特性选择，可能为不锈钢、合金钢等，并经过动平衡校正至极高精度（G2.5或更高标准）。 平衡盘：位于高压端，用于平衡大部分轴向推力，减少止推轴承的负荷。 联轴器：连接风机主轴与齿轮箱输出轴，通常采用高精度的膜片式或齿式联轴器，能补偿少量不对中并传递扭矩。

2. 机壳与定子组件

机壳（气缸）：通常为铸铁或铸钢件，水平剖分或垂直剖分结构，用于容纳转子、导叶和密封，并承受气体压力。D190-3.43的机壳需能承受约3.4 Kgf/cm²的内压。 隔板与导叶器：安装在机壳内，将各级叶轮分开。导叶器将上一级叶轮出口的气体动能有效地转化为静压，并引导气体以最佳角度进入下一级叶轮进口。 扩压器：与导叶配合，进一步将气体动能转化为静压。

3. 密封系统
防止气体泄漏和润滑油进入流道。

级间密封：通常为迷宫密封，安装在隔板上，与主轴形成微小间隙，减少级间窜气。 轴端密封：根据介质和压力，可能采用迷宫密封、浮环密封或机械密封。对于不允许泄漏的易燃易爆或有毒介质，机械密封是常见选择。

4. 轴承与润滑系统

支撑轴承：采用精密的高速滑动轴承（如椭圆瓦轴承、可倾瓦轴承）或高速滚动轴承。滑动轴承在高转速下稳定性更好，是此类风机的首选。它们支撑转子重量并保持径向定位。 止推轴承：承受剩余的轴向推力，确保转子轴向定位。 润滑系统：独立的强制润滑系统至关重要。包括主辅油泵、油箱、冷却器、过滤器、安全装置等，为轴承和齿轮提供稳定、洁净、冷却的润滑油。

5. 齿轮增速箱
将电机（如2950 r/min）的转速提升至风机工作转速（12676 r/min）。采用高精度硬齿面齿轮，有独立的润滑和冷却系统。

第四章 D190-3.43风机常见故障与修理要点

高转速设备对维修工艺要求极高。修理必须遵循严谨的流程。

1. 常见故障模式

振动超标：最常见故障。原因包括：转子动平衡失效（叶轮结垢、磨损、叶片断裂）、对中不良、轴承损坏、轴弯曲、基础松动、喘振等。 轴承温度高：润滑油质不佳（污染、乳化、粘度不对）、油量不足、冷却效果差、轴承磨损、安装间隙不当、负载过大。 性能下降（压力/流量不足）：密封磨损间隙过大导致内泄漏增加、叶轮腐蚀磨损、进口过滤器堵塞、转速下降。 异常声响：轴承损坏、齿轮点蚀或断齿、转子与静止件摩擦（刮缸）、喘振。 润滑油泄漏：密封件老化损坏、结合面螺栓松动或密封胶失效。

2. 修理流程与关键技术

前期准备：切断电源，隔离介质和润滑油路。准备齐全的技术资料（装配图、零件图）、专用工具和检测仪器。 解体与清洗：按顺序拆卸管路、联轴器、轴承箱、机壳等。所有零件编号、定向、做好位置标记。彻底清洗零件，特别是油路、轴承座。 检查与测量：这是修理的核心环节。
转子：进行着色探伤（PT）或磁粉探伤（MT）检查轴和叶轮表面裂纹。测量轴颈的圆度、圆柱度、表面粗糙度。检查键槽状况。最关键的是在动平衡机上校正动平衡，必须达到标准要求。 叶轮与密封：检查叶轮叶片有无裂纹、磨损、腐蚀。测量各级迷宫密封的径向和轴向间隙，与标准值对比，超差必须更换。 轴承：检查巴氏合金层有无剥落、磨损、裂纹。测量轴承间隙，确保符合设计范围。 机壳与隔板：检查有无裂纹、腐蚀。清理气道积垢。 齿轮箱：检查齿轮啮合面有无点蚀、剥落、断齿，测量齿隙。
修理与更换：对不合格零件进行修复（如刷镀、喷涂修复轴颈）或更换。所有密封件（O型圈、垫片）必须更换新件。 重新装配：严格按照装配工艺和要求的间隙值进行。确保清洁度。关键步骤：
轴承安装：采用热装法，严格控制温度，避免直接敲打。 转子定位：通过调整轴承座垫片，确保转子在机壳内处于中心位置。 间隙调整：精确调整各级密封间隙、叶轮与隔板的轴向间隙、推力轴承间隙。 对中找正：连接齿轮箱和风机后，使用百分表或激光对中仪进行精细对中，确保径向和角度偏差在允许范围内。这是控制振动的关键。
试车与验收：
油循环：先进行润滑油冲洗，直至油质清洁达标。 点动：检查转向是否正确。 空载试车：逐步升速，监测振动、轴承温度、油压等参数是否正常。 负载试车：缓慢加载至额定工况，全面考核风机性能（流量、压力、功率）和机械运行状态（振动、温度、噪声）。各项指标稳定达标后，方可交付使用。

结论

D190-3.43型多级离心鼓风机是一款设计用于高压、小流量工况的高性能设备。其12676r/min的高转速和24300mmH₂O的升压能力，体现了现代离心风机向高速、高效、紧凑化发展的趋势。深入理解其性能参数背后的物理意义，熟悉其转子、密封、轴承等核心配件的结构与功能，掌握规范的拆卸、检查、装配与对中修理工艺，是保障此类设备长期稳定运行、发挥最大效能、延长使用寿命的根本。对于风机技术人员而言，理论与实践相结合，不断积累经验，是应对各种复杂故障挑战的不二法门。

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