多级离心鼓风机基础知识与C100-1.35型风机深度解析

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：多级离心鼓风机、C100-1.35、性能曲线、叶轮、隔板、轴向力、转子动平衡、风机检修

引言

在工业生产、环保工程、电力、化工、水处理等诸多领域，鼓风机作为提供气源动力的核心设备，扮演着不可或缺的角色。其中，多级离心鼓风机凭借其输出压力高、运行稳定、效率较高、流量范围广等特点，在需要中等至高压力气源的工况中得到了广泛应用。本文旨在系统性地阐述多级离心鼓风机的基础工作原理、结构特点，并重点结合典型型号C100-1.35的性能参数进行深入说明，同时对其关键配件及常见故障的修理维护要点进行解析，以期为从事风机技术工作的同仁提供一份实用的参考。

第一章：多级离心鼓风机基础知识

一、 工作原理与特点

离心鼓风机的工作原理基于动能转换为势能。当电机驱动风机主轴及安装在轴上的叶轮高速旋转时，叶轮通道内的气体在离心力的作用下被甩向叶轮外缘，气体的速度和压力随之增加。这股高速气流被导入蜗壳或扩压器中，流道截面的增大使得气流速度降低，部分动能有效地转化为静压能，从而获得所需的压力。

所谓“多级”，是指将多个单级叶轮串联在同一根主轴上。气体从进气口进入第一级叶轮，获得能量增压后，被引导至第二级叶轮的进口，以此类推，逐级增压。每一级都会对气体施加能量，最终在末级出口达到设计的总压升。

主要特点：

压力高： 通过增加级数，可以灵活地实现较高的出口压力，这是单级离心风机难以比拟的优势。 效率曲线平坦： 在额定工况点附近效率较高，且高效区相对较宽，工况适应性强。 运行平稳： 相对于罗茨风机等容积式风机，其振动和噪声相对较小。 结构相对复杂： 由于级数多，包含了转子、隔板、密封、轴承等多个精密部件，制造和装配要求高。 流量压力特性： 具有“背压”特性，即流量随管网阻力的增大而减小，随阻力的减小而增大。启动时需关闭出口阀门，以降低启动负荷。

二、 主要结构组成

一台典型的多级离心鼓风机主要由以下几大部分构成：

机壳（气缸）： 风机的主体结构，通常为铸铁或铸钢件，用于容纳所有内部部件并形成气体流道。水平剖分式结构便于检修。 转子组件： 风机的核心运动部件，包括主轴、各级叶轮、平衡盘、联轴器等。叶轮通常采用后向叶片设计，以获取较高的效率。 隔板： 安装在机壳内，用于分隔各级叶轮。隔板上设有扩压器（将动能转化为静压能）和回流器（引导气体平稳进入下一级叶轮进口）。 密封系统： 包括级间密封（迷宫密封）、轴端密封（填料密封或机械密封）等，用于减少气体从高压区向低压区的泄漏，保证风机效率。 轴承箱与轴承： 支撑转子，保证其高速稳定旋转。通常采用滑动轴承（高速重载）或滚动轴承。 推力轴承： 专门用于平衡转子运行中产生的轴向力，是多级风机的关键部件。 润滑系统： 为轴承和齿轮（若有）提供润滑和冷却。 进出口导叶或阀门： 用于调节风机的流量和压力。

第二章：C100-1.35型风机性能深度解析

现在我们聚焦于您提供的具体型号：C100-1.35。通常，风机型号的命名有其特定含义，C可能代表离心式（Centrifugal），100很可能指进口容积流量为100立方米每分钟，1.35可能代表出口绝对压力或压比。结合您给出的参数，我们可以对该风机的性能进行全面的解读。

参考参数回顾：

输送介质： 空气 进风口流量： 100 m³/min 进风口压力： 1 Kgf/cm²（约等于98.0665 KPa，绝对压力） 进风口温度： 20 ℃ 进风口介质密度： 1.2 kg/m³（此为标准状态密度，需注意与进气条件密度区分） 出风口升压： 3500 mmH₂O（约等于34.32 KPa，表压） 轴功率： 74.5 KW 转速： 2970 r/min 配套电机功率： Y280M-2 / 90 KW

一、 性能参数换算与校核

流量： 进风口流量100 m³/min，即6000 m³/h。这是在进口状态（压力1 Kgf/cm² abs，温度20℃）下的实际容积流量。若换算到标准状态（101.325 KPa， 20℃），流量会略有不同。这是选型和性能比较的基础。 压力：
进口绝对压力 P1： 1 Kgf/cm² = 98.0665 KPa (abs) 出口表压（升压）ΔP： 3500 mmH₂O ≈ 34.32 KPa (g) 出口绝对压力 P2： P1 + ΔP = 98.0665 + 34.32 ≈ 132.3865 KPa (abs) 压比 ε： ε = P2 / P1 ≈ 132.3865 / 98.0665 ≈ 1.35。这正好与型号中的“1.35”对应，证实了其含义为压比。
轴功率与效率：
理论功率计算： 风机对气体所做的有效功（有效功率）可以通过公式：有效功率（Kw） = （质量流量 × 压头） / 1000 来估算。更常用的是：有效功率 Ne = (Q × ΔP) / (60 × η) ，但此处我们用于反算效率。 质量流量 Qm = 容积流量 × 密度。首先计算进气条件下的实际密度 ρ1。使用理想气体状态方程：密度 ρ1 = (P1绝对) / (R × T1)。空气气体常数R=287 J/(kg·K)，T1=293.15K。ρ1 = (98066.5) / (287 × 293.15) ≈ 1.165 kg/m³。（这与给定的1.2略有差异，可能给定为近似值或标准状态密度，计算以实际进气条件为准）。 质量流量 Qm = 100 m³/min × 1.165 kg/m³ / 60 ≈ 1.942 kg/s。 等温压缩或绝热压缩的有效功率不同。对于鼓风机，常用绝热压缩功。绝热压缩功 Had = [k/(k-1)] × R × T1 × [(P2/P1)^((k-1)/k) - 1]，其中k=1.4。代入计算可得Had ≈ 29000 J/kg。 有效功率 Ne = Qm × Had / 1000 ≈ 1.942 × 29000 / 1000 ≈ 56.3 KW。 绝热效率 ηad： ηad = Ne / 轴功率 = 56.3 / 74.5 ≈ 75.6%。这个效率值对于多级离心鼓风机而言处于合理范围，表明该风机设计良好。
电机功率裕量： 配套电机功率为90KW，而风机轴功率为74.5KW，则电机功率储备系数为 90 / 74.5 ≈ 1.21。这个裕量（约21%）是必要的，考虑了可能的工况波动、电压波动、计算误差以及安全系数，确保电机不会过载运行。

二、 性能曲线与运行点

虽然不输出图表，但我们可以描述C100-1.35的性能曲线特性。其性能曲线通常包括：

压力-流量曲线（P-Q曲线）： 一条从左至右向下倾斜的曲线。表明在转速固定（2970r/min）时，流量增大，出口压力降低。我们当前的运行点位于：流量100 m³/min，压升34.32KPa（或压比1.35）的点上。 功率-流量曲线（N-Q曲线）： 一条上升的曲线。离心风机的轴功率通常随流量的增加而增加。在流量100 m³/min时，轴功率为74.5KW。需要注意的是，关闭出口阀门（流量为零）时功率最小，因此离心风机应空载启动。 效率-流量曲线（η-Q曲线）： 一条抛物线状的曲线，存在一个最高效率点。我们的运行点（100 m³/min, 1.35压比）应设计在最高效率点附近或高效区内，此时绝热效率约75.6%，运行最经济。

运行提示： 操作此风机时，应确保其工作点尽可能落在高效区内。通过调节出口阀门或进口导叶（若配备）来改变管网特性曲线，使其与风机P-Q曲线的交点落在理想位置。避免长期在低流量（可能进入喘振区）或高流量（效率下降且功率超限）区域运行。

第三章：C100-1.35风机关键配件解析

风机的可靠性和性能与其关键配件的质量和状态息息相关。以下对C100-1.35的主要配件进行解析。

一、 核心部件

叶轮： 是风机的“心脏”。C100-1.35的每个叶轮都需经过精密加工（通常是铆接或焊接结构），并进行动平衡校正。材料根据介质（空气）特性，可能选用优质碳钢或不锈钢。其型线（叶片形状）直接决定了风机的效率、压力和流量特性。任何磨损、腐蚀或积垢都会导致性能下降和振动加剧。 主轴： 承载所有叶轮并传递扭矩。要求具有高强度、高刚性良好的韧性。材料常为优质合金钢（如40Cr、42CrMo），经调质处理以保证综合机械性能。轴颈处需要精磨，保证与轴承的配合精度。 隔板组件： 包括扩压器和回流器。扩压器将叶轮出口的高速气体降速增压，其通道形状至关重要。回流器引导气体以合适的角度进入下一级。隔板通常由铸铁制成，与机壳配合，其上的迷宫密封槽与叶轮轮盖形成级间密封。 密封件： 主要是迷宫密封。由一系列金属密封齿组成，依靠多次节流膨胀产生阻力来减少泄漏。密封齿与转子间的间隙是关键装配参数，间隙过大会导致内泄漏严重，效率降低；间隙过小则有刮擦风险。C100-1.35的级间密封和轴端密封（若为迷宫式）都需要严格控制装配间隙。

二、 支撑与平衡部件

轴承： 转速2970r/min属于高速范畴，很可能采用液体动压滑动轴承。这种轴承运行平稳、阻尼大、寿命长。需要保证润滑油清洁、油温正常。轴承的间隙、瓦块接触面积是检修的重点。 推力轴承： 多级离心风机由于叶轮轮盘两侧压力不对称，会产生巨大的轴向力，指向进气口方向。平衡盘是平衡轴向力的主要部件，它利用压力差产生一个反向推力。但无法100%平衡，剩余轴向力由推力轴承承受。C100-1.35的推力轴承（通常是金斯伯里型或米切尔型可倾瓦推力轴承）是保证转子轴向定位、防止动静部件摩擦的生命线。其健康状况直接关系到风机安全。

三、 其他配件

联轴器： 连接风机和电机，传递动力。可能采用弹性柱销联轴器或膜片联轴器，后者无需润滑，补偿能力强，更适合高速场合。 底座： 支撑整个风机机组，需要有足够的刚度和强度，保证机组对中精度长期稳定。

第四章：C100-1.35风机修理技术解析

风机修理是一项专业性极强的工作，必须遵循安全、规范的原则。

一、 常见故障与原因分析

振动超标：
主要原因： 转子动平衡破坏（叶轮磨损、粘灰、零件脱落）；对中不良；轴承损坏；基础松动；喘振；动静部件摩擦。 针对C100-1.35： 由于其转速高，对平衡精度要求极高。即使很小的不平衡量也会导致巨大振动。检修后必须进行转子动平衡，精度等级应达到G2.5或更高。
轴承温度高：
主要原因： 润滑油品质差、油量不足、油路堵塞；轴承间隙不当、磨损、疲劳；冷却系统故障；安装不当。
性能下降（风量、风压不足）：
主要原因： 迷宫密封磨损，间隙过大，内泄漏严重；叶轮腐蚀、磨损；进口过滤器堵塞；转速降低（如皮带传动打滑）。
异常声响：
主要原因： 轴承损坏（连续或间歇性异响）；喘振（周期性吼叫声）；动静部件摩擦（刮擦声）。

二、 大修流程与关键技术要点

以C100-1.35为例，简述大修过程：

前期准备： 切断电源，挂牌上锁；关闭进出口阀门，排空介质；断开润滑油管、仪表线等。 解体：
拆除联轴器护罩，检查对中记录，断开联轴器。 拆除轴承箱上盖，测量轴承间隙、瓦背紧力等数据。 吊开上机壳，暴露转子。 依次拆卸推力轴承、支撑轴承。 谨慎吊出转子，放置在专用支架上。
检查与测量：
转子： 清洗后，进行宏观检查（有无裂纹、磨损）、尺寸测量（轴颈圆柱度、叶轮口环跳动、主轴直线度等）。最关键的一步是送检动平衡，必须在动平衡机上进行校正，直至达到标准要求。 密封： 测量所有迷宫密封的间隙，与标准值比较。磨损超差必须更换。 轴承： 检查巴氏合金层有无剥落、裂纹、磨损。测量轴承间隙。 隔板与机壳： 检查流道有无腐蚀、裂纹，密封齿是否完好。
修理与更换：
对磨损的轴颈可采用镀铬、喷涂等工艺修复。 更换所有损坏的密封件、轴承、O型圈等标准件。 对叶轮进行无损探伤（如MT/PT）。
回装与调试：
回装顺序与解体相反。核心要点是保证所有配合间隙（径向轴承间隙、推力轴承间隙、迷宫密封间隙）符合制造厂图纸要求。 转子就位后，手动盘车应灵活无卡涩。 合上机壳，紧固螺栓。 重新进行对中找正，这是避免振动的重要环节。电机与风机的对中误差应控制在0.05mm以内。 恢复油路、仪表。
试运行：
点动电机，检查转向。 启动润滑系统，确认油压、油温正常。 空载启动风机，缓慢升速至额定转速，监测振动、轴承温度、噪声等参数。 无异常后，逐渐加载（打开出口阀），在额定工况下进行性能测试，验证风量、风压、电流是否正常。

结论

多级离心鼓风机C100-1.35是一款设计精良、性能稳定的中型压力设备，其1.35的压比和100m³/min的流量使其适用于多种工业场景。深入理解其工作原理、性能特性，是正确选型和操作的基础。而对其关键配件（如叶轮、密封、轴承）的精细维护，以及严格执行规范的修理流程（特别是动平衡和对中），是保障该型风机长期、稳定、高效运行的关键。作为风机技术人员，我们不仅要会操作，更要懂原理、会分析、能检修，这样才能真正管好、用好这些重要的工业装备。

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