多级离心鼓风机C20-1.35基础知识、性能解析及维护修理探讨

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：多级离心鼓风机，C20-1.35，风机性能，风机配件，风机修理，离心式鼓风机技术

引言

在工业通风、污水处理、物料输送等诸多领域，多级离心鼓风机扮演着至关重要的角色。其凭借结构紧凑、效率较高、运行平稳、流量压力范围广等特点，成为中高压送风工况的首选设备之一。作为一名风机技术从业者，深刻理解其工作原理、性能参数以及维护修理要点，对于保障设备稳定运行、延长使用寿命、降低运维成本具有重要意义。本文将以C20-1.35型多级离心鼓风机为例，系统阐述其基础知识，深度解析其性能参数，并对核心配件及常见故障的修理进行详细说明，以期为同行提供参考与借鉴。

一、 多级离心鼓风机基础原理与结构概述

离心鼓风机的工作原理基于离心力和能量转换。当电机驱动风机主轴及叶轮高速旋转时，气体从进风口轴向进入叶轮，在高速旋转的叶片作用下获得动能和压力能，气体被加速并甩向叶轮外周，流入蜗壳或导叶器。在蜗壳或导叶器中，部分动能进一步转化为压力能，最后从出风口排出。

所谓“多级”，是指将多个单级叶轮串联在同一主轴上。气体每经过一级叶轮和导流器，其压力就得到一次提升。因此，多级结构能够实现单台风机远高于单级风机的出口压力，满足更高压力需求的工况。

一台典型的多级离心鼓风机主要由以下几大部件组成：

机壳（气缸）： 通常为铸铁或铸钢件，是支撑所有内部零件并形成气体流道的外壳，需能承受内部压力。 主轴： 传递电机扭矩的核心部件，要求具有高强度、高刚性和良好的动平衡性能。 叶轮： 能量转换的核心部件。通常采用后向叶片设计以获取较高的效率，材料需根据介质特性选择，如普通空气常用优质碳素钢或不锈钢。叶轮需经过精密的动平衡校正。 导叶器（扩压器）： 安装在每级叶轮之后，固定于机壳上。其作用是引导气流、降低流速，将气体的动能有效地转化为压力能。 轴承箱： 支撑主轴，内置滚动轴承或滑动轴承，保证主轴高速稳定旋转。 密封装置： 包括级间密封（如迷宫密封）和轴端密封（如填料密封、机械密封）。其作用是防止气体在级间窜流和从轴端泄漏，保证风机效率和防止污染环境。 联轴器： 连接风机主轴与电机轴，传递动力。 底座： 支撑和固定整台风机与电机。

二、 C20-1.35型多级离心鼓风机性能深度解析

风机型号是理解其性能的第一把钥匙。C20-1.35型号通常可解读为：C可能代表离心式（Centrifugal），20代表进口流量为20立方米每分钟（m³/min），1.35代表出口绝对压力（或压比）为1.35公斤力每平方厘米（kgf/cm²）[注：1kgf/cm² ≈ 98.0665 kPa ≈ 0.980665 bar]。结合提供的参考参数，我们对其进行详细性能分析。

1. 设计工况点参数：

输送介质： 空气。这是最常见的介质，其物性参数相对稳定。 进口流量 (Q)： 20 m³/min。这是在进口状态（指定压力、温度）下的容积流量，是风机选型的关键参数之一。 进口压力 (P₁)： 1 kgf/cm²（绝对压力）。约等于标准大气压，表明风机是从常压环境下吸气。 进口温度 (T₁)： 20℃。这是标准状况下的常见温度。 进口介质密度 (ρ)： 1.2 kg/m³。该值可由理想气体状态方程估算。在标准大气压（101325 Pa）和20℃下，空气密度约为1.2 kg/m³，与参数吻合。 出口升压 (ΔP)： 3500 mmH₂O。这是风机出口与进口之间的压力差，即风机产生的静压。需注意单位换算：1 mmH₂O ≈ 9.8 Pa，故 3500 mmH₂O ≈ 34300 Pa ≈ 0.35 kgf/cm² (表压)。 出口绝对压力 (P₂)： 进口绝对压力 (1 kgf/cm²) + 出口表压 (0.35 kgf/cm²) = 1.35 kgf/cm²。这与型号中的“1.35”完全对应。 轴功率 (N shaft)： 18.2 kW。指风机主轴从电机获取的实际功率，是风机自身消耗的功率，不包括电机、传动等损失。 转速 (n)： 2950 r/min。这是典型的二级电机直联的转速，决定了风机的性能曲线位置。 配套电机功率： Y200L1-2 / 30 kW。电机额定功率为30kW，通常大于风机轴功率，预留了必要的安全余量（储备系数），以应对工况波动和启动电流。

2.性能计算与效率分析：

风机的性能不仅看单个参数，更要看其匹配关系和效率。

有效功率 (N_e)： 指单位时间内气体从风机获得的能量。计算公式为：有效功率 等于 质量流量 乘以 单位质量流体获得的能量（即压头）。
质量流量 G = 容积流量 Q × 密度 ρ = 20 m³/min ÷ 60 s/min × 1.2 kg/m³ = 0.4 kg/s。 单位质量流体获得的能量（压头H）可近似由 出口升压 ΔP / ρg 计算（更精确的计算需考虑压缩性）。 因此，有效功率 N_e ≈ G × (ΔP / ρ) = 0.4 kg/s × (34300 Pa / 1.2 kg/m³) ≈ 11433 W ≈ 11.43 kW。 *另一种简化计算：N_e = Q × ΔP / 1000 (Q: m³/s; ΔP: Pa) = (20/60) × 34300 / 1000 ≈ 11.43 kW。*
风机效率 (η)： 是衡量风机能量转换性能的核心指标，为有效功率与轴功率之比。
效率 η = N_e / N_shaft = 11.43 kW / 18.2 kW ≈ 0.628 或 62.8%。
这个效率值对于一台多级离心鼓风机而言，处于一个较为合理且典型的范围内。效率未达到更高水平（如80%以上）的原因包括多级间的流动损失、盘面摩擦损失、密封泄漏损失、轴承机械损失等。这表明该风机在设计上兼顾了压力、流量和成本。
比转速 (n_s)： 是一个无量纲相似准则数，用于表征风机的性能特点和叶轮形状。计算公式较为复杂，通常表示为：比转速 等于 转速 乘以 流量的二分之一次方 再除以 压头的四分之三次方（使用法定单位制计算）。根据C20-1.35的参数计算，其比转速较低，这正符合多级离心鼓风机的特征—高压力、小流量，叶轮形状窄而直径大。

3.性能曲线与运行调节：

每台风机都有其固有的性能曲线，包括压力-流量曲线、功率-流量曲线和效率-流量曲线。虽然不输出图表，但需理解其趋势：

压力-流量曲线： 通常是一条随流量增加而缓慢下降的曲线。C20-1.35在20 m³/min、3500 mmH₂O的点是其设计工况点，此点效率最高。偏离此点，无论是流量增大还是减小，效率都会下降。 功率-流量曲线： 对于离心风机，功率通常随流量增加而增加。在20 m³/min时，轴功率为18.2kW，低于电机额定功率30kW，有充足裕度。 运行调节： 常用的调节方式有出口阀门调节、进口阀门调节、变转速调节等。对于此风机，若实际需求流量压力小于设计值，采用变频调速是节能效果最显著的方式，因为它能改变风机的性能曲线，使运行工况点始终保持在高效区附近。

三、 核心配件功能解析与选用要点

风机的可靠性和性能与配件的质量和状态息息相关。

叶轮： 心脏部件。C20-1.35的叶轮 likely 采用优质碳素钢（如45钢或35钢）焊接或铆接制成。对其要求是：强度高、动平衡精度高（通常要求达到G6.3级或更高）、型线精准以减小流动损失。叶轮损坏（如磨损、腐蚀、裂纹）或平衡失效是导致振动超标的主要原因。 轴承： 支撑生命线。2950r/min的转速属于高速范畴，通常选用高精度角接触球轴承或深沟球轴承，成对安装以承受径向和轴向载荷。轴承的选用必须保证其计算寿命（L10h）远大于风机维护周期。润滑至关重要，需使用合适的锂基脂或强制油润滑，并定期加油或换油。 密封：
迷宫密封： 最常用的级间密封和轴端密封形式。依靠一系列节流齿与轴（或轴套）之间的微小间隙形成流动阻力来减小泄漏。优点是非接触、无磨损、寿命长。关键是保证装配间隙符合设计要求，间隙过大会导致内泄漏增加，效率下降；间隙过小则有刮磨风险。 填料密封： 在某些老式或特定工况风机上使用。通过压紧柔软填料（如石墨盘根）来实现轴端密封。需要允许少量滴漏进行润滑和冷却，需定期调整压紧力或更换填料。 机械密封： 用于要求零泄漏的工况（如输送有毒有害气体）。精度要求高，成本也高。C20-1.35输送空气，通常选用迷宫密封已足够。
联轴器： 常用的有弹性柱销联轴器或膜片联轴器。后者无需润滑、补偿能力强、传递扭矩大，在现代风机中应用越来越广。安装时必须严格对中，不对中是引起振动和轴承早期损坏的常见原因。 润滑系统： 对于小型风机如C20-1.35，多为轴承座脂润滑。对于大型高压风机，则可能涉及复杂的强制油润滑系统，包括油箱、油泵、冷却器、过滤器等，需保证油压、油温、油质清洁。

四、 常见故障分析与修理流程指南

风机修理是一项严谨的技术工作，需遵循“诊断-拆卸-检查-修复-组装-调试”的流程。

1. 故障现象：振动超标

原因分析：
转子不平衡： 叶轮磨损不均、粘附污垢、部件缺失或松动。 对中不良： 风机与电机联轴器对中超差。 轴承损坏： 磨损、疲劳剥落、间隙过大。 基础松动或共振： 地脚螺栓松动、基础刚性不足、运行转速接近临界转速。 动静部件摩擦： 叶轮与机壳、密封件与轴发生接触。
修理步骤：
停机后，首先检查地脚螺栓、管道支撑等外部因素。 手动盘车，感觉是否有卡涩或摩擦声。 拆卸联轴器护罩，复查对中情况。 若以上无问题，需解体风机。取出转子总成，送至动平衡机进行现场或离线动平衡校正，直至达到精度要求（残余不平衡量符合IS 1940 G2.5或G6.3标准）。 检查轴承，测量游隙，如有异常立即更换同型号新轴承。 检查各处密封间隙，确保符合图纸要求。 重新组装，严格对中，试运行并监测振动值。

2. 故障现象：风量风压不足

原因分析：
转速降低： 皮带传动打滑或电机故障。 管网阻力增大： 过滤器堵塞、阀门未全开、管道积垢。 内泄漏增大： 密封间隙（尤其是口环密封、级间密封）因磨损严重超标。 叶轮磨损/腐蚀： 叶片型线改变，效率下降。 进口状态变化： 介质温度过高、密度过低。
修理步骤：
首先检查电机转速和管网系统，排除外部原因。 若怀疑风机内部问题，需解体检查。 重点测量所有迷宫密封的径向和轴向间隙，与出厂标准或装配图纸对比。如磨损超差，必须更换密封件或轴套。 检查叶轮是否有严重磨损或变形，必要时进行修复或更换。叶轮修复后必须重新做动平衡。 清理叶轮和机壳流道内的积灰油污。

3. 故障现象：轴承温度过高

原因分析：
润滑不良： 油脂过多或过少、油脂变质、牌号不对。 轴承损坏： 如上所述。 安装不当： 轴承预紧力过大、配合过盈量不正确、对中不良。 冷却不足： 环境温度高或冷却系统（如有）故障。
修理步骤：
检查润滑情况，先尝试更换适量合格润滑脂。 检查轴承箱冷却水路（如有）是否畅通。 若温度仍高，需停机检查轴承。测量轴承游隙和安装尺寸，确保轴承安装正确。更换损坏轴承。

修理通用注意事项：

标记与记录： 拆卸前对零部件相对位置做好标记，记录好各级叶轮、隔板、轴承座的原始位置和调整垫片的厚度。 清洁度： 修理现场和零部件必须保持清洁，防止灰尘异物进入轴承或流道。 工具专用： 使用专用拉马、液压工具等，严禁野蛮敲击，特别是叶轮、轴承等精密部件。 标准与数据： 严格按照风机厂家提供的装配图纸、技术标准和公差要求进行修理和装配，特别是间隙值。 试运行： 修理完成后必须进行试运行。从点动开始，逐步升至全速，密切监控电流、振动、温度、噪声等参数至少2小时，确保一切正常后方可投入正式运行。

结语

C20-1.35型多级离心鼓风机是一款典型的中压离心鼓风设备，其性能参数匹配合理，结构成熟可靠。深入理解其工作原理、性能特点以及配件间的相互作用，是进行高效、安全操作和科学维护保养的基础。当故障发生时，系统性的分析、规范的修理流程以及严谨的装配态度是恢复风机性能、保障生产连续性的关键。随着技术的发展，状态监测和预测性维护越来越多地应用于风机管理，通过振动分析、温度监测等手段，可以更早地发现潜在故障，变被动维修为主动维护，从而创造更大的经济与安全价值。希望本文能为广大风机技术同仁提供有益的帮助。

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