大型硫酸装置用高压比离心风机设计.pdf

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1、大型硫酸装置用高压比离心风机设计沈阳鼓风机集团股份有限公司(辽宁110869)张鹏飞于德梅【摘要】针对高原地区的大型硫酸装置用空气鼓风机进行选型和设计，采用新型的结构满足大流量、高压比的要求，对叶轮、转子、机壳及型环等关键部件的结构设计进行详细分析，提高鼓风机长周期运转的安全可靠性和气动效率。【关键词】硫酸装置离心式风机空气鼓风机一，前言硫酸作为一种重要的基本化工原料，广泛用于磷肥、氮肥等化肥生产中；同时在有机化工(如磺化、酸化、催化脱水以及水合水解等)、无机化工(如制取芒硝、硫酸铝、亚硫酸钠等)、制药、制革及石油炼制流程中，都离不开硫酸，在历史上有硫酸是“化学工业之母”的重称。

2、近几年，我国硫黄制酸工业有较快的发展，生产技术水平的不断提高，推进了制酸装置的大型化，单线生产能力已达到了100万t／a，与之配套的空气风机也日益大型化。目前国内的中、大型规模的硫黄制酸装置大多数采用了离心式风机，少数大型装置也采用轴流式风机。用于硫酸装置的典型的离心式风机(见图1)采用了闭式高效率三元叶轮，为减小机器尺寸，普遍采用双进气结构形式，风机的转子设计为柔性转子，风机工作转速在转子的一阶临界转速之上，主驱动机为汽轮机或电动机，机壳采用型材焊接结构。56然鬈慧：嘶年躺图1$5600—11鼓风机结构二，风机的设计1．风机的选型设计在以往的硫酸工艺流程中，主风机一般要求升压在

3、35-45kPa，近几年随着装置的大型化发展和设备的耱赫祝讹瓢工。纪趸讹砌石伽熙技术进步，普遍采用了较高风压(50—65kPa)的主风机，对于整套装置可以实现较长时间不停车检修、系统仍可正常运行。对于高原地区，风机的压比在1．7。1．8，采用传统的闭式叶轮，受材料强度制约，单级叶轮的压比已不能满足要求，采用两级叶轮压缩又不能充分发挥叶轮的做功能力，故考虑采用半开式叶轮进行设计。以国内的某80万t／a硫黄制酸装置为例，风机的工艺参数如下：输送介质：空气；进口流量：5600m3／min；进口温度：25℃；进I：1压力：0．075MPa(A)；出口压力：0．13MPa(A)。风机采用两

4、个半开式叶轮，背靠背布置(见图1)，经过气动计算，风机型号为$5600—11，额定转速为4885r／min，驱动机为汽轮机，额定功率6000kw。2．风机的结构设计风机的定子主要由机壳、扩压器、型环、轴端密封、支撑轴承箱及止推轴承箱等组成。定子采用水平剖分，双支承结构，机壳为焊接形式，为了提高机壳的刚性，按照受力分布合理设置了筋板。设置叶片扩压器，不仅提高了整机的气动效率，对机壳的刚性也有一定的好处。轴端密封形式为迷宫式密封，密封体采用铸铝材料，确保主轴不被刮伤。为了减少半开式叶轮叶片顶部的内部泄漏，在叶片顶部的定子上安装有固定的型环，型环与叶轮保持较小的间隙。在设定轴向和径向间

5、隙时，应考虑到装配误差、轴承窜动以及转子运转的不稳定状态等。型环为铸造材料，由数控机床加工而成，型环与叶轮的间隙靠型环与机壳间的调整垫片的厚度来调整以达到工作允许值。型环与叶轮距离较近的部分带有复合材料的涂层，防止机器运转出现较大的振动时叶轮刮碰到定子金属部分。风机的转子由主轴、轴套以及两个左右对称布置的半开式叶轮组成。半开式叶轮的特点是：整体铣制加工而成，流动损失小，允许的圆周速度高，单级压比高。根据ANSYS分析的结果，在跳闸转速下，叶轮的最大Mises应力值为551MPa(见图2)。叶轮进I：1径向变形量(半径方向)为0．22ram(见图3)，叶片出口轴向变形量为0．81r

6、am(见图4)。由于风机采用了叶片扩压器，在设计中需考虑叶轮叶片与扩压器叶片的频率共振，故对叶轮频率进行模态分析，叶轮固有频率值见下页表，频率干涉检查如图5所示。由图可知：1)叶片基频370Hz。2)在出13扩压器叶片对应的节径数1自然频率族l，罚雨1黑—舞‰确哪"噻If1．ilc21587—16l754I】64084-；‘’64144：8744j’10741a)型环侧【b)轴盛恻图2叶轮跳闸转速时最大Mises应力图3叶片进口径向变形(半径方向)通用卸督2016‘f第!期、、、n、．ci、：ix．【011M孵GM税洲枕．川属眦通&工M触诎游卯石讹石油／化I通甬机械羔<潞K兰--

7、-<图4叶片出口轴向变形叶片频谱图(IGV=0，OGV=20，08一t1N)——；，一一．—一=r--：——_—7【一——j——f—，一，r、-～‘：一乏；———‘_‘‘二，、E二t!一l芒j皇、h一]卜喵‘=J妻害．苎—；多；；E亨三=一—．d暑弓皇；O13456789节径数图5叶轮频率干涉检查图中，前2阶频率未落在工作转速范围内。三．转子动力学分析。对于中小型双吸鼓风机，一般采用流量系数较小的二元叶轮或窄三元叶轮，由于支撑跨距较短，转子通常设计为刚性转子，即工作转速小于一阶临