本發(fā)明涉及鼓風機
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種軸流式鼓風機改造方法。
背景技術(shù)：
：軸流式高爐鼓風機是煉鐵高爐的重要送風設(shè)備，因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、自動化程度高、公輔配套設(shè)備多、制造水準要求高等諸多因素，設(shè)計制造一臺新的高爐風機投資費用大。通過運用新型技術(shù)擴容改造舊風機滿足新建高爐的送風需求，成為當前許多鋼鐵企業(yè)減少設(shè)備資產(chǎn)投入的重要途徑。近年來，鋼鐵產(chǎn)能嚴重過剩，化解產(chǎn)能過剩、淘汰落后企業(yè)，走綜合利用循環(huán)發(fā)展，成為大型鋼鐵企業(yè)升級的必經(jīng)之路。進入新世紀，煉鐵高爐向大型化、特大型化發(fā)展。目前韓國浦項、日本新日鐵、中國的首鋼京唐鋼鐵公司、寶鋼湛江鋼鐵公司、鞍山鲅魚圈鋼鐵公司的煉鐵高爐均已達到5000m3以上規(guī)格，配套的高爐風機，風量、壓力也隨之不斷增大。目前配套風機最大風量可達到10000nm3/min，風壓0.55mpa。由于鋼鐵企業(yè)在升級發(fā)展中，出現(xiàn)大量的能源動力設(shè)備閑置或被淘汰。由于高爐停產(chǎn)、升級、等因素造成閑置的鼓風機數(shù)量相當龐大。因此利用新型設(shè)計技術(shù)對舊風機擴容改造滿足新建大型高爐的送風要求具有很大的市場潛力和經(jīng)濟價值。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明通過提供一種軸流式鼓風機的擴容改造方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中產(chǎn)能過剩導致的低容量鼓風機難以再利用的技術(shù)問題，實現(xiàn)了對低容量軸流式鼓風機的擴容改造，實現(xiàn)了低容量鼓風機的再利用，降低了工業(yè)成本。本發(fā)明提供了一種軸流式鼓風機的擴容改造方法，其特征在于，包括以下步驟：拆分所述軸流式鼓風機；確定所述軸流式鼓風機改造后的流量、排氣壓力及總?cè)萘康膮?shù)；根據(jù)所述軸流式鼓風機改造后的流量、排氣壓力及總?cè)萘康膮?shù)，計算所述軸流式鼓風機改造后的級數(shù)、風機轉(zhuǎn)子輪轂直徑、流道參數(shù)、每級動葉柵及靜葉柵的參數(shù)；按照計算的所述軸流式鼓風機改造后的級數(shù)、流道參數(shù)、每級動葉柵及靜葉柵的參數(shù)對所述軸流式鼓風機的級數(shù)、風機轉(zhuǎn)子輪轂直徑、流道參數(shù)、動葉柵及靜葉柵進行改造；更換所述軸流式鼓風機的靜葉承缸、調(diào)節(jié)缸及擴壓器；通過仿真試驗對改造后的軸流式鼓風機的動葉柵及靜葉柵的屈服強度進行分析。進一步地，還包括：對所述軸流式鼓風機的流道進行改造后，對流道進行優(yōu)化。進一步地，所述對流道進行優(yōu)化包括：修改流道參數(shù)，對所述軸流式鼓風機進行吹風試驗；得到流道參數(shù)與所述鼓風機性能的關(guān)系曲線；通過所述關(guān)系曲線選擇最優(yōu)的流道參數(shù)。進一步地，還包括：更換所述軸流式鼓風機的靜葉承缸時，將所述靜葉承缸設(shè)置為水平剖分型；將所述靜葉承缸的中分面采用預(yù)應(yīng)力螺栓連接；將所述靜葉承缸的兩端支撐在機殼上；將所述靜葉柵設(shè)置在所述靜葉承缸上。進一步地，還包括：更換所述軸流式鼓風機的靜葉承缸時，在所述靜葉柵上每個靜葉片的柄部設(shè)置o型密封環(huán)。進一步地，更換所述軸流式鼓風機的調(diào)節(jié)缸時，將所述調(diào)節(jié)缸設(shè)置為水平剖分型；在所述調(diào)節(jié)缸內(nèi)設(shè)置導向環(huán)，在所述導向環(huán)內(nèi)設(shè)置滑塊；將所述滑塊與所述靜葉柵的葉片連接；所述調(diào)節(jié)缸通過安裝在機殼兩側(cè)的液壓伺服馬達的軸向位移對所述靜葉柵的葉片角度進行調(diào)節(jié)。進一步地，所述軸流式鼓風機的級數(shù)改造為18級。進一步地，還包括：對0-4級靜葉片進行高分子耐腐蝕涂層處理。本發(fā)明提供的一種或多種技術(shù)方案，至少具備以下有益效果或優(yōu)點：本發(fā)明提供的軸流式鼓風機的擴容改造方法，對軸流式鼓風機的級數(shù)、風機轉(zhuǎn)子輪轂直徑、流道參數(shù)、動葉柵及靜葉柵進行改造；更換軸流式鼓風機的靜葉承缸；更換軸流式鼓風機的調(diào)節(jié)缸；更換軸流式鼓風機的擴壓器；通過仿真試驗對改造后的軸流式鼓風機的動葉柵及靜葉柵的屈服強度進行分析，可將淘汰的鼓風機擴容改造為滿足要求的鼓風機設(shè)備，該技術(shù)在軸流鼓風機擴容改造中最大限度的利舊了風機的原有部件，節(jié)約了購買新機的費用，滿足了新建大型高爐的送風要求。實現(xiàn)了高爐停產(chǎn)、升級、等因素造成閑置的鼓風機的有效利用，契合鋼鐵的去產(chǎn)能目標，節(jié)省了生產(chǎn)成本，避免造成資源浪費。附圖說明圖1為本發(fā)明實施例提供的軸流式鼓風機的擴容改造方法流程圖；圖2為本發(fā)明實施例提供的軸流式鼓風機的擴容改造后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實施例提供的轉(zhuǎn)子啟動阻力矩曲線。具體實施方式本發(fā)明實施例通過提供一種軸流式鼓風機的擴容改造方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中產(chǎn)能過剩導致的低容量鼓風機難以再利用的技術(shù)問題，實現(xiàn)了對低容量軸流式鼓風機的擴容改造，實現(xiàn)了低容量鼓風機的再利用，降低了工業(yè)成本。參見圖1及圖2，本發(fā)明實施例提供了一種軸流式鼓風機的擴容改造方法，包括以下步驟：步驟10、拆分軸流式鼓風機；步驟20、確定軸流式鼓風機改造后的流量、排氣壓力及總?cè)萘康膮?shù)；步驟30、根據(jù)軸流式鼓風機改造后的流量、排氣壓力及總?cè)萘康膮?shù)，計算軸流式鼓風機改造后的級數(shù)、風機轉(zhuǎn)子8輪轂直徑、流道參數(shù)、每級動葉柵3及靜葉柵2的參數(shù)；步驟40、按照計算的軸流式鼓風機改造后的級數(shù)、流道參數(shù)(流道參見圖2的附圖標記9)、每級動葉柵3及靜葉柵2的參數(shù)對軸流式鼓風機的級數(shù)、風機轉(zhuǎn)子8輪轂直徑、流道參數(shù)、動葉柵3及靜葉柵2進行改造；步驟50、更換軸流式鼓風機的靜葉承缸4、調(diào)節(jié)缸5及擴壓器6；步驟60、通過仿真試驗對改造后的軸流式鼓風機的動葉柵3及靜葉柵2的屈服強度進行分析。本發(fā)明實施例中，對軸流式鼓風機的流道進行改造后，對流道進行優(yōu)化。對流道進行優(yōu)化包括：修改流道參數(shù)，對軸流式鼓風機進行吹風試驗；得到流道參數(shù)與鼓風機性能的關(guān)系曲線；通過關(guān)系曲線選擇最優(yōu)的流道參數(shù)。本發(fā)明實施例中，更換軸流式鼓風機的靜葉承缸4時，將靜葉承缸4設(shè)置為水平剖分型；將靜葉承缸4的中分面采用預(yù)應(yīng)力螺栓連接；將靜葉承缸4的兩端支撐在機殼10上；將靜葉柵2設(shè)置在靜葉承缸4上。本發(fā)明實施例中，更換軸流式鼓風機的靜葉承缸4時，為防止氣體從軸承7間隙中向外部泄漏，在靜葉柵2上每個靜葉片的柄部設(shè)置o型密封環(huán)。本發(fā)明實施例中，更換軸流式鼓風機的調(diào)節(jié)缸5時，將調(diào)節(jié)缸5設(shè)置為水平剖分型；在調(diào)節(jié)缸5內(nèi)設(shè)置導向環(huán)，在導向環(huán)內(nèi)設(shè)置滑塊；將滑塊與靜葉柵2的葉片連接；調(diào)節(jié)缸5通過安裝在機殼10兩側(cè)的液壓伺服馬達的軸向位移對靜葉柵2的葉片角度進行調(diào)節(jié)。本發(fā)明實施例中，軸流式鼓風機的級數(shù)改造為17級。對0-4級靜葉片進行高分子耐腐蝕涂層處理。下面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明提供的軸流式鼓風機的改造方法進行說明：設(shè)計集成運用siemenspcs7過程控制系統(tǒng)，優(yōu)化高爐輸出至風機的生產(chǎn)聯(lián)系信號，將換爐、常壓、高壓、出鐵、懸料、坐料、全風、慢風、停風、送風、放風、熱風爐充風的信號與風機的智能控制系統(tǒng)進行嵌入式的結(jié)合，滿足大型高爐冶煉多模式的送風要求，達到操控多模態(tài)的智能型控制方式。參見圖1及圖2，根據(jù)新建5000m3規(guī)格大型煉鐵高爐的送風要求，初步選定具有改造潛力的av100系列軸流式鼓風機。運用工程熱力學、氣動學、轉(zhuǎn)子動力學分析設(shè)備單元結(jié)構(gòu)，確定擴容改造技術(shù)方案。根據(jù)方案選定風機型號為av100-19，結(jié)構(gòu)類型為徑向進氣和出氣的軸流式壓縮機，風機轉(zhuǎn)子8直徑為1000mm(不含葉片長度)，級數(shù)為19級(包括第1-19級)，靜葉角度范圍為35°-79°，啟動角度為14°，轉(zhuǎn)速為3000rpm，臨界轉(zhuǎn)速為1550rpm和4500rpm。拆分軸流式鼓風機，本實施例中，利舊部件包括原軸流式鼓風機機組的機殼10、主軸、軸承7與軸承箱1、底座、伺服馬達、盤車裝置等，改造的部件包括：動葉柵3、靜葉柵2、靜葉承缸4、調(diào)節(jié)缸5、擴壓器6等。確定軸流式鼓風機改造后的流量較改造前提升約25％、排氣壓力較改造前提升約15％，總?cè)萘康膮?shù)為5000立方米。根據(jù)軸流式鼓風機改造后的流量、排氣壓力及總?cè)萘康膮?shù)，計算軸流式鼓風機改造后的級數(shù)、風機轉(zhuǎn)子8輪轂直徑、流道參數(shù)、每級動葉柵3及靜葉柵2的參數(shù)。計算采用本領(lǐng)域使用的專業(yè)軟件進行，包括：物性參數(shù)計算、氣動設(shè)計計算、葉片振動強度計算、葉片頻率計算、軸向推力計算、密封漏氣計算、性能曲線數(shù)值模擬，及其流場計算分析和優(yōu)化。氣動計算采用逐級計算的方法，確定風機轉(zhuǎn)子8輪轂直徑、級數(shù)、流道參數(shù)(包括流通高度與錐度等)、每級靜葉葉柵和動葉柵3的弦長、安裝角度、葉片數(shù)目等。按照計算的軸流式鼓風機改造后的級數(shù)、流道參數(shù)、每級動葉柵3及靜葉柵2的參數(shù)對軸流式鼓風機的級數(shù)、風機轉(zhuǎn)子8輪轂直徑、流道參數(shù)、動葉柵3及靜葉柵2進行更換改造，具體規(guī)格參數(shù)如表1-表3所示。級數(shù)1234567動葉數(shù)量(個)30303737373737靜葉數(shù)量(個)40424446464646截面距(mm)44444444444444截面輪轂比0.04430.04430.04430.04430.04430.04430.0443動葉規(guī)格(mm)kla125kla125kla100kla100kla100kla100kla100靜葉規(guī)格(mm)kle100kle90kle80kle80kle80kle80kle80動葉葉高(mm)304.9291.6279.1267250.8234.5218.3靜葉葉高(mm)298.3285273.8258.9242.7226.4210.2間隙(mm)1.81.81.81.81.81.81.8級間距(mm)248248199199199199199通流面積(m2)1.24991.18321.12151.06280.98550.90950.8355流道高度(y)1.60981.58321.55821.5341.50161.4691.4366表1表2級數(shù)151617動葉數(shù)量(個)464646靜葉數(shù)量606670截面距(mm)444444截面輪轂比0.04430.04430.0443動葉規(guī)格kla80kla80kla80靜葉規(guī)格kle80kle63kle63動葉葉高(mm)130.1121.1112.3靜葉葉高(mm)125.6116.6108.3間隙(mm)1.81.81.8級間距(mm)177177159通流面積(㎡)0.46190.42650.3924流道高度(y)1.26021.24221.2246表3本實施例提供的軸流式鼓風機的擴容改造方法還包括：更換軸流式鼓風機的靜葉承缸4。全部靜葉片及附件均安裝在靜葉承缸4上，靜葉片安裝于軸承7內(nèi)，軸承7上裝有兩個專用無油潤滑石墨襯套，具有自潤滑作用，可使靜葉在軸承7內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)；更換軸流式鼓風機的靜葉承缸4時，在靜葉柵2上每個靜葉片的柄部設(shè)置o型密封環(huán)。更換軸流式鼓風機的調(diào)節(jié)缸5，將調(diào)節(jié)缸5設(shè)置為水平剖分型，在調(diào)節(jié)缸5內(nèi)設(shè)置導向環(huán)，在導向環(huán)內(nèi)設(shè)置滑塊；將滑塊與靜葉柵2的葉片連接；調(diào)節(jié)缸5通過安裝在機殼10兩側(cè)的液壓伺服馬達的軸向位移對靜葉柵2的葉片角度進行調(diào)節(jié)，同時更換靜葉所配套的軸承7、曲柄、滑塊等附件。更換軸流式鼓風機的擴壓器6及進口圈。軸流式鼓風機的油封本體利用，更換油封的密封片。參見圖2，通過仿真試驗對改造后的軸流式鼓風機的動葉柵3及靜葉柵2的屈服強度進行分析，包括：一、選取1級動葉柵3、17級動葉柵3進行三維仿真強度分析和校核。1級動葉柵3三維仿真強度分析和校核得到的數(shù)據(jù)為：葉身的應(yīng)力為315mpa；葉身采用x20cr13材料時，屈服強度為600mpa，安全系數(shù)為1.90；葉身采用1cr11ni2w2move材料時，屈服強度為735mpa，安全系數(shù)為2.33。榫頭的應(yīng)力為604mpa；榫頭采用x20cr13材料時，屈服強度為600mpa，安全系數(shù)約等于1；榫頭采用1cr11ni2w2move材料時，屈服強度為735mpa，安全系數(shù)為1.22。榫槽的應(yīng)力為470mpa。17級動葉柵3三維仿真強度分析和校核得到的數(shù)據(jù)為：葉身的應(yīng)力為172mpa；葉身采用x20cr13材料時，屈服強度為600mpa，安全系數(shù)為3.49；葉身采用1cr11ni2w2move材料時，屈服強度為735mpa，安全系數(shù)為4.27。榫頭的應(yīng)力為400mpa；榫頭采用x20cr13材料時，屈服強度為600mpa，安全系數(shù)為1.5；榫頭采用1cr11ni2w2move材料時，屈服強度為735mpa，安全系數(shù)為1.84。榫槽的應(yīng)力為428mpa。二、對風機轉(zhuǎn)子建立模型進行強度校核。其中，轉(zhuǎn)子的啟動阻力矩如圖3所示，最大工況下的風機轉(zhuǎn)子8剪切強度校核數(shù)據(jù)如下：最大氣動功率約等于50000kw，轉(zhuǎn)速為3000rpm，角速度為314rad/s，最大扭矩為1.6×105n·m，驅(qū)動側(cè)最小周頸直徑為237mm，抗扭截面模量為2.6×106mm3，最大剪切應(yīng)力為61mpa。通過有限元分析結(jié)果表明推力盤根部最大等效應(yīng)力約152mpa，有充足的安全系數(shù)。在3000rpm時啟動阻力矩最大為3e+04nm，為最大扭矩的18.75％。按90秒勻速啟動，所需加速轉(zhuǎn)矩為1.37e+04nm，為最大扭矩的8.6％。經(jīng)校核風機轉(zhuǎn)子8在最小徑處滿足強度要求。三、支撐軸承分析。支撐軸承分析得到的數(shù)據(jù)如下：平均壓力為2.55mpa，最小油膜厚度為74um，偏心率為0.91，偏心角為66.35°，支撐軸承功耗為47.32kw，平均工作溫度為56.4℃，最高工作溫度為76.2℃。支撐軸承的瓦塊數(shù)為12，平均壓力為1.87mpa，支撐軸承功耗為46kw，支撐軸承溫升為16℃。由于風機轉(zhuǎn)子8質(zhì)量變化不大，支承軸承肯定能夠滿足使用要求，計算結(jié)果也有同樣的結(jié)論推力軸承的參數(shù)校核是重點，氣動軸向力最大為26噸，經(jīng)過核算，平衡后剩余軸向力約為10噸，根據(jù)初步推力盤數(shù)據(jù)，得平均壓力1.87mpa，符合推薦平均壓力1.5～2.5mpa。四、轉(zhuǎn)子動力學分析。經(jīng)計算得出如下數(shù)據(jù)：一階垂直臨界轉(zhuǎn)速為1480r/min，一階水平臨界轉(zhuǎn)速為1500r/min，二階垂直臨界轉(zhuǎn)速為4300r/min，二階水平臨界轉(zhuǎn)速為2400r/min，三階水平臨界轉(zhuǎn)速為4200r/min，額定轉(zhuǎn)速為3000r/min。運用專用的轉(zhuǎn)子動力學計算軟件(madyn)；專用的軸系扭轉(zhuǎn)振動分析軟件(torsion)；葉片振動頻率計算(cosmos、ansysworkbench及blade-st)；ansys計算軟件，通過仿真試驗和數(shù)值模擬計算得出風機轉(zhuǎn)子8基本尺寸不變，僅僅改變動葉對風機轉(zhuǎn)子8的臨界轉(zhuǎn)速影響很小，工作轉(zhuǎn)速與一階、二階臨界轉(zhuǎn)速的隔離裕度均超過50％。在最大工作轉(zhuǎn)速附近，垂向一階臨界對數(shù)衰減率最小為0.2104，api617-2002標準要求對數(shù)衰減率大于0.1，該轉(zhuǎn)子系統(tǒng)穩(wěn)定性符合要求。參見圖1及圖2，本實施例提供的軸流式鼓風機的擴容改造方法，軸流式鼓風機改造前，原av100-19機組年平均工況流量范圍4500-8500nm3/min，需最大靜葉開度才能滿足現(xiàn)在年平均點8500nm3/min的流量要求，且遠離高效區(qū)。夏季最大流量7700nm3/min，不能滿足9000nm3/min的夏季流量要求。改造后風機從av100-19型改型為av100-18型，改造后年平均工況下最大流量從原來的8500nm3/min提升到10500nm3/min，壓力裕度約25％，多變效率90％。年平均流量范圍6500-10500nm3/min，對應(yīng)靜葉開度40-70°。高效率區(qū)較av100-19擴大，在更寬廣的流量壓力區(qū)域都能保持高效率。改造后滿足5000m3規(guī)格高爐的送風要求。優(yōu)化設(shè)計了新型葉柵、靜葉承缸4、調(diào)節(jié)缸5、擴壓器6、集成優(yōu)化了系統(tǒng)，結(jié)果表明，擴容后，風機改型為av100-18型，較原av100-19型，機組流量提升約25％，排氣壓力提升約15％，達到了創(chuàng)新擴能改造的目標。通過減級，優(yōu)化各級的葉型，擴大流通面積，利用新設(shè)計的靜葉承缸4和調(diào)節(jié)缸5，調(diào)節(jié)風量。風機從滿足23003高爐的送風要求，提高至滿足55003高爐的送風要求。通過技術(shù)合作與工程招標對比，購買一臺配套5000m3規(guī)格的高爐風機需花費資金約3000萬-4000萬左右，本產(chǎn)品利舊擴容改造一臺舊機組，集成優(yōu)化利舊公輔裝備，綜合改造費用僅需1000-1500萬左右，可節(jié)約資金2000-2500萬，因此改造擴容軸流式鼓風機的市場潛力巨大，具能獲得很好的經(jīng)濟效益。本發(fā)明實施例提供的一種或多種技術(shù)方案，至少具備以下有益效果：本發(fā)明實施例提供的軸流式鼓風機的擴容改造方法，對軸流式鼓風機的級數(shù)、風機轉(zhuǎn)子8輪轂直徑、流道參數(shù)、動葉柵3及靜葉柵2進行改造；更換軸流式鼓風機的靜葉承缸4；更換軸流式鼓風機的調(diào)節(jié)缸5；更換軸流式鼓風機的擴壓器6；通過仿真試驗對改造后的軸流式鼓風機的動葉柵3及靜葉柵2的屈服強度進行分析，可將淘汰的鼓風機擴容改造為滿足要求的鼓風機設(shè)備，實現(xiàn)了高爐停產(chǎn)、升級、等因素造成閑置的鼓風機的有效利用，契合鋼鐵的去產(chǎn)能目標，節(jié)省了生產(chǎn)成本，避免造成資源浪費。最后所應(yīng)說明的是，以上具體實施方式僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照實例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。當前第1頁12