AV100-19軸流式鼓風機擴容改造流道與葉片的優(yōu)化設計

梁高林 吳禮云 凌晨/首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司

AV100-19軸流式鼓風機擴容改造流道與葉片的優(yōu)化設計

梁高林 吳禮云 凌晨/首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司

1　概述

首鋼京唐鋼鐵公司預利舊改造一臺蘇爾壽AV100-19風機，為新建5 500m3高爐送風。該風機1992年投入使用，2010年因首鋼搬遷高爐風機停止使用，整體拆裝后入庫保存至今。該風機改造前夏季最大送風量7 000Nm3/min，壓力0.5293MPa（A），要求改造后最大風量達到8 500Nm3/min，最大壓力0.63MPa（A）滿足新高爐的送風要求。為此，我們通過工程熱力學、氣體動力學、轉子動力學的理論計算，結合本臺機組的實際結構特點，進行了系統(tǒng)分析，最終確定了改造方案。

2　風機改造方案及設計計算

2.1風機改造總體方案概述

本次設備改造要求最大化的利舊原有設備。風機本體機殼、主軸、軸承箱、軸瓦及公輔配套設備全部利舊保留。通過對設備結構的剖析，確定改造方案為：擴大風機流道、更換新型動靜葉片，更換調節(jié)缸和承缸，如圖1所示。

2.2風機改造前后的性能參數對比

表1為AV100-19風機原始設計的性能參數。該設計參數是根據北京市的環(huán)境條件進行設計計算。因搬遷至曹妃甸地區(qū)的環(huán)境條件與北京有差異，結合改造后的送風要求，通過熱力計算，確定風機改造后的性能參數。如表2所示。

表1　改造前風機的性能參數表

表2　改造后風機的性能參數表

2.3風機改造前的流道及葉片幾何尺寸

AV100-19風機為德國原蘇爾壽公司制造。風機改造前動葉19級，靜葉20級（第0～19級）運行角度為42°～79°，啟動角度14°。風機改造前流道及葉片的原始幾何尺寸，詳見表3。

表3　風機原始流道及葉片幾何尺寸表

2.3風機流道及葉片的氣動設計計算

2.3.1確定風機的氣動設計數據

2）確定壓縮機進口氣體參數：pm*，Tm*，Cm；

3）計算確定壓縮機出口氣體參數：pout*，Tout*，εc*；

4）給定氣體熱力性質參數值：絕熱指數k，氣體常數R比熱Cp，Cv；

5）給定風機轉速：n=3 000r/min。

2.3.2風機進口與出口元件的數值計算

進行該部分計算目的是考慮進出口的流動損失，最終求得風機首級和末級的氣流參數［1］，以便對通流部分級組進行詳細的氣動計算。

計算確定第一級前氣流的滯止參數為

根據已給出的風機出口壓力pout*和壓比εc*確定計算出風機出口的Tout*，并計算風機末級的，TZ*和pZ*。

2.3.3確定第一級及末級的幾何尺寸

結合風機的原始數據及已確定的第一級前與末級后的氣流參數，可計算求得通流部分級的能量頭

根據以上參數求得第一級外徑Dt1、內徑Dh及和葉高l1

根據以上計算流程，可進一步求得末級的通流面積FZ、外經Dtz內徑Dhz、葉高lz、并確定壓縮機級數Z。

2.3.4逐級熱力計算與氣動計算

上內容須根據選定的最佳改造方案，確定各級均徑處的氣體熱力參數，計算與確定風機各級的幾何尺寸及通流部分尺寸；確定各級沿葉高各截面的氣動參數及速度三角形［2］，設計出能滿足氣動要求，兼顧強度的葉型和葉片，計算過程不再詳細說明。經設計改型后的流道和新型葉片的幾何尺寸如表4所示。

表4　優(yōu)化設計后的流道和葉片幾何尺寸表

3　新舊流道及各級通流能力的比較

通過通流面積的比較，新流道與舊機組的流道在流道最高處，通流面積增加22％，見圖2。在相同流速情況下，最大流量至少提高22％，即7 700Nm3/min×1.22=8 540Nm3/min，滿足最大風量8 500Nm3/min的性能要求，流道出口高度略小于原機組，同時達到機組的提壓要求。

4　鼓風機整機性能的優(yōu)化

本次擴容改造，對AV100-19風機進行了系統(tǒng)的氣動設計及優(yōu)化。在葉片設計和優(yōu)化中風機后面級應用了90％高反動度的葉型［3］，前面級對50％反動度的葉型進行了系統(tǒng)優(yōu)化。確保鼓風機效率達到91％以上，實現機組寬工況調節(jié)范圍，在正常運行情況下不放風，提高了風機的整體性能，圖3為優(yōu)化后的大小葉片與原WZ6葉型在不同流量下，壓比和效率的變化。從圖中可以明顯看出，選用了不同反動度下，經優(yōu)化后的新大小葉形的合理搭配風機的壓比和效率較原葉型均得到了穩(wěn)定的提升。

4.1后級新型葉型的開發(fā)和應用

軸流式鼓風機在壓縮過程中，容積流量、溫度在發(fā)生變化，需要不同特征基本級，更有利于提高風機性能［4］。新開發(fā)的90％反動度葉型，適合用于AV100-19后面級，有利于減小靜葉出口氣流方向與擴壓器的沖擊損失，效率可以提高0.5％以上。本次葉型設計應用的90％高反動度N9葉型，增大了風機穩(wěn)定運行的工況范圍，減小后級排氣氣流與擴壓器的沖擊損失，風機效率提高至91％以上。靜葉角度可以在30°～86°范圍調節(jié)，提高了風機的工況運行范圍。

4.2對鼓風機流道進行優(yōu)化

本次改造對前面級50％反動度的N5葉型進行優(yōu)化，增加單級做功能力，減小型面損失以及氣流分離損失，對整個壓縮機流道進行匹配優(yōu)化設計，將鼓風機效率提高至92％以上。圖4為50％反動度葉型的優(yōu)化模型。

5　結論

1）本次優(yōu)化設計，通過對AV100-19風機設備結構的全面剖析，系統(tǒng)的掌握了設備單元的擴容能力，結合新建高爐的實際送風要求，制定了切實可行的改造方案。

2）通過對原有AV100-19風機流道的擴容改造，重新設計并應用了新型葉片，提高了風機工作范圍，優(yōu)化了機組的整體性能。經擴容改造后的風機，滿足了新建高爐的送風要求。

3）本次擴容改造最大限度的利舊了風機的主體結構和公輔配套設備，節(jié)約了新采設備的費用，實現了利舊擴容改造的目標。

［1］李超俊，余文龍.軸流式壓縮機原理與氣動設計［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1987.

［2］黃鐘岳，王曉放.透平式壓縮機［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2004.

［3］李景銀，劉立軍，李超俊.軸流式壓縮機特性計算模型的研究［J］.機械工程學報，2002，23（2）：

［4］秦鵬譯.軸流式壓縮機氣動設計［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1975.

■利舊改造一臺AV100-19軸流式鼓風機，通過設計計算增大流道外徑、改變葉型、增加反動度，等技術手段，達到提高鼓風機風量、風壓、優(yōu)化風機性能的目標，滿足新高爐的送風要求。

■AV100-19；優(yōu)化流道；新型葉片

Optim ization Design of Flow Passage and Blade ofAV100-19 AxialBlower

Liang Gao-lin，Wu Li-yun，Ling Chen/ Shougang Jingtang United Iron＆amp;Steel Co.，Ltd.

An old AV100-19 axialblowerwas utilized and transformed.Through the design calculation to increase flow-path diameter，change blade type and improve the degree of reaction，the blower air volume，air pressure and optimization of the performance were improved tomeet new blast furnace air supply requirements.

AV100-19 optimization；flow passage；new blade

TH443；TK05

A

1006-8155-2016（04）-0091-04

10.16492/j.fjjs.2016.04.0055

2015-12-22河北唐山063200