高效機(jī)翼型葉片在空氣冷卻器風(fēng)機(jī)上應(yīng)用

蔡珂瑋，吳洪良

（1.中國(guó)石化塔河煉化有限責(zé)任公司，新疆庫(kù)車 842000；2.江蘇中金環(huán)?？萍加邢薰?，江蘇宜興 214200）

空氣冷卻器是石化企業(yè)不可缺少的重要設(shè)備，在石化行業(yè)大量應(yīng)用，而且一般采用軸流風(fēng)機(jī)輸送空氣冷卻熱流體。一般軸流風(fēng)機(jī)普遍葉型簡(jiǎn)單，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，葉片易磨損、腐蝕、老化，葉片的強(qiáng)度與性能下降，效率低，能耗高，維護(hù)成本高。為了降低風(fēng)機(jī)能耗、提高風(fēng)機(jī)穩(wěn)定性，可選用高效機(jī)翼型風(fēng)機(jī)葉片替換原風(fēng)機(jī)葉片，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

1 現(xiàn)狀

空氣冷卻器利用空氣流動(dòng)與熱流體換熱，風(fēng)機(jī)以國(guó)內(nèi)產(chǎn)品為主，風(fēng)機(jī)葉片結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)的全壓效率在75%左右，實(shí)際工作點(diǎn)偏離最高效率工況點(diǎn)，高效工作范圍較窄，運(yùn)行效率普遍不到71%。風(fēng)機(jī)配套電動(dòng)機(jī)容量選取偏大，大馬拉小車，降低了電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷率。風(fēng)機(jī)使用中采用了不適宜的或效率低的調(diào)整方式，降低了風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)效率。風(fēng)機(jī)以露天安裝為主，在運(yùn)行過(guò)程中遇到大顆粒物或雨滴，易造成強(qiáng)度較低的葉片受損，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)功率下降，能效降低。風(fēng)機(jī)葉片葉型設(shè)計(jì)不能達(dá)到最優(yōu)，噪音大、空氣流動(dòng)損失大、不易維護(hù)、耐腐蝕性差，使用年限短。風(fēng)機(jī)本體效率低，風(fēng)機(jī)與系統(tǒng)不匹配。

2 高效機(jī)翼型葉片風(fēng)機(jī)特點(diǎn)

機(jī)翼型軸流風(fēng)機(jī)運(yùn)用空氣動(dòng)力學(xué)原理，通過(guò)CFD流場(chǎng)計(jì)算和模型機(jī)試驗(yàn)，葉型采用先進(jìn)的全三維彎、扭、掠技術(shù)，沿葉片高度的葉型最大厚度、弦長(zhǎng)、彎角和攻角的分布進(jìn)行優(yōu)化，保證了葉片在較寬的工作范圍內(nèi)具有非常低的流動(dòng)損失，有效抑制了葉輪的二次流動(dòng)損失。升阻比大、無(wú)二次流動(dòng)、高效工作范圍寬、低噪音、節(jié)能率達(dá)到10%以上。

2.1 高效性

運(yùn)用空氣動(dòng)力學(xué)原理，借鑒航空領(lǐng)域風(fēng)扇/壓氣機(jī)氣動(dòng)性能設(shè)計(jì)技術(shù)，選用先進(jìn)的航空低速翼型，抑制翼型的二次流動(dòng)損失，對(duì)二維翼型進(jìn)行合理徑向積疊，將優(yōu)化的二維翼型通過(guò)采用彎、扭、掠等三維造型技術(shù)，優(yōu)化沿葉片高度的葉型最大厚度、弦長(zhǎng)、彎角和攻角等參數(shù)的分布規(guī)律，抑制葉輪的二次流動(dòng)損失，提高葉輪的升阻比，效率提高到86%～90%。

2.2 可靠性高

葉片采用CFRP碳纖維＋FRP玻璃鋼復(fù)合材料，應(yīng)用聚乙烯涂層，具有重量輕、強(qiáng)度良好、更高推力重量比，抗老化能力強(qiáng)，不易磨損，風(fēng)機(jī)效率不隨使用年限增加而降低。與鋁合金或鋼制葉輪相比較，在動(dòng)力學(xué)條件下，安全因素超出10倍。在組裝風(fēng)機(jī)之前進(jìn)行動(dòng)平衡測(cè)試，風(fēng)機(jī)葉片和輪轂單獨(dú)進(jìn)行測(cè)試，保證運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)無(wú)振動(dòng)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)。風(fēng)板的側(cè)面采用無(wú)回聲材料，原料阻尼值高，1 米處聲壓級(jí)噪聲可小于85 dB（A）。

2.3 節(jié)能率高

為適應(yīng)原風(fēng)機(jī)不同系統(tǒng)阻力，機(jī)翼型風(fēng)機(jī)葉片根據(jù)原風(fēng)道系統(tǒng)中相同工況，應(yīng)用空氣動(dòng)力學(xué)原理，設(shè)計(jì)相對(duì)應(yīng)的高效機(jī)翼型風(fēng)機(jī)葉片，使其達(dá)到最佳運(yùn)行效果?？蓪?shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)節(jié)能率達(dá)到10%～20%，節(jié)能效果十分明顯，短期內(nèi)可收回成本。

3 節(jié)能率計(jì)算

根據(jù)風(fēng)機(jī)定律：風(fēng)機(jī)的功率與風(fēng)量三次方成正比，在電機(jī)其他運(yùn)行參數(shù)（電壓、功率因素、效率）和進(jìn)氣密度不變時(shí)，風(fēng)機(jī)運(yùn)行電流與風(fēng)量三次方成正比。

式中：η 節(jié)能率，%；Q1改造前風(fēng)量，m3/h；Q2改造后風(fēng)量，m3/h；Ⅰ1改造前運(yùn)行電流，A；Ⅰ2改造后運(yùn)行電流，A；Ⅰ3改造前風(fēng)量由Q1增加到Q2，則電流變?yōu)棰?（Ⅰ3為中間假設(shè)值），A。

4 應(yīng)用效果

塔河煉化公司原定將190 臺(tái)空氣冷卻器風(fēng)機(jī)葉片更換為高效機(jī)翼型葉片。為了考證高效機(jī)翼型葉片的節(jié)能效果，先期對(duì)2#加氫裝置6臺(tái)風(fēng)機(jī)和連續(xù)重整裝置12臺(tái)風(fēng)機(jī)進(jìn)行更換。18臺(tái)空氣冷卻器風(fēng)機(jī)改造前后現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比見(jiàn)表1。

根據(jù)改造前后測(cè)定的數(shù)據(jù)，E210B/C 兩臺(tái)風(fēng)機(jī)在改造前皮帶打滑，運(yùn)行狀況不良，改造后節(jié)能率較高。

表1 改造前后測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比

2019 年5 月對(duì)18 臺(tái)風(fēng)機(jī)進(jìn)行了改造，改造后，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定。改造后風(fēng)量大于改造前風(fēng)量，風(fēng)量平均提升14%，噪音減小，滿足現(xiàn)場(chǎng)使用要求，改造后節(jié)能率平均為25%，達(dá)到了節(jié)能的目標(biāo)。

5 結(jié)論

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用高效機(jī)翼型葉片后，在保證空氣冷卻器風(fēng)機(jī)能力條件下，風(fēng)機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，節(jié)能率達(dá)到20%以上，電機(jī)功率保持不變的情況下，通風(fēng)量比改造前提高，節(jié)能效果顯著。

空冷風(fēng)機(jī)在鋼鐵、制藥、石化、煤炭等企業(yè)有著廣泛應(yīng)用，對(duì)新上裝置，建議設(shè)計(jì)院、業(yè)主方有必要進(jìn)行一些有益的探索和試驗(yàn)，采用高效風(fēng)機(jī)葉片。對(duì)已投運(yùn)的空冷風(fēng)機(jī)葉片，通過(guò)改造選用高效風(fēng)機(jī)葉片可提高風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率，降低能耗。