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空气轴承在悬浮鼓风机中的应用

空气悬浮鼓风机是空气在鼓风机转子高速旋转下,会在转子与箔片轴承表面之间产生动压效应,形成一个高压气膜而将转子托浮起来的一种鼓风机!


空气悬浮鼓风机起源于韩国,是从飞机涡轮发动机的技术上分离出来的产品,其研发人员多为设于韩国的“三星(国家)空气动力技术研究所”(原来担负着军工航空航天技术研发的单位)。在东西方冷战时期,韩国作为位于亚洲属于美国为首的西方阵营里的一员,在技术及贸易上给予了韩国极大的支持,并将一些军事方面的项目放在韩国国内研发,以扶持韩国的军工科研技术水平,其中的研发单位就包括这个负责航空航天方面的空气动力技术研究的三星研究所。后来由于前苏联解体,东西方冷战结束,韩国的一些军工科研项目也随着下马,一些掌握着专利技术的科学家离开研究所后设立自己的生产企业,将原来的军工技术民用化开发出先进的产品并商用。空气悬浮离心鼓风机就是这样一个产品。


一、空气悬浮鼓风机原理及组成

空气悬浮鼓风机主要包括叶轮、空气悬浮轴承、变频器、高速永磁电机及其结构控制系统。电机主轴与风机叶轮同轴,高速转子系统由空气悬浮轴承直接支撑。其主要核心技术是空气悬浮轴承技术、高速永磁同步电动机及其控制技术。空气悬架轴承以空气为工作介质,以弹性平坦箔片为支撑面,以弹性波浪箔片为支撑构件。

最初,叶轮转子与轴承接触,但当转子进入高速旋转状态时,由于空气的粘性和楔块的作用,平面间会产生动压效应。在箔片和转子表面,使扁平箔和波纹箔发生弹性变形,将扁平箔推开,然后使转子处于悬浮状态。不均匀的圆周气压使箔片轴承具有承受载荷的能力。或者更简单地说,在转子高速旋转期间,在转子和箔片之间形成高压气膜,从而提升转子。

由上可知,尽管在空气悬浮鼓风机正常运行之后,叶轮转子没有摩擦,但这并不意味着设备在整个过程中完全没有摩擦。在箔轴承的启动和停止阶段,当速度低于临界速度时,动压效应不足以固定转子。此时,箔轴承的内表面和转子之间仍将存在接触摩擦。这段时间很短,但是仍然有平的箔纸。薄膜的磨损问题会缩短使用寿命,因此,在使用空气悬架鼓风机时,必须尽量减少频繁的启停操作。同时,为了提高动压轴承的使用寿命,还必须在轴承表面涂上高质量的润滑涂层。


二、空气悬浮离心风机技术特点

1、节能高效

采用悬浮轴承,无接触损失和机械损失,实现了高转速无极变转速调节,使得风机运行效率可高达95%左右。


2、噪音低,体积小,安装方便

所有部件(高速电动机、变频器、悬浮式轴承)集成安装在普通底座上,无需特殊固定基础,设备体积小、重量轻、安装操作方便,运行时低噪声和无振动,噪声等级<80dB。


3、系统集成性高

鼓风机本身已集成了就地控制和变频系统于一体,不需要单独设立变频柜及操作柜。通过风机自身的控制面板就可以实现各种功能的设定和对流体温度、电机转数、出风压力、风量、消耗功率等进行参数的查询,高效过滤器、冷却系统、全自动防喘震系统、停电和故障保护系统等都集中安装于风机机柜内部,为操作工人带来方便及减少操作事故的发生。


4、使用简单、维护简便、费用低,寿命长

鼓风机电机与叶轮直联,无齿轮增速装置,无任何机械接触,无需润滑油系统,没有磨损及能量损耗,维护费用低,动力传递效率达到95%以上。叶轮选用高强度航空铝材、Ti 材质,具有优秀的耐磨、抗变形能力,使用寿命达30年以上。采用变频器调速调节风量,比节流阀节能,且风量调节范围广泛,一般为50%-100%。


5、冷却效率高

冷却系统采用风冷和水冷结合的方式,能够有效保护电机,可实现风机的随时启停。


6、远程控制

采用了PLC+GPRS。不但可由中心控制室控制,若风机出现故障,还可以实施远程维修调试。


三、空气悬浮风机的优缺点

优点:

首先空气悬浮鼓风机采用高速永磁电机空气悬浮轴承,鼓风机运行转速可达40 000r/min以上,故机械效率高,相比较传统风机节能率可以达35%-45%。


其次空气悬浮鼓风机采用三元流叶轮,涡壳采用航空铝合金材料,采用空气轴承直联,无机械摩擦,噪音只有75分贝至80分贝(1米处)不需要设隔音罩。


空气悬浮鼓风机结构简单,体积小,节省空间,便于移动和安装,可采用远程操作,监测,无需到风机现场,便可以自行监测马达转速,风压,风量,电力,温度,过滤器灰尘等等。


缺点:

首先,空气悬浮鼓风机价格贵、维护维修成本高。


其次是由于它的结构所造成,传统罗茨风机可以实现负轴真空使用,而空气悬浮风机则不能,传统罗茨风机可以频繁启停,而空气悬浮风机也不能,因为频繁启停会对空气轴承有摩擦,所以不可以频繁启停。


四、空气悬浮离心风机安全操作规程

1、触摸屏开机

(1)机箱侧面断路器旋转为“ON”,则表示向设备供电。


(2)按下控制面板“电源”按钮(POWER),控制器将启动,同时检测所有传感器和控制器本身,若检测结果无异常触摸屏将显示主菜单界面,并在右上角标有待机状态(状态:就绪 )。


2、开机前检查与设置

(1)检查管道阀门是否开启。


(2)检查水箱水位是否在警戒线以上(看风机侧面水位计,空冷型无需检查)。


(3)控制器画面顶部中央位置显示“就地”。若设置为远程模式,则设备不能在现场直接“运行”或“操作”;若要在现场直接启动设备,请选择就地模式。


(4)更改:设置-ok-控制模式,选择就地,远程就选通讯。


3、启动

(1)主菜单界面中确认传感器参数是否有异常。


(2)主界面下方目标值输入栏里设置合适的运行速度(%)。


(3)转速达到目标转速时放空阀关闭,运行按钮灯亮,并启动完成(右下角状态:“运行”)。


(4)确定放空阀是否关闭(听声音)、是否达到预设转速。


4、工作点变更

(1)-1%,+1% 按钮调节速度或者点击数值显示栏,直接输入目标值(转速百分比)。


(2)设备运行工况点可在曲线图上看到。利用主菜单下方-1% , +1% 按钮调节速度或者点击数值显示栏,直接输入目标值(转速百分比)。


(3)排放压力过高或运转速度过低时,为了防止喘振现象造成设备损坏,设备会自动停机,因此设备运行时工作点应远离喘振发生区域。


5、停机

(1)需要正常停机时,按下控制器的[停止]按钮。“停止”按钮灯将亮起、同时放空阀自动打开,降低排放压力,并逐渐降低转速。(状态:“停止中”)。


(2)当设备正常停机后,停止按钮灯将变暗。旋转轴完全停止需要一段时间、因此30秒后方可重新启动。(状态:“就绪”)。


(3) 遇到火灾、漏电等紧急情况需要紧急停机时,按下控制器面板右侧紧急停止按钮,设备将紧急强制停机。紧急停机时,放空阀被打开、电源被切断、设备可以极短时间内停机,但会发生喘振现象可能损坏设备,因此尽量不要紧急停机。


(4)设备完全停机后,请顺时针方向旋转紧急停止按钮将其释放。


五、吸入过滤器的清洁与更换

1、清洁过滤棉

若吸入口为徽标式和百叶窗式,则松解吸入口上端螺丝,打开过滤箱,取下过滤器。分别取下安置在过滤箱后的前置过滤棉和模块过滤棉。若为模块式过滤棉,往前拉标有”Pull”的标签;喷射压缩空气消除堆积灰尘。使用木棍用力敲打过滤器也可消除灰尘。这时彻底清洁过滤棉非常重要。


每月至少清洁一次过滤棉。随着现场环境状况可能需要缩短清洁周期过滤器无法彻底隔离空气中异物。随着时间累积,粘附在过滤器表明的异物会慢慢通过过滤器渗入机器内部。因此需要定期清洁过滤器和机箱内部。


当鼓风机运行一段时间后,触摸屏屏幕上会显示“清洁过滤器警告信息”,提醒操作人员及时清洁过滤器。当操作人员清洁过滤器后按下OK键,控制器将重新开始计时下次提醒时间。


2、过滤器更换

长时间使用或多次清洁后,过滤器清洁能力将有所下降。因此使用一段时间后请及时更换前置过滤棉最多可清洁2-3次,之后请更换使用。模块过滤棉的寿命视现场周围环境使用周期可能会延长或缩短。


如果现场环境有很多灰尘或异物,请缩短更换周期。过滤器管理不到位直接影响设备故障发生频率和使用寿命。


特别注意,请勿用水清洗,这会导致过滤器损坏或性能下降。过滤器管理很重要,注重鼓风机机房环境管理也同样非常重要。


六、维护措施

1、长期不使用的风机,应关闭进、出气闸阀。


2、风机的通风廊道内应保持清洁,严禁有任何物品。


3、风机在运行中,操作人员应注意观察风机风量、电流电压等,并每二小时巡视一次。遇到异常情况不能排除时,应立即停机。

(来源:环保工程师)



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