新型節能高壓水泵和高壓風機

胡顯澄

（廣東 廣州510000）

目前，我國電力供應不能滿足生產和生活需要以致影響國民經濟的持續發展。要解決這矛盾一方面要節能。要對現有耗電多的設備進行改造以節約能源。另方面要加快發電設備的生產與安裝，以便迅速增大發電容量來提供充裕的電力。這兩方面涉及的問題很多，而且面也很廣。非簡單地完成幾項措施就可以解決。但最好從容易辦到而成效較大的方案著手。為此，本文提出研制新型節能高壓水泵和高壓風機。希望國內有遠見的廠家作為新產品研發而采用。這不但對當前電力供應矛盾有緩解作用，并可為將來設備更新和發展創造條件。

在能源冶金和化工工業，使用的高壓水泵和高壓風機一般都是容量大耗能多和不停地運行的設備。這些設備如采用有效的節能措施，對降低生產成本、緩解電力供應的緊缺都有一定作用。現先從高壓水泵說起。它們都是多級離心式水泵。其內部構造是由多級離心葉輪安裝在同一軸上，用外殼分隔并串接多級離心式葉輪于一個殼內。它的橫斷面上半部如圖（1）所示。

水流從水泵進水管導向葉輪入口，經葉輪旋轉力作用下向外流入外殼，轉彎后再導向下級葉輪進口。如此逐級地流過去。最后經出水管引出。水流在整個水泵內流經外殼固定部分的通道是急轉彎，而且截面不斷擴大和收縮。水流經過要遇到很大阻力，消耗不少能量。能量消耗隨流速的增快（容量增大）和葉輪的級數增多而迅速增加。要使高壓水泵降低能耗達到節能效果。就要對造成內部損耗的水流阻力損失盡可能減少。辦法是將這段通道改為蝸殼型旋流，避免急轉彎和擴大收縮通道，使水流經時速度均勻，并利用進口蝸殼使水旋流利用它的動能降低進口能耗如圖（2）所示。

圖2

圖3

新型水泵每級葉輪出口的外殼截面成蝸殼型。水流經葉輪外徑周緣向蝸殼流動時，沿四周導向上方出口斜接入下級葉輪進口蝸殼。水流經出口和進口蝸殼速度基本均勻。兩者之間沒有急轉彎。從流體力學觀點來說，這樣的通道水流經過時阻力最少。內耗的降低提高了水泵的經濟性能。換言之，在相同條件下新型水泵需用的功率比目前的水泵所用的功率少。級數多流量大時尤為顯著。這樣改進外殼造型就能使高壓水泵節能 是比較容易做到的事。

圖1

圖4

高壓風機就不像高壓水泵以多級離心式高壓水泵占絕對多數。它整體效率低，是由于它葉輪提升壓力因氣體密度小在離心力作用下能產生的風壓低，而級間連接阻力大。這兩者之間的比例遠較高壓水泵為高。它的經濟性比不上大小各種高壓風機。如活塞式風機，羅氏風機和軸流渦輪風機等。以多級離心風機與渦輪風機作比較，就單級葉輪而言，兩者的經濟性能相差不遠。但串接而成高壓風機之后。兩者的效率差距變大。串接級數越多差異越大。這主要是渦輪式葉輪串接時上下級之間很少能耗損失。它串接拾數級之后其效率仍較要達到同樣風壓而只串接幾級的離心式風機的效率為高。其實，高壓渦輪式風機制造困難、造價高、運行條件要求嚴只是它的經濟性能較優越而得到普通使用。因此提高多級離心式風壓機的經濟性能不但是現有風機節能需要，也為它廣泛得到應用而創造條件。

提高串級離心壓風機效率與提高串級高壓水泵采用相同的途徑-盡量降低級間連接通道對氣流造成的阻力。通道要造成流線型。考慮到風機單級提升壓力有限，高壓風機因出口壓力高而要串接成拾多級以上時。新型離心式壓風機應如（3）圖，結構緊湊而合理。

多級離心式壓風機的葉輪依次分別交錯地安裝在兩根平行軸上。兩軸以相同的旋轉方向轉動。這兩軸可以用齒輪箱與電動機連接或分別由兩個電動機帶動。前后級蝸殼是對稱地前后排列。也就是說前級氣流由下方流入次級時，次級氣流由上方再流入下一級。這樣氣體流過多級離心式壓風機的立體通道是近似一螺旋曲線。其流線短而無急轉彎如（4）圖所示。

圖5

圖6

氣體密度對離心式壓風機的出力有密切關系。葉輪轉動使氣體流經后提高的壓力與密度成正比例。從第一級開始，如進口通道阻力稍有增大就會使吸入氣體密度降低而使這級提升壓力有所下降。另外，隨著級數的增加，每級氣體的密度逐漸增大。后級提升的壓力比前級大。考慮到以提高氣體密度以促使風機壓力進一步提高，可以加裝入口抽氣增壓器其系統。

這樣系統的運行特性與活塞式壓風機或羅氏風機相似。流量很少時出口壓力可以提升很高。它的應用范圍十分廣寬。從小流量高壓力到大流量中等壓力這廣寬范圍都可使用。

前面所說的是新型高壓水泵和高壓風機的節能效果。現在再談利用新型高壓風機與渦輪機配套成燃氣輪機發電以加快發電設備的制造與安裝問題。燃氣輪機作為中等容量的動力已開始廣泛用于大型輪船上。它的優點是比蒸汽輪機成套設備從制造和安裝總的工作量較少。即投資少 見效快。作為目前大容量汽輪機發電設備的補充措施，燃氣輪機是比較理想的設備。目前它不能普遍應用于發電設備主要是它的運行成本高，燃料費用大。要提高其經濟性能先要提高其內熱效率。方法是提高壓縮空氣的壓力和燃燒后的溫度。其次是提高綜合熱能利用。由于它的排氣溫度高可以利用余熱加熱成蒸汽供發電或供熱用。現在著重就提高壓縮空氣的壓力而采用新型離心式高壓風機作為燃氣輪機配套用的空氣壓縮機作說明目前燃氣輪機都是采用渦輪式空氣壓縮機。由于它單極提升壓力十分低，目前已經串接到二三十級之多。要進一步提升壓力從制造方面已相當困難，且由于壓力進一步提高，其后段級間泄漏損失增大，其經濟性將迅速下降. 采用新型高新式高壓風機就容易解決這問題。其結構如圖（5）。

用離心式風壓機代替渦輪式風壓機，從制造方面來講，生產較容易。生產成本可以降低。從運行方面來講，調整超負荷不單靠調整燃料，也可同時調整風量。這樣在低負荷時運行經濟性能可以提高同時它可以向高壓大容量發展前景會更廣寬。