高效機翼型葉片在空氣冷卻器風機上應用

蔡珂瑋，吳洪良

（1.中國石化塔河煉化有限責任公司，新疆庫車 842000；2.江蘇中金環保科技有限公司，江蘇宜興 214200）

空氣冷卻器是石化企業不可缺少的重要設備，在石化行業大量應用，而且一般采用軸流風機輸送空氣冷卻熱流體。一般軸流風機普遍葉型簡單，長時間運行后，葉片易磨損、腐蝕、老化，葉片的強度與性能下降，效率低，能耗高，維護成本高。為了降低風機能耗、提高風機穩定性，可選用高效機翼型風機葉片替換原風機葉片，達到節能降耗的目的。

1 現狀

空氣冷卻器利用空氣流動與熱流體換熱，風機以國內產品為主，風機葉片結構簡單，設計的全壓效率在75%左右，實際工作點偏離最高效率工況點，高效工作范圍較窄，運行效率普遍不到71%。風機配套電動機容量選取偏大，大馬拉小車，降低了電動機的負荷率。風機使用中采用了不適宜的或效率低的調整方式，降低了風機的調節效率。風機以露天安裝為主，在運行過程中遇到大顆粒物或雨滴，易造成強度較低的葉片受損，導致風機功率下降，能效降低。風機葉片葉型設計不能達到最優，噪音大、空氣流動損失大、不易維護、耐腐蝕性差，使用年限短。風機本體效率低，風機與系統不匹配。

2 高效機翼型葉片風機特點

機翼型軸流風機運用空氣動力學原理，通過CFD流場計算和模型機試驗，葉型采用先進的全三維彎、扭、掠技術，沿葉片高度的葉型最大厚度、弦長、彎角和攻角的分布進行優化，保證了葉片在較寬的工作范圍內具有非常低的流動損失，有效抑制了葉輪的二次流動損失。升阻比大、無二次流動、高效工作范圍寬、低噪音、節能率達到10%以上。

2.1 高效性

運用空氣動力學原理，借鑒航空領域風扇/壓氣機氣動性能設計技術，選用先進的航空低速翼型，抑制翼型的二次流動損失，對二維翼型進行合理徑向積疊，將優化的二維翼型通過采用彎、扭、掠等三維造型技術，優化沿葉片高度的葉型最大厚度、弦長、彎角和攻角等參數的分布規律，抑制葉輪的二次流動損失，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玻璃鋼復合材料，應用聚乙烯涂層，具有重量輕、強度良好、更高推力重量比，抗老化能力強，不易磨損，風機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，在動力學條件下，安全因素超出10倍。在組裝風機之前進行動平衡測試，風機葉片和輪轂單獨進行測試，保證運轉時無振動現象，轉動平穩。風板的側面采用無回聲材料，原料阻尼值高，1 米處聲壓級噪聲可小于85 dB（A）。

2.3 節能率高

為適應原風機不同系統阻力，機翼型風機葉片根據原風道系統中相同工況，應用空氣動力學原理，設計相對應的高效機翼型風機葉片，使其達到最佳運行效果。可實現風機節能率達到10%～20%，節能效果十分明顯，短期內可收回成本。

3 節能率計算

根據風機定律：風機的功率與風量三次方成正比，在電機其他運行參數（電壓、功率因素、效率）和進氣密度不變時，風機運行電流與風量三次方成正比。

式中：η 節能率，%；Q1改造前風量，m3/h；Q2改造后風量，m3/h；Ⅰ1改造前運行電流，A；Ⅰ2改造后運行電流，A；Ⅰ3改造前風量由Q1增加到Q2，則電流變為Ⅰ3（Ⅰ3為中間假設值），A。

4 應用效果

塔河煉化公司原定將190 臺空氣冷卻器風機葉片更換為高效機翼型葉片。為了考證高效機翼型葉片的節能效果，先期對2#加氫裝置6臺風機和連續重整裝置12臺風機進行更換。18臺空氣冷卻器風機改造前后現場測試數據對比見表1。

根據改造前后測定的數據，E210B/C 兩臺風機在改造前皮帶打滑，運行狀況不良，改造后節能率較高。

表1 改造前后測試數據對比

2019 年5 月對18 臺風機進行了改造，改造后，設備運行狀態穩定。改造后風量大于改造前風量，風量平均提升14%，噪音減小，滿足現場使用要求，改造后節能率平均為25%，達到了節能的目標。

5 結論

通過現場實際應用高效機翼型葉片后，在保證空氣冷卻器風機能力條件下，風機運行平穩，節能率達到20%以上，電機功率保持不變的情況下，通風量比改造前提高，節能效果顯著。

空冷風機在鋼鐵、制藥、石化、煤炭等企業有著廣泛應用，對新上裝置，建議設計院、業主方有必要進行一些有益的探索和試驗，采用高效風機葉片。對已投運的空冷風機葉片，通過改造選用高效風機葉片可提高風機運行效率，降低能耗。