淺析離心式風機中電機超流現象的原因及解決措施

孫志鋒

（中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086）

引言：離心式風機是當前鼓風機設備中不可或缺的關鍵設備之一，在實際使用過程中，若電機超流現象出現不僅會降低鼓風機的使用質量，還會縮短離心式風機的使用壽命，現階段，為切實降低上述問題的出現概率，對離心式風機中電機超流現象的出現原因以及相應的解決措施加以研究，成為了一項極為必要的工作。

一、離心式風機在當前機械設備中的實際應用

離心式風機是當前工業領域較為常用的一種輔助設備，其使用目的在于保證使用場所空氣流通情況滿足人們的需要。近年來為切實降低廢氣、廢水、廢渣等污染物對自然環境的影響，離心式風機被廣泛應用到了化工生產、礦產等行業的廢物處理過程中，并取得了較好的效果。以離心式風機在丙烯酸及酯裝置廢氣處理裝置中提供焚燒空氣的應用情況為例，在進行廢氣處理的過程中，在一定溫度下，貴金屬鉑、鈀催化劑會使丙烯酸尾氣和廢水中的揮發性有機組分與空氣中氧氣反應，形成對環境無害的二氧化碳和水，從而達到降低廢物排放到外界環境中的總量，達到切實保護自然環境的目的。在該系統中，承擔著廢水加熱、氣液分離、浄化氣體混合、催化氧化反應、回收熱量、將有害的揮發性有機物轉化為二氧化碳和水等任務。

二、離心式風機的主要性能參數

現階段，為保證離心式風機的安全性、穩定性、使用性能等因素能夠切實滿足人們的需要，在保證離心式風機安裝準確性的同時，相關工作人員還需要強化對離心式風機主要性能參數的認識，以便在使用過程能夠有效對其經常出現的問題進行針對性地管理，切實保證離心式風機的使用效果能夠滿足人們的需要。具體來說，在當前離心式風機的實際應用過程中，壓力、轉速、流量、功率等指標與離心式風機的性能之間存在著直接的聯系，舉例來說，現階段，在將風機應用到相應設備上時，設備圖紙往往會對風機的機外余壓參數加以明確，若相關工作人員在進行風機安裝過程中，忽視了壓力指升壓，那么在設備實際工作過程中，其風機系統必然不能滿足設備的安裝應用要求，出現風口風速不達標、風機壓頭過大等問題[1]。

現階段，假設風機的全壓為p，流量為Q，有效功率為Ne，風機軸功率（電機輸出功率）為N軸，轉速為n，那么以離心風機歐拉方程為基礎，相關工作人員可以對風機的軸功率Ne、流量Q、轉速n 之間的關系進行推導。具體來說，一般情況下，離心風機的k 值在0.78—0.85 之間，以有限葉片離心式風葉歐拉方程（1）為基礎，經一系列推導變換后，可以得出電機的輸入電流公式（2）式中D2指的是葉片的出口直徑；指的是葉片的排擠系數，反應葉片厚度與流道過流面積遮擋程度間的關系；都是常數；指的是風機的效率，在設計過程中，風機運行效率范圍>（0.85—0.95）；CT指的是電機轉矩常數，與電機結構參數相關；指的是電機磁通量，若電機假設為永磁體電機，那么 值不變。

三、離心式風機運行與系統阻力間的關系

需要注意的是，在當前的風機生產過程中，受生產設備、生產工藝等因素的限制，風機投產運行情況與理論情況之間往往存在著一定的差別，并且在風機的實際安裝、調試過程中，人為或者設備影響因素的存在往往會使得風機的實際運行效率與設備設計效率之間存在一定的差別，進而導致電機因運行效率無法達到最佳工況而出現電機超流、喘振、噪聲增大等問題，嚴重情況下，還會因超流現象的存在致使電機出現跳閘、損毀等問題。現階段，為切實降低上述問題的出現概率，相關工作人員需要加強對離心式風機運行與系統阻力之間的關系。

（一）風機設計阻力曲線

在當前的離心式風機設計過程中，系統阻力可以近似看作是機外余壓的變化，在風機的實際設計過程中，其特性曲線是一條不規則的拋物線，若實際生產出的風機系統阻力偏離了風機設計阻力曲線，那么會導致風機的運行工況點的偏離。同時，若風機性能曲線上的工況點與最佳運行區間偏離現象過于嚴重，那么風機不可避免地會出現一系列的負面運行現象。

（二）風機的功率與效率

從理論上講，風機的設計運行工況點與其最高功率點工況應處于一致的狀態，風機的效率應為其有效功率與軸功率之比，其有效功率分贏了風機的工作經濟性，若風機的前向葉片風機效率在0.6—0.65 的范圍內，后向葉片風機的效率范圍在0.8—0.9 的區間內，那么可以假設風機的效率有效點值為65.2%。那么風機的靜壓內效率（3），式中，指的是風機的靜壓；風機的全壓內效率（4），式中的指的是風機的全壓。對上述公式進行整理，可以得到（5），從公式中可以了解到現階段，風機的全壓內效率與靜壓內效率是風機空氣動力設計的主要指標，可以用來判斷風機內部空氣流動的質量[2]。

（三）風機的特性曲線與最佳工況

在當前風機的設計分析過程中，風機的特性曲線是一種用來表示風機主要性能參數關系的曲線形式，一般情況下，風機性能曲線有5 條，分別是全壓—流量曲線、靜壓—流量曲線、軸功率—流量曲線、效率—流量曲線、靜壓效率—流量曲線。風機在轉速n 一定的情況下，效率與風量之間存在著直接的關系，并且效率最高值點對應的風量、風壓、軸功率共同構成了風機的最佳工況，因此，現階段，在進行風機選擇的過程中，相關工作人員需要保證風機的實際運轉效率在0.9 以上，同時，這一范圍也是風機的經濟適用區。

圖3 中的橫坐標指的是風量，縱坐標指的是風壓，從圖中可以了解到，風機在轉速固定的情況下，風量、風壓參數存在著極大的差異，并且參數的最大值由風機的性能決定。同時，這些參數交匯點可以構成一條曲線，對曲線進行分析可以了解到，風量越大，風機的風壓越小。現階段，在明確風機中各參數之間的關系后，相關工作人員可以明確了解到在系統阻力發生變化后，風機工況變化極大。比方說，若在風機正常工況下，關閉或者調小其回風口閥門，那么系統的阻力將會增大，系統的機外余壓將會隨之增大，風機輸風量將會減少，并且當變量超過風機最佳運行工況區間后，其總效率同樣會變小，進而導致風機的軸功率增大，長時間處于這種運行狀態下，那么風機將會出現過載超流現象，燒毀電機。

四、降低電機超流現象出現概率的方法

現階段，為避免電機因超流現象的出現而發生燒毀的問題，相關工作人員可以通過在風機安裝前對其參數進行復核、改造管網系統、找出風機工況最佳效率點等方式，保證風機的工況性能能夠達到最佳。

（一）安裝前進行風機參數復核

在當前空氣鼓風機安裝風機選型前，為保證空氣鼓風機的系統阻力安全余量預留情況能夠適應風機的實際性能，相關工作人員需要依據設計圖紙上的管路以及鼓風機現場裝配情況對風機的參數進行復核，在保證機外余壓參數合適的情況下，進行風機安裝，從而保證空氣鼓風機項目調試以及系統聯動階段的順利性。具體來說，風管最不利段的總壓力損失等于沿程損失與局部損失之和，在實際計算過程中，其公式為（6），式中，指的是總壓力損失；Rm指的是風管單位長度摩擦阻力，在低風速情況下，其取值范圍在0.8—1.5Pa/m 之間，l 指的是風管最不利管段的總長度；k 指的是局部阻力與摩擦阻力損失之比，在局部配件較少時，k的取值范圍在10—20 之間，在局部配件較多時，其取值范圍在3.0—5.0之間。此外，將總壓力損失加大10%，將會得到風機機外余壓。在當前的鼓風機實際安裝過程中，相關工作人員需要保證所選風機機外余壓超過計算得出機外余壓。同時，現階段，相關工作人員在及西寧風管管理優化工作時，需要提升對預估算結果的重視程度，即在選擇設備的機外余壓遠超過所需機外余壓后，那么在相關工作人員則需要在優化過程中盡量避免簡化風管管路的情況出現；若選擇的設備機外余壓比所需機外余壓小時，那么相關工作人員則需要在進行優化的過程中及時調整管路的參數。

（二）管網系統的改造

在當前的鼓風機實際安裝過程中，若安裝現場的情況不適合對風機的性能參數進行調整，那么相關工作人員可以通過對鼓風機管網系統進行適當調整的方式，降低離心式風機電機超流問題的出現概率。具體來說，在進行鼓風機管網系統調整的過程中，考慮到當前風機在進行機外余壓設計過程中必然完成了安全系數的設計工作，因此，風機在運行過程中不可避免地會出現工況點偏離現象。因此，在不能對風機性能參數加以調整的情況下，相關工作人員可以通過在鼓風機的送風處添加一個電控風量調節閥，在減小鼓風機出風截面面積的同時，提升管網系統的阻力，但需要注意的是，經過這種處理方式處理后的鼓風機，在系統風速加快的同時，其噪聲也會隨之增大，面對這種情況，相關工作人員可以通過為鼓風機安裝消聲器分方式，降低風管系統的動能，降低其空氣流速。同時，相關工作人員還可以通過調節電控閥的方式，在控制系統阻力的同時，監測系統風量、風速以及電機電流等情況，從而達到保證風機工況回到最佳效率點的目的。

（三）風機工況最佳效率點

在當前空氣鼓風機的安裝過程中，為進一步鼓風機的性能，鼓風機生產廠家可以加強與離心式風機生產廠家之間的溝通，令風機生產廠家提供風機的相關參數，并且在鼓風機實際生產前，依據自身的實際情況以及當前生產技術水平，對鼓風機設計圖進行次微調或者管路改造，并且在風機到達鼓風機生產廠后，依據風機的實際情況對鼓風機與風機進行二次微調或者管路改造，保證當風機安裝過程中其工況點始終處于有效運行區間內。

結論：總而言之，為保證離心式風機能夠在當前的實際應用過程中始終處于保持穩定可靠的工作狀態，相關工作人員不僅需要明確風機的實際性能參數，并依據其具體應用需要對其性能進行有效的調整，還需要在明確風機實際應用環境的情況下，為其擬定合適的工程組合計劃，以便降低電機出現超流、噪聲等問題的概率。