CN114738306A - 一种应用于转底炉工艺的高效助燃风机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种应用于转底炉工艺的高效助燃风机，包括电机的输出轴通过联轴器连接叶轮；轴承座上安装有一传动轴，传动轴一端通过联轴器连接输出轴，另一端连接叶轮；叶轮设置于机壳内，叶轮包括轮盘、轮盖和多个叶片，轮盘套设于传动轴上，且轮盘与传动轴保持同步转动，叶片沿轮盘中心均匀分布，且每一叶片靠近轮盘中心到远离轮盘中心为渐开线形结构，叶片设置于平行设置的轮盘与轮盖之间，且叶片与轮盘和轮盖为固定连接；机壳具有进风口和出风口；集流器的进气口连接变径管，集流器的进气口与变径管之间设有花瓣式调节门，集流器的出气口连接机壳的进风口；变径管具有连接集流器的进气口的第一端口和通过缓冲连管连接消音器的第二端口。
Description
技术领域
本发明设计涉及节能离心机设备领域，具体地，涉及一种应用于转底炉工艺的高效助燃风机。
背景技术
随着国家对重点用能企业节能降碳的要求进一步加强，推进风机等重要装备的高效化、提升其能源利用效率势在必行，转底炉本体助燃风机又是转底炉系统中最为关键的设备。
目前国内25万吨/年转底炉生产工艺中应用的本体助燃风机基本集中在比转速为26的6-26系列、比转速为28的G7-28系列以及比转速为29的6-29系列的产品范围。设计助燃风量在38000～57000m3/h的范围、设计风机全压为12000～12500Pa。而通过实际长达1年多的运行观察和性能测试分析工作，25万吨/年的转底炉本体助燃风机的助燃风量基本在15000～25000m3/h区间、助燃风机全压基本在8100～8700Pa区间，比转速在19～23区间。
实际运行过程中，风机进口阀门开度普遍在25％～30％之间，风机运行效率只有40％左右，目前在用的这些风机与系统匹配程度较低。为解决上述问题，本发明提供一种应用于转底炉工艺的高效助燃风机。
发明内容
为了解决现有技术问题，本发明提供一种应用于转底炉工艺的高效助燃风机。
本发明的技术方案如下：
一种应用于转底炉工艺的高效助燃风机，包括动力源、联轴器、机壳、叶轮、集流器、缓冲连管和消音器；
所述动力源的输出轴通过所述联轴器连接所述叶轮；
所述轴承座上安装有一传动轴，所述传动轴一端通过所述联轴器连接所述输出轴，另一端连接所述叶轮；
所述叶轮设置于所述机壳内，所述叶轮包括轮盘、轮盖和多个叶片，所述轮盘套设于所述传动轴上，且所述轮盘与所述传动轴保持同步转动，所述叶片沿所述轮盘中心均匀分布，且每一所述叶片靠近轮盘中心到远离轮盘中心为渐开线形结构，所述叶片设置于平行设置的所述轮盘与所述轮盖之间，且所述叶片与所述轮盘和所述轮盖为固定连接；
所述机壳具有进风口和出风口；
所述集流器的进气口连接变径管，所述集流器的进气口与所述变径管之间设有花瓣式调节门，所述集流器的出气口连接所述机壳的进风口；
所述变径管具有第一端口和第二端口，所述第一端口连接所述集流器的进气口，所述第二端口连接所述消音器；
所述消音器与所述变径管之间设有缓冲连管。
在上述方案基础上并且作为上述方案的优选方案，所述花瓣式调节门包括风筒、花瓣门、转动杆、中心体、支撑杆、主动柄、从动柄和联动件；
所述中心体位于所述风筒内中心处，多个所述支撑杆均布于所述中心体与所述风筒内壁之间，每一所述支撑杆的一端固定连接所述风筒，另一端固定连接所述中心体；
多个所述花瓣门均匀设置于所述风筒与所述中心体之间；
所述转动杆一端依次穿过风筒与花瓣门进入中心体，且所述转动杆与所述花瓣门固定连接，用于所述花瓣门跟随所述转动杆进行同步转动；
每一所述转动杆位于所述风筒外部设有一从动柄，相邻所述从动柄之间均设有一联动件；
所述联动件包括连杆和关节轴承，所述连杆的两端分别固连一关节轴承的内圈，所述关节轴承的外圈连接所述转动杆；
所述主动柄设置于任意一从动柄上。
在上述方案基础上并且作为上述方案的优选方案，所述叶片的个数为十六片。
在上述方案基础上并且作为上述方案的优选方案，所述叶片的安装角度为39°-43°。
在上述方案基础上并且作为上述方案的优选方案，所述集流器为沿花瓣式调节门到机壳轴向收敛的锥弧形结构。
在上述方案基础上并且作为上述方案的优选方案，所述消音器包括消音弯头和片式阻性消音器，所述片式阻性消音器的一端连接所述消音弯头的出气端，另一端连接所述第二端口，所述消音弯头的进气端与水平面之间为倾斜设置。
在上述方案基础上并且作为上述方案的优选方案，所述消音弯头的中心线与水平面之间的角度为30°。
在上述方案基础上并且作为上述方案的优选方案，所述进气端的外侧面为喇叭形结构。
在上述方案基础上并且作为上述方案的优选方案，所述消音弯头内侧具有吸音层，所述吸音层包括穿孔板、玻纤布层和超细玻璃棉层叠加组成。
在上述方案基础上并且作为上述方案的优选方案，所述穿孔板的穿孔率为27％，所述超细玻璃棉层采用容重30％的超细玻璃棉。
在上述方案基础上并且作为上述方案的优选方案，所述轮盘与所述传动轴为过盈配合，且所述轮盘与所述传动轴之间设有连接键。
在上述方案基础上并且作为上述方案的优选方案，所述缓冲连管的外部为卡布隆材料制成，且所述缓冲连管内设有导流钢板。
与现有技术相比，本发明提出的技术方案具有如下的有益效果：
本发明的技术方案满足了转底炉工艺对本发明助燃风机性能的高要求，同时实现助燃风机的高效节能与低噪声要求；同时本发明中助风机的最高运行效率达到83.3％，能够广泛应用在25万吨/年的转底炉本体助燃风机系统中。
弯头消音内侧的吸音层能够吸收风噪声，弯头消音和片式阻性消音器的相互配合能够降低风噪，提高实际使用过程中的使用体验。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的剖视图示意图；
图2为本发明的侧视图示意图；
图3为本发明机壳与叶轮组合正视图示意图；
图4为本发明机壳与叶轮组合剖视图示意图；
图5为本发明流场分析图；
图6为本发明无因次性能曲线图；
图7为本发明轴承座剖视图示意图；
图8为本发明消音器剖视图示意图；
图9为本发明的花瓣式调节门正视图示意图；
图10为本发明的花瓣式调节门侧视图示意图。
图中：1、机壳；11、出风口；2、花瓣式调节门；21、风筒；22、中心体；23、花瓣门；24、从动柄；251、转动杆；252、关节轴承；26、支撑杆；27、主动柄；273、变径管；4、缓冲连管；5、片式阻性消音器；6、消音弯头；61、喇叭形结构；7、集流器；71、弧形喉管；72、锥形管；81、轮盘；82、轮盖；91、下座；92、上盖；93、传动轴；94、固定圆螺母；95、滚动轴承；96、止动垫圈；97、油环；98、迷宫密封型侧盖。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
为了更好的说明本发明，下方结合附图1-10本发明进行详细的描述。
参见图1所示，一种应用于转底炉工艺的高效助燃风机，包括电机、联轴器、机壳1、叶轮、集流器7、缓冲连管4和消音器；电机的输出轴通过联轴器连接叶轮；轴承座上安装有一传动轴93，传动轴93一端通过联轴器连接输出轴，另一端连接叶轮；叶轮设置于机壳1内，叶轮包括轮盘81、轮盖82和多个叶片，轮盘81套设于传动轴93上，且轮盘81与传动轴93保持同步转动，叶片沿轮盘81中心均匀分布，且每一叶片靠近轮盘81中心到远离轮盘81中心为渐开线形结构，叶片设置于平行设置的轮盘81与轮盖82之间，且叶片与轮盘81和轮盖82为固定连接；机壳1具有进风口和出风口11；集流器7的进气口连接变径管3，集流器7的进气口与变径管3之间设有花瓣式调节门2，集流器7的出气口连接机壳1的进风口；变径管3具有第一端口和第二端口，第一端口连接集流器7的进气口，第二端口连接消音器；消音器与变径管3之间设有缓冲连管。值得一说的是，本发明的其它实施例中使用燃气机或柴油机替换电机，实现为叶轮提供动力，由此，本发明不限制叶轮的动力源。需要说明的是，本实施例中，轮盘81与传动轴93为过盈配合，且轮盘81与传动轴93之间设有连接键。
参见图3-4所示，本发明的一种具体示例，本实施例中的叶片个数为十六片，每一叶片的安装角度为42°。本发明的技术方不限制叶片的具体安装角度，本发明叶片的安装角度为39°-43°。需要说明的是，本实施例中的安装角度为每一叶片渐开线的延长线与该叶片在每一叶片外端面形成的外圆切线形成的夹角。值得一说的是，本实施例中，叶片与轮盘81和轮盖82均为焊接固定，但本发明不限制叶片与轮盘81和轮盖82的固定方式。
参见图1所示，本发明的一种具体示例，本实施例中的消音器包括消音弯头6和片式阻性消音器5，片式阻性消音器5的一端连接消音弯头6的出气端，另一端连接第二端口，消音弯头6的进气端与水平面之间为倾斜设置。具体地，消音弯头6的中心线与水平面之间的角度为30°，与垂直线成60°范围内的淋水应无有害影响，同时可避免进气端的噪声沿水平方向直射；进气端的外侧面为喇叭形结构61，实际的使用过程中能够有效降低进气端的系统阻力系数；消音弯头6内侧具有吸音层，吸音层包括穿孔板、玻纤布层和超细玻璃棉层叠加组成。具体地，本实施例中的穿孔板的穿孔率为27％，超细玻璃棉层采用容重30％的超细玻璃棉。吸音层提高消音器在使用过程中对于声音的吸收，降低助燃风机在工作过程中的分贝，避免出现噪声污染。需要说明的是，本发明的技术方案对于吸音层不做限制，具有吸音效果的材料均可使用。本实施例中穿孔板的穿孔率不做限定，以及超细玻璃棉的容重范围也不做限定，在其它实施例中改变穿孔板的穿孔率，以及改变超细玻璃棉的容重的技术方案均在本发明的保护范围之内。
本实施例中的片式阻性消音器5采用消音片式结构，本实施例中的消音片与吸音层的结构相同，用于对助燃风机工作过程中的声音进行吸音，避免产生噪声。值得一说的是，本发明中的消音片采用具有吸音效果的材料制成即可。
参见图8所示，本发明中消音器的具体示例，本实施例中的助燃风机设计转速为1450rpm，叶轮叶片数为十六片，助燃风机的旋转噪声基频为1450÷60×16＝387Hz，消音器的消音频率的倍频程确定为193Hz～3093Hz，在实际的使用过程中助燃风机高频噪声比较高，由此，本实施例中的消音频率的倍频程确定为193Hz～4000Hz。由低频值确定消音片(消音筒壁厚)的厚度：0.058×344÷193≈0.1m，由高频值确定消音片间距：1.8×344÷4000≈0.15～0.16m。最终设计出消音器的剖面图见图8，经计算，消音器的通流面积为0.66983m2，则消音器的片间流速为30000÷3600÷0.66983＝12.44m/s。经过样机测试，而本实施例中的消音器其阻力系数不超过0.778，本实施例中消音器的整体阻力值约为：1.2×12.442÷2≈93Pa(1.2kg/m3为输送空气的密度)，由此，本实施例中消音器的阻力值小于200Pa。需要说明的是，根据上述计算，本发明技术方案中消音器的消音片的厚度和消音片之间的距离根据实际的需要进行计算设计，保证消音器的阻力系数控制在0.778以下，片间流速控制在14m/s以下，整体阻力不超过200Pa。
参见图1、图9和图10所示，本发明的一种实施例，花瓣式调节门2包括风筒21、花瓣门23、转动杆251、中心体22、支撑杆26、主动柄27、从动柄24和联动件；中心体22位于风筒21内中心处，多个支撑杆26均布于中心体22与风筒21内壁之间，每一支撑杆26的一端固定连接风筒21，另一端固定连接中心体22；十二个花瓣门23均匀设置于风筒21与中心体22之间；转动杆251一端依次穿过风筒21与花瓣门23进入中心体22，且转动杆251与花瓣门23固定连接，用于花瓣门23跟随转动杆251进行同步转动；每一转动杆251位于风筒21外部设有一从动柄24，相邻从动柄24之间均设有一联动件；联动件包括连杆和关节轴承252，连杆的两端分别固连一关节轴承252的内圈，关节轴承252的外圈连接转动杆251；主动柄27设置于任意一从动柄24上。实际的使用过程中，外力转动主动柄27，通过连接杆带动从动柄24进行转动，从动柄24转动带动转动杆251进行转动，转动杆251转动使得与转动杆251固定连接的花瓣门23进行转动，从而实现对于花瓣式调节门2的调节，本实施例中的花瓣式调节门2只需转动主动柄27就能调节所有花瓣门23，能够有效减少气体传动过程中的空行程和阻滞现象，支撑杆26限定中心体22位于风筒21的中心处，保证花瓣门23转动的过程中的稳定性。本发明对于实现花瓣门23同时转动的技术方案具有技术启示。需要说明的是，本实施例中的外力可以为包括人力、电机、油机在内的动力源中的任意一种；本发明技术方案对于花瓣门23的个数不做限制，在此进行说明。仍值得一说的是，在其它的实施例中，花瓣门23与风筒21之间设有第一转动轴，花瓣门23与中心体22之间设有第二转动轴，第一转动轴上设有从动柄24，由此，能够实现花瓣门23相对于中心体22与风筒21进行转动的转动结构受到本发明的技术启示。
参见图1所示，本发明的一种实施例，集流器7为沿花瓣式调节门2到机壳1轴向收敛的锥弧形结构，具体地，集流器7包括弧形喉管71和锥形管72，锥形管72与弧形喉管71平滑连接，锥形管72连接花瓣式调节门2，弧形喉管71连接机壳1，并与进气口相连通。
本发明的一种实施例中，缓冲连管4的外部为卡布隆材料制成，且缓冲连管4内设有导流钢板。实际使用过程中，隔绝助燃风机振动向进风口的传递，同时补偿消音器管道中心与机壳1进风口中心的偏差。
参见图1和7所示，本发明的一种具体示例，轴承座包括下座91、上盖92、迷宫密封型侧盖98、滚动轴承95、止动垫圈96、固定圆螺母94和油环97，迷宫密封型侧盖98安装在下座91上，上盖92通过固定圆螺母94固定在迷宫密封型侧盖98上，传动轴93设置于下座91与上盖92之间，且传动轴93的两端分别穿出迷宫密封型侧盖98，传动轴93与迷宫密封型侧盖98之间设有滚动轴承95，传动轴93上套设有止动垫圈96和油环97。
参见图1-2所示，本发明的一种示例，机壳1由钢板焊接成蜗壳形，机壳1的两边侧板外侧设置有多个加强筋板，相邻加强筋板的间隔相同，加强筋板增强机壳1刚度。在其它的实施例中，加强筋的外侧安装隔音层，形成低噪声机壳1，降低机壳1气流噪声通过机壳1的辐射能量。
本发明的一种具体示例，十六片叶片均布于轮盘81中心，每一叶片靠近轮盘81中心到远离轮盘81中心为渐开线形结构，且叶片的安装角度为42°，每一叶片内端面靠近轮盖82围成的第一内圆直径为564mm，每一叶片内端面靠近轮盘81围成的第二内圆直径为533mm，每一叶片外端面围成的外圆直径为1450mm，轮盘81的直径为1440mm，轮盖82外表面具有弧形延伸管，弧形延伸管与集流管的弧形喉管71相连通，弧形延伸管的端部为进风口，进风口的直径为549mm，进风口到轮盘81内表面之间的距离为201mm，轮盘81与轮盖82之间的距离为130mm，集流管弧形喉管71内径为φ470mm，集流管的进气口直径为630mm，集流管的高度为335mm，本实施例中的即可为采用钢板焊接而成的蜗壳流线形状，纵截面形状为矩形体，机壳1宽度为260mm，机壳1出口中心到机壳1中心的距离为892mm，机壳1出口截面尺寸为260mm×700mm。本实施例提供一种机壳与叶轮配合的具体尺寸结构，使得本发明中助燃风机的最高运行效率达到83.3％，能够广泛应用在25万吨/年的转底炉本体助燃风机系统中。参见图5所示，本实施例的流场分析图，可以知晓本发明的技术方案在实际的应用中风速能够高效快速的进行流动，提高了风机的最高运行效率。
对比例1
原风机设计参数为：大气压101325Pa，助燃风量Q＝46000m3/h，全压Pt＝12000Pa，风机进口压力Pin＝-150Pa，介质温度t＝20℃，介质密度ρ＝1.2kg/m3，n＝1480rpm。
对比例2
本发明的风机设计参数为：大气压101325Pa，助燃风量Q＝30000m3/h，全压Pt＝9500Pa，风机进口压力Pin＝-150Pa，介质温度t＝20℃，介质密度ρ＝1.2kg/m3，n＝1480rpm。
下表给出了两种风机的有因次性能比较：
由上表可以看出，满足转底炉正常生产所需要的流量和全压时，采用本发明的风机比采用原风机运行效率提高了127.3％，风机有效功率下降36.8％，并且风机叶轮直径减小250mm，不仅减少材料、节约制造成本，还可以减小叶轮转子的飞轮矩，缩短风机启动时间，同时提高转子的一阶临界转速，增强风机转子的可靠性。
再对比一下两种风机的进出口面积比：
由上表可以看出，满足同样的流量和全压，采用本发明的风机比采用原风机可提供更高的静压。换言之，满足同样的静压值，采用本发明可选择更小的风机。而静压则是体现风机用于克服系统管网沿程阻力和局部阻力的能力大小的标志
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，以及对于上述实施例一个或多个进行组合实施例，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改或组合，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (12)
1.一种应用于转底炉工艺的高效助燃风机，其特征在于，包括动力源、联轴器、机壳、叶轮、集流器、缓冲连管和消音器；
所述动力源的输出轴通过所述联轴器连接所述叶轮；
所述轴承座上安装有一传动轴，所述传动轴一端通过所述联轴器连接所述输出轴，另一端连接所述叶轮；
所述叶轮设置于所述机壳内，所述叶轮包括轮盘、轮盖和多个叶片，所述轮盘套设于所述传动轴上，且所述轮盘与所述传动轴保持同步转动，所述叶片沿所述轮盘中心均匀分布，且每一所述叶片靠近轮盘中心到远离轮盘中心为渐开线形结构，所述叶片设置于平行设置的所述轮盘与所述轮盖之间，且所述叶片与所述轮盘和所述轮盖为固定连接；
所述机壳具有进风口和出风口；
所述集流器的进气口连接变径管，所述集流器的进气口与所述变径管之间设有花瓣式调节门，所述集流器的出气口连接所述机壳的进风口；
所述变径管具有第一端口和第二端口，所述第一端口连接所述集流器的进气口，所述第二端口连接所述消音器；
所述消音器与所述变径管之间设有缓冲连管。
2.根据权利要求1所述的一种应用于转底炉工艺的高效助燃风机，其特征在于，所述花瓣式调节门包括风筒、花瓣门、转动杆、中心体、支撑杆、主动柄、从动柄和联动件；
所述中心体位于所述风筒内中心处，多个所述支撑杆均布于所述中心体与所述风筒内壁之间，每一所述支撑杆的一端固定连接所述风筒，另一端固定连接所述中心体；
多个所述花瓣门均匀设置于所述风筒与所述中心体之间；
所述转动杆一端依次穿过风筒与花瓣门进入中心体，且所述转动杆与所述花瓣门固定连接，用于所述花瓣门跟随所述转动杆进行同步转动；
每一所述转动杆位于所述风筒外部设有一从动柄，相邻所述从动柄之间均设有一联动件；
所述联动件包括连杆和关节轴承，所述连杆的两端分别固连一关节轴承的内圈，所述关节轴承的外圈连接所述转动杆；
所述主动柄设置于任意一从动柄上。
3.根据权利要求1或2所述的一种应用于转底炉工艺的高效助燃风机，其特征在于，所述叶片的个数为十六片。
4.根据权利要求3所述的一种应用于转底炉工艺的高效助燃风机，其特征在于，所述叶片的安装角度为39°-43°。
5.根据权利要求1所述的一种应用于转底炉工艺的高效助燃风机，其特征在于，所述集流器为沿花瓣式调节门到机壳轴向收敛的锥弧形结构。
6.根据权利要求1所述的一种应用于转底炉工艺的高效助燃风机，其特征在于，所述消音器包括消音弯头和片式阻性消音器，所述片式阻性消音器的一端连接所述消音弯头的出气端，另一端连接所述第二端口，所述消音弯头的进气端与水平面之间为倾斜设置。
7.根据权利要求6所述的一种应用于转底炉工艺的高效助燃风机，其特征在于，所述消音弯头的中心线与水平面之间的角度为30°。
8.根据权利要求6所述的一种应用于转底炉工艺的高效助燃风机，其特征在于，所述进气端的外侧面为喇叭形结构。
9.根据权利要求6所述的一种应用于转底炉工艺的高效助燃风机，其特征在于，所述消音弯头内侧具有吸音层，所述吸音层包括穿孔板、玻纤布层和超细玻璃棉层叠加组成。
10.根据权利要求9所述的一种应用于转底炉工艺的高效助燃风机，其特征在于，所述穿孔板的穿孔率为27％，所述超细玻璃棉层采用容重30％的超细玻璃棉。
11.根据权利要求1所述的一种应用于转底炉工艺的高效助燃风机，其特征在于，所述轮盘与所述传动轴为过盈配合，且所述轮盘与所述传动轴之间设有连接键。
12.根据权利要求1所述的一种应用于转底炉工艺的高效助燃风机，其特征在于，所述缓冲连管的外部为卡布隆材料制成，且所述缓冲连管内设有导流钢板。
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