首先,这两种风机都是三元流叶轮的离心鼓风机
两种风机的工作原理相同,叶轮设计方式相同,就是叶轮大小,叶片线型和数量不一样,在某些条件下同样的叶轮可以同时应用在这两种不同的轴承的风机上。
离心鼓风机,除了能够持续不断地对气体进行输送和压缩外,它还有以下一些显著的特点。
- 流量与转速的关系:在相同的压力要求下,所需流量越小,叶轮需要达到的转速越高,以维持所需的压力输出。
- 效率、压力、流量、转速与叶轮直径(重量):风机的整体效率与许多因素有关,除了气动效率外,还与变频器,电机,轴承的效率有关。这里我们重点说一下气动效率中的叶轮效率。从各种试验数据和仿真的结果我们总结出以下一般规律:、
- 风机的能耗与工作状态下的出入口差压和流量直接相关,在差压和流量相同时,效率高能耗小;在差压和流量确定时,叶轮的直径和转速设计存在一个相匹配的高效区间。简单举例来说,叶轮效率90%,电机功率45kw,在10米水深的情况下比较理想的转速和直径是4万转每分钟(简称为rpm,下同) 和150mm左右,在3米水深的情况下比较理想的转速和直径是15000rpm和250mm左右,在1.5米水深的情况下比较理想的转速和直径是7000rpm和400mm左右。
- 在相同的差压和效率要求下,流量越大一般会要求叶轮越大,转速越低,反之亦然;
- 在相同的轴功率和效率要求下,差压越小一般会要求叶轮越大,转速越低,反之亦然;
- 喘振:离心鼓风机在实际工作流量减少到一定程度时所发生的一种非正常工况下的振动。喘振对于离心机有着很严重的危害。
其次说一下喘振:
喘振是风机实际流量减小到一定的值(一般设计预估,试验测定)时出口压力会突然下降,下游管道内压力反而高于出口压力,于是被输送介质倒流回机内,直到出口压力升高重新向管道输送介质为止;当管道中的压力恢复到原来的压力时,流量再次减少,管道中介质又产生倒流,如此周而复始。喘振会破坏机器内部介质的流动规律性,产生机械噪声,引起工作部件的强烈振动,加速轴承和密封的损坏。一旦喘振引起管道、机器及其基础共振时,还会造成严重后果。
在水产养殖这个应用场景中,除了选型不当(应选小流量风机却选择了额定流量大的风机,造成实际流量严重偏离鼓风机设计流量,一般小于设计流量30%以上),造成大风机实际流量偏小,产生喘振从而损坏风机;还有就是在收获季节,关闭管道上的阀门,造成流量锐减,产生踹振从而损坏风机。
那么,空气悬浮轴承和陶瓷球轴承离心风机共同及各自的特点在哪里呢?
他们都是离心机小型化(小流量化)的代表。前文提到相同的压力下,流量越小,叶轮转速越高,所以离心机小型化(实质就是差压相同,流量减小)后,离心机转子都是高速化的,一般都在10000rpm以上,甚至可以高达十几万rpm。空气悬浮轴承,磁悬浮轴承和陶瓷球轴承都是为了解决离心风机转子高速化而应运而生的。其中空气悬浮轴承,磁悬浮轴承属于非接触式轴承,前者是启停时接触转子圆轴承箔片,工作时不接触,后者是一直不接触。陶瓷球轴承则属于传统球轴承的升级。这里我们不展开讨论磁悬浮轴承。
一、空气悬浮轴承离心鼓风机 如下图
1、轴承免维护,结构相对简单,转速越高越稳定(受限于电机和叶轮)。我公司有11万rpm的离心压缩机产品。
2、需要一定的起飞转速。起飞前,轴与轴承箔片贴合,达到一定转速后(一般1万转以上)空气动压将箔片撑开,转子悬浮旋转。
3、起飞后转子与轴承间无接触,如果工作工况恒定,长期开机运行而不频繁启停的话,这种轴承的寿命,理论上可以无限长。
4、由于是空气动压支撑,对于受力大小有着严格的限制,一般径向载荷在十几公斤,轴向载荷在几公斤以内。换而言之,整个风机的转子重量一般不超过十几公斤,所以更合适小叶轮高转速(同样功率下,一般转速越高,电机转子越轻)。
5、由于空气动压薄膜支撑力有限,整个空气轴悬浮轴承的刚度比较差。径向轴承由于科氏效应的存在,还可以自动回中,而轴向轴承的抗干扰性非常差。一旦管路上有比较大的压力波动,比如说支管阀门被快速关闭,都会造成轴承失稳,损坏轴承和叶轮。
从2000年左右空气悬浮轴承离心风机从韩国引入中国以来,这种风机就一直聚焦在污水处理领域,其差压一般在6米-10米(60-100千帕压力)水深,并且不会有突变。这种风机一旦进入喘振,瞬间就会损坏轴向轴承和叶轮。由于存在最低运行转速,在低压大流量下,比如一米到两米水深,6000立方米/分钟,他势必要牺牲气动效率,提高转速来满足轴承的工作要求。
二、陶瓷球轴承离心鼓风机
1、这是传统球轴承的升级版。滚动体从钢珠换成了特种陶瓷球,并且对润滑脂进行了升级。由于是实体支撑。这种轴承的轴向载荷和静态载荷都比较大,一般比空气悬浮轴承要大一个数量级以上,更适合大叶轮低转速。
2、在高速运转下,轴承的工作工况还是较为恶劣。一般油脂润滑的陶瓷球轴承的寿命大约在1万到2万小时。喷油润滑的陶瓷球轴承寿命可以大幅度增加。但是这要增加额外的辅助油站和油过滤系统。
3、最高转速受限。一般油脂润滑的陶瓷球轴承最高转速在20000到25000rpm。喷油润滑的陶瓷球轴承最高转速可达40000rpm
4、球轴承的支撑刚度高,抗干扰性强,即使风机短期进入喘振,风机机壳及机箱剧烈震荡,一般也不会损坏风机。当然长时间剧烈震荡肯定扛不住。
综合而言,空气悬浮轴承离心鼓风机更适合高扬程小流量,工作工况稳定的应用,如污水处理,氢燃料电池中的离心鼓风机,而陶瓷球轴承离心鼓风机则适合低扬程大流量的应用,并且由于皮实。对现场操作员工的要求没有前者高。
他们气悬浮轴承和陶瓷球轴承离心风机
空气悬浮轴承和陶瓷球轴承离心风机