AV100-19轴流式鼓风机扩容改造流道与叶片的优化设计

梁高林 吴礼云 凌晨/首钢京唐钢铁联合有限责任公司

AV100-19轴流式鼓风机扩容改造流道与叶片的优化设计

梁高林 吴礼云 凌晨/首钢京唐钢铁联合有限责任公司

1　概述

首钢京唐钢铁公司预利旧改造一台苏尔寿AV100-19风机，为新建5 500m3高炉送风。该风机1992年投入使用，2010年因首钢搬迁高炉风机停止使用，整体拆装后入库保存至今。该风机改造前夏季最大送风量7 000Nm3/min，压力0.5293MPa（A），要求改造后最大风量达到8 500Nm3/min，最大压力0.63MPa（A）满足新高炉的送风要求。为此，我们通过工程热力学、气体动力学、转子动力学的理论计算，结合本台机组的实际结构特点，进行了系统分析，最终确定了改造方案。

2　风机改造方案及设计计算

2.1风机改造总体方案概述

本次设备改造要求最大化的利旧原有设备。风机本体机壳、主轴、轴承箱、轴瓦及公辅配套设备全部利旧保留。通过对设备结构的剖析，确定改造方案为：扩大风机流道、更换新型动静叶片，更换调节缸和承缸，如图1所示。

2.2风机改造前后的性能参数对比

表1为AV100-19风机原始设计的性能参数。该设计参数是根据北京市的环境条件进行设计计算。因搬迁至曹妃甸地区的环境条件与北京有差异，结合改造后的送风要求，通过热力计算，确定风机改造后的性能参数。如表2所示。

表1　改造前风机的性能参数表

表2　改造后风机的性能参数表

2.3风机改造前的流道及叶片几何尺寸

AV100-19风机为德国原苏尔寿公司制造。风机改造前动叶19级，静叶20级（第0～19级）运行角度为42°～79°，启动角度14°。风机改造前流道及叶片的原始几何尺寸，详见表3。

表3　风机原始流道及叶片几何尺寸表

2.3风机流道及叶片的气动设计计算

2.3.1确定风机的气动设计数据

2）确定压缩机进口气体参数：pm*，Tm*，Cm；

3）计算确定压缩机出口气体参数：pout*，Tout*，εc*；

4）给定气体热力性质参数值：绝热指数k，气体常数R比热Cp，Cv；

5）给定风机转速：n=3 000r/min。

2.3.2风机进口与出口元件的数值计算

进行该部分计算目的是考虑进出口的流动损失，最终求得风机首级和末级的气流参数［1］，以便对通流部分级组进行详细的气动计算。

计算确定第一级前气流的滞止参数为

根据已给出的风机出口压力pout*和压比εc*确定计算出风机出口的Tout*，并计算风机末级的，TZ*和pZ*。

2.3.3确定第一级及末级的几何尺寸

结合风机的原始数据及已确定的第一级前与末级后的气流参数，可计算求得通流部分级的能量头

根据以上参数求得第一级外径Dt1、内径Dh及和叶高l1

根据以上计算流程，可进一步求得末级的通流面积FZ、外经Dtz内径Dhz、叶高lz、并确定压缩机级数Z。

2.3.4逐级热力计算与气动计算

上内容须根据选定的最佳改造方案，确定各级均径处的气体热力参数，计算与确定风机各级的几何尺寸及通流部分尺寸；确定各级沿叶高各截面的气动参数及速度三角形［2］，设计出能满足气动要求，兼顾强度的叶型和叶片，计算过程不再详细说明。经设计改型后的流道和新型叶片的几何尺寸如表4所示。

表4　优化设计后的流道和叶片几何尺寸表

3　新旧流道及各级通流能力的比较

通过通流面积的比较，新流道与旧机组的流道在流道最高处，通流面积增加22％，见图2。在相同流速情况下，最大流量至少提高22％，即7 700Nm3/min×1.22=8 540Nm3/min，满足最大风量8 500Nm3/min的性能要求，流道出口高度略小于原机组，同时达到机组的提压要求。

4　鼓风机整机性能的优化

本次扩容改造，对AV100-19风机进行了系统的气动设计及优化。在叶片设计和优化中风机后面级应用了90％高反动度的叶型［3］，前面级对50％反动度的叶型进行了系统优化。确保鼓风机效率达到91％以上，实现机组宽工况调节范围，在正常运行情况下不放风，提高了风机的整体性能，图3为优化后的大小叶片与原WZ6叶型在不同流量下，压比和效率的变化。从图中可以明显看出，选用了不同反动度下，经优化后的新大小叶形的合理搭配风机的压比和效率较原叶型均得到了稳定的提升。

4.1后级新型叶型的开发和应用

轴流式鼓风机在压缩过程中，容积流量、温度在发生变化，需要不同特征基本级，更有利于提高风机性能［4］。新开发的90％反动度叶型，适合用于AV100-19后面级，有利于减小静叶出口气流方向与扩压器的冲击损失，效率可以提高0.5％以上。本次叶型设计应用的90％高反动度N9叶型，增大了风机稳定运行的工况范围，减小后级排气气流与扩压器的冲击损失，风机效率提高至91％以上。静叶角度可以在30°～86°范围调节，提高了风机的工况运行范围。

4.2对鼓风机流道进行优化

本次改造对前面级50％反动度的N5叶型进行优化，增加单级做功能力，减小型面损失以及气流分离损失，对整个压缩机流道进行匹配优化设计，将鼓风机效率提高至92％以上。图4为50％反动度叶型的优化模型。

5　结论

1）本次优化设计，通过对AV100-19风机设备结构的全面剖析，系统的掌握了设备单元的扩容能力，结合新建高炉的实际送风要求，制定了切实可行的改造方案。

2）通过对原有AV100-19风机流道的扩容改造，重新设计并应用了新型叶片，提高了风机工作范围，优化了机组的整体性能。经扩容改造后的风机，满足了新建高炉的送风要求。

3）本次扩容改造最大限度的利旧了风机的主体结构和公辅配套设备，节约了新采设备的费用，实现了利旧扩容改造的目标。

［1］李超俊，余文龙.轴流式压缩机原理与气动设计［M］.北京：机械工业出版社，1987.

［2］黄钟岳，王晓放.透平式压缩机［M］.北京：化学工业出版社，2004.

［3］李景银，刘立军，李超俊.轴流式压缩机特性计算模型的研究［J］.机械工程学报，2002，23（2）：

［4］秦鹏译.轴流式压缩机气动设计［M］.北京：机械工业出版社，1975.

■利旧改造一台AV100-19轴流式鼓风机，通过设计计算增大流道外径、改变叶型、增加反动度，等技术手段，达到提高鼓风机风量、风压、优化风机性能的目标，满足新高炉的送风要求。

■AV100-19；优化流道；新型叶片

Optim ization Design of Flow Passage and Blade ofAV100-19 AxialBlower

Liang Gao-lin，Wu Li-yun，Ling Chen/ Shougang Jingtang United Iron＆amp;Steel Co.，Ltd.

An old AV100-19 axialblowerwas utilized and transformed.Through the design calculation to increase flow-path diameter，change blade type and improve the degree of reaction，the blower air volume，air pressure and optimization of the performance were improved tomeet new blast furnace air supply requirements.

AV100-19 optimization；flow passage；new blade

TH443；TK05

A

1006-8155-2016（04）-0091-04

10.16492/j.fjjs.2016.04.0055

2015-12-22河北唐山063200