浅析离心式风机中电机超流现象的原因及解决措施

孙志锋

（中海油惠州石化有限公司，广东 惠州 516086）

引言：离心式风机是当前鼓风机设备中不可或缺的关键设备之一，在实际使用过程中，若电机超流现象出现不仅会降低鼓风机的使用质量，还会缩短离心式风机的使用寿命，现阶段，为切实降低上述问题的出现概率，对离心式风机中电机超流现象的出现原因以及相应的解决措施加以研究，成为了一项极为必要的工作。

一、离心式风机在当前机械设备中的实际应用

离心式风机是当前工业领域较为常用的一种辅助设备，其使用目的在于保证使用场所空气流通情况满足人们的需要。近年来为切实降低废气、废水、废渣等污染物对自然环境的影响，离心式风机被广泛应用到了化工生产、矿产等行业的废物处理过程中，并取得了较好的效果。以离心式风机在丙烯酸及酯装置废气处理装置中提供焚烧空气的应用情况为例，在进行废气处理的过程中，在一定温度下，贵金属铂、钯催化剂会使丙烯酸尾气和废水中的挥发性有机组分与空气中氧气反应，形成对环境无害的二氧化碳和水，从而达到降低废物排放到外界环境中的总量，达到切实保护自然环境的目的。在该系统中，承担着废水加热、气液分离、浄化气体混合、催化氧化反应、回收热量、将有害的挥发性有机物转化为二氧化碳和水等任务。

二、离心式风机的主要性能参数

现阶段，为保证离心式风机的安全性、稳定性、使用性能等因素能够切实满足人们的需要，在保证离心式风机安装准确性的同时，相关工作人员还需要强化对离心式风机主要性能参数的认识，以便在使用过程能够有效对其经常出现的问题进行针对性地管理，切实保证离心式风机的使用效果能够满足人们的需要。具体来说，在当前离心式风机的实际应用过程中，压力、转速、流量、功率等指标与离心式风机的性能之间存在着直接的联系，举例来说，现阶段，在将风机应用到相应设备上时，设备图纸往往会对风机的机外余压参数加以明确，若相关工作人员在进行风机安装过程中，忽视了压力指升压，那么在设备实际工作过程中，其风机系统必然不能满足设备的安装应用要求，出现风口风速不达标、风机压头过大等问题[1]。

现阶段，假设风机的全压为p，流量为Q，有效功率为Ne，风机轴功率（电机输出功率）为N轴，转速为n，那么以离心风机欧拉方程为基础，相关工作人员可以对风机的轴功率Ne、流量Q、转速n 之间的关系进行推导。具体来说，一般情况下，离心风机的k 值在0.78—0.85 之间，以有限叶片离心式风叶欧拉方程（1）为基础，经一系列推导变换后，可以得出电机的输入电流公式（2）式中D2指的是叶片的出口直径；指的是叶片的排挤系数，反应叶片厚度与流道过流面积遮挡程度间的关系；都是常数；指的是风机的效率，在设计过程中，风机运行效率范围>（0.85—0.95）；CT指的是电机转矩常数，与电机结构参数相关；指的是电机磁通量，若电机假设为永磁体电机，那么 值不变。

三、离心式风机运行与系统阻力间的关系

需要注意的是，在当前的风机生产过程中，受生产设备、生产工艺等因素的限制，风机投产运行情况与理论情况之间往往存在着一定的差别，并且在风机的实际安装、调试过程中，人为或者设备影响因素的存在往往会使得风机的实际运行效率与设备设计效率之间存在一定的差别，进而导致电机因运行效率无法达到最佳工况而出现电机超流、喘振、噪声增大等问题，严重情况下，还会因超流现象的存在致使电机出现跳闸、损毁等问题。现阶段，为切实降低上述问题的出现概率，相关工作人员需要加强对离心式风机运行与系统阻力之间的关系。

（一）风机设计阻力曲线

在当前的离心式风机设计过程中，系统阻力可以近似看作是机外余压的变化，在风机的实际设计过程中，其特性曲线是一条不规则的抛物线，若实际生产出的风机系统阻力偏离了风机设计阻力曲线，那么会导致风机的运行工况点的偏离。同时，若风机性能曲线上的工况点与最佳运行区间偏离现象过于严重，那么风机不可避免地会出现一系列的负面运行现象。

（二）风机的功率与效率

从理论上讲，风机的设计运行工况点与其最高功率点工况应处于一致的状态，风机的效率应为其有效功率与轴功率之比，其有效功率分赢了风机的工作经济性，若风机的前向叶片风机效率在0.6—0.65 的范围内，后向叶片风机的效率范围在0.8—0.9 的区间内，那么可以假设风机的效率有效点值为65.2%。那么风机的静压内效率（3），式中，指的是风机的静压；风机的全压内效率（4），式中的指的是风机的全压。对上述公式进行整理，可以得到（5），从公式中可以了解到现阶段，风机的全压内效率与静压内效率是风机空气动力设计的主要指标，可以用来判断风机内部空气流动的质量[2]。

（三）风机的特性曲线与最佳工况

在当前风机的设计分析过程中，风机的特性曲线是一种用来表示风机主要性能参数关系的曲线形式，一般情况下，风机性能曲线有5 条，分别是全压—流量曲线、静压—流量曲线、轴功率—流量曲线、效率—流量曲线、静压效率—流量曲线。风机在转速n 一定的情况下，效率与风量之间存在着直接的关系，并且效率最高值点对应的风量、风压、轴功率共同构成了风机的最佳工况，因此，现阶段，在进行风机选择的过程中，相关工作人员需要保证风机的实际运转效率在0.9 以上，同时，这一范围也是风机的经济适用区。

图3 中的横坐标指的是风量，纵坐标指的是风压，从图中可以了解到，风机在转速固定的情况下，风量、风压参数存在着极大的差异，并且参数的最大值由风机的性能决定。同时，这些参数交汇点可以构成一条曲线，对曲线进行分析可以了解到，风量越大，风机的风压越小。现阶段，在明确风机中各参数之间的关系后，相关工作人员可以明确了解到在系统阻力发生变化后，风机工况变化极大。比方说，若在风机正常工况下，关闭或者调小其回风口阀门，那么系统的阻力将会增大，系统的机外余压将会随之增大，风机输风量将会减少，并且当变量超过风机最佳运行工况区间后，其总效率同样会变小，进而导致风机的轴功率增大，长时间处于这种运行状态下，那么风机将会出现过载超流现象，烧毁电机。

四、降低电机超流现象出现概率的方法

现阶段，为避免电机因超流现象的出现而发生烧毁的问题，相关工作人员可以通过在风机安装前对其参数进行复核、改造管网系统、找出风机工况最佳效率点等方式，保证风机的工况性能能够达到最佳。

（一）安装前进行风机参数复核

在当前空气鼓风机安装风机选型前，为保证空气鼓风机的系统阻力安全余量预留情况能够适应风机的实际性能，相关工作人员需要依据设计图纸上的管路以及鼓风机现场装配情况对风机的参数进行复核，在保证机外余压参数合适的情况下，进行风机安装，从而保证空气鼓风机项目调试以及系统联动阶段的顺利性。具体来说，风管最不利段的总压力损失等于沿程损失与局部损失之和，在实际计算过程中，其公式为（6），式中，指的是总压力损失；Rm指的是风管单位长度摩擦阻力，在低风速情况下，其取值范围在0.8—1.5Pa/m 之间，l 指的是风管最不利管段的总长度；k 指的是局部阻力与摩擦阻力损失之比，在局部配件较少时，k的取值范围在10—20 之间，在局部配件较多时，其取值范围在3.0—5.0之间。此外，将总压力损失加大10%，将会得到风机机外余压。在当前的鼓风机实际安装过程中，相关工作人员需要保证所选风机机外余压超过计算得出机外余压。同时，现阶段，相关工作人员在及西宁风管管理优化工作时，需要提升对预估算结果的重视程度，即在选择设备的机外余压远超过所需机外余压后，那么在相关工作人员则需要在优化过程中尽量避免简化风管管路的情况出现；若选择的设备机外余压比所需机外余压小时，那么相关工作人员则需要在进行优化的过程中及时调整管路的参数。

（二）管网系统的改造

在当前的鼓风机实际安装过程中，若安装现场的情况不适合对风机的性能参数进行调整，那么相关工作人员可以通过对鼓风机管网系统进行适当调整的方式，降低离心式风机电机超流问题的出现概率。具体来说，在进行鼓风机管网系统调整的过程中，考虑到当前风机在进行机外余压设计过程中必然完成了安全系数的设计工作，因此，风机在运行过程中不可避免地会出现工况点偏离现象。因此，在不能对风机性能参数加以调整的情况下，相关工作人员可以通过在鼓风机的送风处添加一个电控风量调节阀，在减小鼓风机出风截面面积的同时，提升管网系统的阻力，但需要注意的是，经过这种处理方式处理后的鼓风机，在系统风速加快的同时，其噪声也会随之增大，面对这种情况，相关工作人员可以通过为鼓风机安装消声器分方式，降低风管系统的动能，降低其空气流速。同时，相关工作人员还可以通过调节电控阀的方式，在控制系统阻力的同时，监测系统风量、风速以及电机电流等情况，从而达到保证风机工况回到最佳效率点的目的。

（三）风机工况最佳效率点

在当前空气鼓风机的安装过程中，为进一步鼓风机的性能，鼓风机生产厂家可以加强与离心式风机生产厂家之间的沟通，令风机生产厂家提供风机的相关参数，并且在鼓风机实际生产前，依据自身的实际情况以及当前生产技术水平，对鼓风机设计图进行次微调或者管路改造，并且在风机到达鼓风机生产厂后，依据风机的实际情况对鼓风机与风机进行二次微调或者管路改造，保证当风机安装过程中其工况点始终处于有效运行区间内。

结论：总而言之，为保证离心式风机能够在当前的实际应用过程中始终处于保持稳定可靠的工作状态，相关工作人员不仅需要明确风机的实际性能参数，并依据其具体应用需要对其性能进行有效的调整，还需要在明确风机实际应用环境的情况下，为其拟定合适的工程组合计划，以便降低电机出现超流、噪声等问题的概率。