羅茨鼓風機與磁懸浮風機、空氣懸浮風機、多級離心風機相比有哪些優缺點視頻講解：
原標題：技術丨空氣懸浮離心鼓風機在水泥行業的應用
在環保執法力度不斷加大，錯峰生產常態化的背景下，水泥企業節能減排已經刻不容緩。在水泥生產中，風機能耗巨大，約占總能耗的30%~35%。近兩年來，很多水泥企業在技改過程中，針對鼓風機進行了升級，將羅茨鼓風機更換為高效節能的空氣懸浮離心鼓風機。空氣懸浮離心鼓風機摒棄了傳統鼓風機所必需的增速齒輪、聯軸器、潤滑和冷卻風扇等系統，從而提升了產品的效率、工藝性能以及運行可靠性，避免了噪音、振動以及廢棄潤滑油等對環境造成的二次污染，減少了設備維護工作量，節約了設備維護成本。
1 空氣懸浮離心鼓風機基本原理及特點
空氣懸浮離心鼓風機現場照片見圖1，它是一種應用航空發動機設計經驗開發的全新概念鼓風機，其基本原理是通過空氣懸浮軸承支撐和變頻器控制的高速永磁同步電動機直接驅動同軸離心葉輪做功，輸出無油潔凈空氣。它具有供氣量大、運行平穩、效率高、結構簡單、噪音低、占地面積小、重量小、使用年限長、維修量小、無須潤滑、氣體不會被油污染等優點，節能效益顯著。該產品主要涵蓋了空氣動壓箔片軸承、高速大功率永磁電動機、高效氣動系統、變頻控制和檢測監控技術等核心技術。
圖1 空氣懸浮離心鼓風機現場照片
1.1 空氣動壓箔片軸承
空氣動壓箔片軸承是一種采用彈性元件作為支承的自作用式動壓氣體軸承，與傳統的剛性和滾珠軸承相比，具有轉速高、無污染、摩擦功耗低、壽命長、工作溫度范圍寬、穩定性好和自適應性強等諸多優點，在低溫制冷、航空航天以及國防等領域具有重要的應用價值和廣泛的發展前景[1]。空氣懸浮離心鼓風機依靠空氣力場使轉子懸浮并保持高速運轉。這種軸承與傳統的滾柱軸承不同，運行時回轉軸和軸承之間沒有物理接觸點，無須潤滑油，能量損耗低。為了保護啟動停止時的軸承表面，采用了高溫固體涂層，不需要維護，可長期運行，目前可實現無故障20?000次啟停，按每天啟停一次計算，可運行54.79年。
1.2 高速大功率永磁電動機
隨著永磁材料性能的不斷改善和提高，特別是釹鐵硼、釤鈷永磁材料的熱穩定性和耐腐蝕性的改善和價格的逐步降低以及電力電子器件的進一步發展，加上永磁電動機研究開發經驗的逐步成熟，高速永磁電動機的研究開發進入了一個新階段[2]。特別是由于軍用及民用需求日益增多，國內外針對高速永磁電動機的研究也逐步深入。石家莊金士頓軸承科技有限公司根據國家環保要求及軍民融合的戰略需求，采用空氣動壓箔片軸承為支撐進行了高速永磁電動機為核心的空氣懸浮離心鼓風機的研制、生產及銷售，目前已經形成了功率15~300 kW、轉速20?000~100?000 r/min，近50余種產品譜系分布。高速永磁電動機在轉子強度、轉子系統動力學、電磁設計、冷卻系統設計與溫升計算、高速軸承以及控制器的研制等方面存在許多常規電動機所不具有的特殊關鍵問題，其設計是一個集電磁場、轉子強度、轉子動力學、流體場與溫度場等多物理場多次迭代的綜合設計過程[3]。空氣懸浮離心鼓風機采用了高速直聯電動機，與常規的依靠齒輪增速形式的風機有本質的區別。由于沒有了齒輪增速，大大減少了因為機械傳動和機械摩擦而產生的能源消耗，大大提升了效率。通過變頻器調節電動機轉速來調節風量，精度較高。空氣懸浮離心鼓風機主機如圖2所示。
圖2 空氣懸浮離心鼓風機主機
1.3 高效氣動系統
葉片式流體機械中，能量轉換是在帶有葉片的轉子及連續繞流葉片的介質之間進行的。當介質可壓縮的時候，介質的能量應包括宏觀的動能及介質的內能。在流體機械中，內能與介質的焓值密切相關。介質流過機器后焓值的變化量，不僅和葉輪所做的功有關，而且與機器內部的熱力學過程及熱量的傳遞有關。為保證所需的能量頭，鼓風機的轉速通常較高，這就必須考慮到流動的馬赫數對鼓風機工作的影響以及葉片在離心力作用下的強度問題。為防止鼓風機在運行時發生喘振，在設計時就要盡可能使鼓風機有較寬的穩定工作區域。在進行葉輪設計時，采用較小的葉片出口角，這種葉輪具有較寬的穩定工作范圍和平坦或陡降的性能曲線。另外，在確定鼓風機的設計點時，離喘振點有一定的距離，一般要求喘振流量小于0.8倍的設計工況流量。
1.4 變頻控制和檢測監控技術
在鼓風機與管網系統聯合工作時，一般要求鼓風機的工作點在設計點上。但在實際運轉中，由于用戶要求不一樣，鼓風機工作點可能有變動，這時就需要移動鼓風機或管網的工作點，以滿足用戶要求。常用的調節方法有：（1）出口節流；（2）進口節流；（3）采用可轉動的葉片；（4）采用可轉動的進口導葉；（5）采用可轉動的擴壓器葉片；（6）變速調節；（7）改變臺數調節等。目前空氣懸浮離心鼓風機采用PLC與變頻調速控制系統，PID自動調節風量風壓，使風機工作范圍內達到最經濟運行狀態。控制系統對轉速、風壓、風量、溫度等進行自檢，具備防喘振和報警自動停機功能。
1.5 典型空氣懸浮離心鼓風機測試
根據研制要求建立了高速永磁電動機與空氣懸浮離心鼓風機集成進行性能測試。驅動系統采用Vacon變頻器，電動機轉速為34?200 r/min，殼體振動峰值小于3 m/s2，定子溫升在90 ℃以內。經測定電動機效率為97.5%。風機測試現場照片如圖3、圖4所示，振動測試結果如圖5所示。
圖3 空氣懸浮離心鼓風機氣動測試照片
圖4 電動機輸入電流波形
圖5 振動測試
1.6 空氣懸浮鼓風機與羅茨鼓風機的對比
羅茨鼓風機屬于容積式鼓風機，依靠旋轉時葉片間的容積變化將空氣擠出機殼，理論上，如果轉子、機殼強度和電動機功率足夠的話，其排氣壓力可以一直增加。羅茨鼓風機的另一特點是其排氣流量只與其轉速有關，在排氣壓力有波動的時候（峰值不超過額定排氣壓力），只要轉速不改變，流量基本上也是不變的。而這種使用工況在水泥行業中最為常見。
空氣懸浮鼓風機屬于離心式鼓風機，有喘振和阻塞兩種特性，在這兩種區域內是不允許運行的。針對水泥廠的需求，在明確所需流量的前提下，恒流量模式可適應現場壓力脈動的工況，通過安裝在風機進口處的流量傳感器，實時檢測風機的入口流量。當排氣壓力發生變化的時候，當前轉速下的流量值亦會發生改變，從而偏離設定的流量值，此時中控PLC便會根據流量偏離方向，發出提升或者降低轉速的指令，讓實時流量重新回到設定流量。GF100/0.4機型性能曲線見圖6，在鼓風機允許運行的區間內，恒流量調節可以覆蓋的壓力范圍為20~40 kPa，流量范圍為40~95 m3/min，所用工況在該區間內即可。
圖6 典型空氣懸浮鼓風機性能曲線
2 空氣懸浮離心鼓風機在水泥行業的應用
水泥廠可以使用空氣懸浮離心鼓風機用于氣體輸送、粉塵物料輸送、煙氣脫硫等。目前金士頓軸承科技有限公司的空氣懸浮風機已經在北京金隅北水環保科技有限公司、邯鄲金隅太行水泥有限責任公司、河北金隅鼎鑫水泥有限公司、河北金隆水泥集團有限公司、淶水金隅冀東環保科技有限公司、河南孟電集團水泥有限公司、臨朐山水水泥有限公司、銅川聲威特種水泥有限公司、平陰山水水泥有限公司等多家水泥企業應用，并得到了高度認可。主要應用的工序有一次風機、窯頭/窯尾喂煤風機、均化庫庫下風機等。代替原有的羅茨風機，設備運行工況為出口升壓25~120 kPa，單機最錦工量300 m3/min。抽取的典型節能數據見表1，應用工況照片見圖7、圖8。
表1 頭煤風機節能對比數據
圖7 均化庫庫下風機
圖8 窯頭送煤風機
3 結束語
空氣懸浮離心鼓風機是一種高效節能的新型環保離心鼓風機，憑借節能、低噪音、無油、運行可靠、操作維護簡便和半永久壽命等優勢，將成為未來最節能的流體設備之一 。金士頓公司是繼韓國科學技術研究院之后世界上第二家自主研發生產空氣懸浮離心鼓風機的企業，打破了韓國長達13年的技術壟斷，可在水泥、食品、污水、化工等領域廣泛使用，實現節能目的。
作者單位：石家莊金士頓軸承科技有限公司
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一、磁懸浮鼓風機
1、簡介
磁懸浮離心式鼓風機技術把磁懸浮軸承以及大功率高速永磁電機技術集成為高速電機，外加專用高速永磁電機變頻器形成高速驅動器，驅動高速離心葉輪，使高速離心葉輪工作在最省電的工作區域，開發出高效的磁懸浮離心式鼓風機。
2、工作原理
磁懸浮離心式鼓風機是將磁懸浮軸承技術和高速電機技術融入于傳統風機而形成的一種高效、環保、節能、的新型鼓風機。通過內磁懸浮軸承來控制器磁軸承，通過電流產生磁場，同時由磁場產生吸力，進而實現轉軸的懸浮。高速電機通過變頻電源產生頻率可控的交變電流輸入電機定子產生的交變磁場，帶動轉軸進行高速旋轉，即是同步永磁電機。隨著轉軸一同作高速旋轉的鼓風機葉輪帶動空氣從渦殼的進氣口進入，空氣在渦殼的導向與增壓作用下成為具有一定流速與壓力的氣體，最終從渦殼的出氣口鼓出。hDF j11.coM
3、性能特點
節能高效，磁懸浮離心式鼓風機采用的磁懸浮軸承，無機械損失和接觸損失，滿足了高轉速無極變轉速調節。
冷卻效率高，冷卻系統使用水冷機風冷結合的兩種方式，可以有效保護電機，滿足風機隨時啟停的要求。
噪音小，安裝便捷，因為采用整體箱式結構，風機噪音低于80分貝，機體震動的范圍極小，安裝基礎要求低，安裝便捷。
目前磁懸浮離心式鼓風機最高轉速可達40000r/min，并在工作范圍內能夠穩定可靠運轉。其振動和噪聲水平均低于采用機械軸承的其它型號離心式鼓風機。
4、優劣分析
磁懸浮鼓風機采用無接觸、無機械摩擦的磁懸浮軸承和高速大功率永磁同步電機，直接驅動高效流體葉輪，克服了傳統鼓風機和氣懸浮鼓風機的缺點，具有效率高、噪音低、故障少、不需潤滑系統等優點，即使磁懸浮軸承發生了故障，依靠系統中的保護軸承，仍然可以使高速旋轉的轉子安全停機，不會導致設備的嚴重損壞。
二、空懸浮離心式鼓風機
1、簡介
空懸浮離心式鼓風機技術將空氣軸承和大功率高速永磁同步電機技術集成為高速電機，外加專用高速永磁電機變頻器形成高速驅動器，驅動高速離心葉輪，使高速離心葉輪工作在最省電的工作區域，開發出高效的空懸浮離心式鼓風機。
2、工作原理
空氣懸浮鼓風機是容積式風機的一種，由離心葉輪與通流部件、空氣軸承、高速永磁同步電機、控制系統組成，使用高速同步永磁電機直驅結構把離心葉輪及電機驅動一體化集成設計,實現轉軸懸浮的功能。
有兩個三葉葉輪在由機殼和墻板密封的空間中相對轉動，因葉輪和葉輪、葉輪和機殼、葉輪和墻板之間的間隙極小，使得進氣口形成真空狀態，在大氣壓的作用下空氣進入進氣腔，然后葉輪中的兩個葉片與墻板、機殼形成了一個密封腔，進氣腔內的空氣在葉輪轉動的過程中，被兩個葉片所形成密封腔不斷地帶到排氣腔，同時因排氣腔內的葉輪相互嚙合，進而把兩葉片間的空氣擠壓出來，如此連續的運轉，空氣不斷的從進氣口輸送到出氣口，實現了風機的鼓風。
3、技術特點
節能高效，空懸浮離心式鼓風機使用了空懸浮軸承，直聯技術，高效葉輪，永磁無刷直流電機，無額外的摩擦，風機根據輸出的風量自動調整電機功率的消耗，保持設備運行的高效率。
無保養，沒有傳統風機所必須齒輪箱及油性軸承，采用的一系列高新技術葉輪與電機不使用聯軸器，直接連接，智能控制系統，提高供氣系統運行的穩定性。
運轉控制便利，可在個人電腦上對風機轉數，壓力，溫度，流量等進行自檢并定壓運轉，復核/無負荷運轉，超負荷控制，通過防喘振控制等實現無人操作。
4、優劣分析
空懸浮鼓風機采用無接觸、無機械摩擦的空懸浮軸承和高速大功率永磁同步電機，直接驅動高效流體葉輪，克服了羅茨鼓風機，多級離心鼓風機，單級離心鼓風機與磁懸浮鼓風機的缺點，具有效率高、噪音低、故障少、不需潤滑系統及等優點。
與磁懸浮軸承鼓風機相比，空氣軸承使用空氣動力學原理，無需供電及配套系統。（空懸浮軸承采用空氣動力學原理，以轉子為中心旋轉，產生向外的擴張力，達到穩定的懸浮效果。在停電時，根據旋轉慣性，達到安全停機的效果）。
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：磁懸浮鼓風機產品
羅茨鼓風機是一種排量型的鼓風機，亦可做為吸引用的真空泵浦。它是以兩個轉子以反方向轉動來達成壓送或排除氣體的效果。兩只轉子間均固定于一組同步齒輪上，轉動時兩轉子間及氣缸和轉子間只維持著相當微小的間隙，使其不互相接觸，其間隙大約為十分之幾毫米，因此不需油潤滑，而輸送的氣體不會污染。同時因彼此間不產生摩擦，可以高速運轉而獲得較錦工量。羅茨鼓風機構造精良，機體內僅有軸承及齒輪需要潤滑。選擇適當潤滑油及油脂，增長機器的使用壽命。 羅茨鼓風機的詳細介紹： 1；葉軸一體，提高了葉輪的整體加工精度，避免了葉軸分體結構的缺陷。 2；同步齒輪采用豎齒輪結構，傳動平穩，噪音校 3；四個軸承的支撐設計，運行更加平穩可靠。 4；雙油箱結構,對軸承和齒輪潤滑更可靠。 5；利用兩葉和三葉轉子。
空氣懸浮離心鼓風機與羅茨鼓風機的區別： ⒈運動方式不同：羅茨鼓風機采用兩組齒狀葉輪，依靠葉輪的細小間隙將空氣擠壓至出氣口，空氣懸浮離心鼓風機采用的是曲線葉輪，依靠離心力將空氣甩至出口處。 ⒉由于運動方式的不同及葉輪結構不同，故兩種風機所能承受的壓力也不同，羅茨鼓風機承受的壓力遠高于離心鼓風機。 ⒊由于結構的不同，兩種鼓風機在使用上各有領域，羅茨鼓風機使用在有壓力要求的領域，而空氣懸浮離心鼓風機只適用于錦工量的領域。 空氣懸浮離心鼓風機 沉水式羅茨鼓風機是為防止第二次公害，降低鼓風機本體所產生的噪音，為延長鼓風機的壽命而研發，故在生活小區，景點，醫院等需要靜音的場所多選用沉水鼓風機。 羅茨鼓風機是在引進吸收國內外先進技術的基礎上，運用CAD制圖軟件輔助設計，自行研發的高品質、低噪音環保節能產品。該產品具有結構合理，體積小、效率高、噪音低、運行平穩、使用壽命長、維修簡便等特點。錦工鼓風機已被廣泛運用于污水處理、礦山、冶金、化工、輕工、建材、電力、面粉、水產養殖等領域。
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