硫酸风机AI300-1.35技术解析与维修探析

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：硫酸风机，AI300-1.35，型号说明，离心鼓风机，风机配件，风机修理，二氧化硫气体

引言

在硫酸生产的工艺流程中，从硫铁矿的焙烧或硫磺的焚烧，到二氧化硫的转化，直至最终三氧化硫的吸收，每一个环节都离不开一种关键设备—硫酸离心鼓风机。它如同整个系统的心脏，持续不断地为工艺系统输送所需的二氧化硫或空气介质，并提供必要的压力能，确保化学反应在设定的压力和流量下高效、稳定地进行。风机运行的可靠性、效率及稳定性直接关系到硫酸装置的产量、能耗及最终的经济效益。因此，深入理解硫酸风机的技术特性、结构组成及维护要点，对于从事风机技术、设备管理及生产工艺的工程师而言至关重要。

本文将以一款典型的硫酸离心鼓风机型号——AI300-1.35作为具体剖析对象。首先，将详细解读其型号编码所蕴含的技术参数意义，并与行业常见型号进行对比说明。接着，将系统阐述该型号风机的核心结构及各主要配件的功能、材质要求与选型考量。最后，将重点聚焦于风机的常见故障模式、修理流程及关键注意事项，旨在为一线技术人员提供一份实用的参考指南。

第一章 硫酸离心鼓风机基础知识与AI300-1.35型号解析

1.1 硫酸离心鼓风机概述

离心鼓风机的工作原理基于动能向压力能的转换。当叶轮被原动机（通常是电动机）驱动高速旋转时，叶片间的气体随之旋转，在离心力的作用下被甩向叶轮外缘，流速增大，动能增加。随后，高速气体进入截面逐渐扩大的蜗壳或扩压器，流速降低，部分动能转化为静压能，从而使气体压力升高，最终从出口排出。与此同时，叶轮中心部位形成低压区，新的气体被持续吸入，构成连续输送。

硫酸生产工艺对风机有其特殊且苛刻的要求。首先，介质特性复杂：输送的二氧化硫气体通常具有高温、含尘、并可能含有微量腐蚀性成分（如硫酸雾、三氧化硫等）的特点。其次，工况要求严格：风机需要在较宽的负荷范围内稳定运行，且压力、流量参数必须与前后工艺环节精确匹配，任何波动都可能影响转化率或产品质量。因此，硫酸风机在设计、材料选择、结构形式及制造工艺上均有别于输送洁净空气的通用风机。

根据结构形式和工作原理的不同，硫酸离心鼓风机主要发展出以下几种系列机型：

“C”型系列多级离心硫酸风机：采用多级叶轮串联结构，每级叶轮后设置导叶或扩压器，气体逐级增压。优点是单级压比低，叶轮线速度相对较小，对材料强度要求稍低，适用于中压、大流量的工况。结构相对复杂，轴向尺寸较长。 “D”型系列高速高压硫酸风机：通常为单级或两级结构，依靠极高的转速（常通过齿轮箱增速）来达到所需的压力。优点是结构紧凑，效率较高。但对转子动力学性能、轴承系统及齿轮加工精度要求极高。 “S”型系列单级高速双支撑硫酸风机：叶轮悬于两支撑轴承之间，转子稳定性好，适用于高转速、高压比的工况。是当前大型硫酸装置的主流机型之一。 “AII”型系列单级双支撑硫酸风机：与S型类似，同为双支撑结构，可能在具体轴承配置、密封形式或冷却方式上有所差异。 “AI”型系列单级悬臂硫酸风机：这是本文重点讨论的类型。其叶轮安装在主轴的一端，呈悬臂状，另一端由轴承箱支撑。结构相对简单，轴向尺寸短，便于安装和维护。但对转子的动平衡精度、轴的刚性以及支撑轴承的承载能力要求非常严格。

1.2 AI300-1.35风机型号深度解读

参考您提供的型号解释规则，我们对“AI300-1.35”进行逐项分解：

“AI”：这是机型的系列代号。它明确标识了此风机属于“单级悬臂硫酸风机”。“A”通常代表悬臂式（Overhung），“I”可能代表单级（Single Stage）或特定的设计序列。这种结构意味着风机只有一个叶轮，且该叶轮像伸出的手臂一样安装在轴的一端，另一端的轴承负责提供支撑。这种设计简化了结构，减少了潜在的泄漏点，但要求转子具有极高的平衡精度和稳定性。 “300”：这表示风机在设计工况下的容积流量，单位为“立方米每分钟”。即，此风机在进口状态（特定温度、压力）下，每分钟能够输送300立方米的介质气体。这是风机选型的核心参数之一，直接对应生产工艺的气量需求。需要强调的是，此流量是容积流量，实际质量流量会随进口气体的密度（与温度、压力、成分有关）而变化。 “-1.35”：此部分定义了风机的压力参数。根据规则，对于没有“/”符号的型号，它表示的是风机的“出口绝对压力”，单位为“标准大气压（atm）”。因此，“-1.35”意味着该风机出口处的绝对压力为1.35个大气压。

这里需要引出关键概念：风机压升（或压比）。

进口压力：根据规则，未标明进口压力时，默认为1个标准大气压（绝压）。 出口压力：明确为1.35个标准大气压（绝压）。 风机压升：出口绝对压力减去进口绝对压力，即 1.35 atm - 1.00 atm = 0.35 atm。换算成常用单位，约为 35.4 kPa 或 约3600 mmH₂O。这是风机实际需要产生的压力增加值。 压比：出口绝对压力与进口绝对压力之比，即 1.35 / 1.00 = 1.35。这个参数对于离心风机的性能分析和选型同样重要。

作为对比，您提到的示例型号“C300-1.14/0.987”则提供了更完整的信息：“-1.14”表示出口绝对压力1.14 atm，“/0.987”表示进口绝对压力0.987 atm（可能是由于进口滤网阻力或当地大气压较低）。其压升为 1.14 - 0.987 = 0.153 atm，压比为 1.14 / 0.987 ≈ 1.155。可见，AI300-1.35的风机压升（0.35 atm）远高于C300-1.14/0.987（0.153 atm），说明AI系列悬臂式风机通过提高转速或优化叶轮设计，能够实现更高的单级压比。

综合来看，AI300-1.35表示这是一台单级悬臂式结构的硫酸离心鼓风机，设计流量为300立方米每分钟，在进口压力为1标准大气压的条件下，能将气体压缩至出口压力为1.35标准大气压，其产生的压升约为0.35个大气压。

第二章 AI300-1.35风机核心配件解析

一台完整的AI型硫酸风机是一个复杂的系统，主要由转子组件、定子组件、轴承润滑系统、密封系统、冷却系统以及监测控制系统等构成。下面将对其核心配件进行详细说明。

2.1 转子组件

转子是风机的“心脏”，其性能直接决定整机效能。

叶轮：这是能量转换的核心部件。对于输送含二氧化硫的腐蚀性气体，叶轮材质至关重要。通常采用高强度、耐腐蚀的合金钢，如316L不锈钢、2205双相不锈钢，或者在更苛刻的工况下采用高牌号双相钢（如2507）甚至哈氏合金。叶轮型线经过精密流体力学计算设计，以追求高效率和高压力。制造工艺多为整体精密铸造或数控铣削加工，确保型线准确和内部组织致密。动平衡等级要求极高（通常达到G2.5或更高），以减小振动。 主轴：负责传递扭矩并支撑叶轮旋转。要求具有高强度、高刚性以及良好的韧性。材料常选用42CrMo等优质合金结构钢，并进行调质处理以获得良好的综合机械性能。与轴承、密封配合的轴颈部位需要精磨处理，达到很高的尺寸精度和表面光洁度。 联轴器：连接风机主轴和电机轴，传递动力。常用的有膜片式联轴器（允许一定的径向、角向偏差，不传递附加弯矩，维护方便）和齿式联轴器（承载能力大，但需要润滑）。在AI悬臂结构中，对联轴器的对中精度要求尤为严格，以减小对风机轴承的附加载荷。

2.2 定子组件

定子构成气体流道和支撑结构。

机壳（蜗壳）：容纳叶轮，并将叶轮出口的气体动能有效地转化为压力能。其流道型线同样经过优化设计。材质需与叶轮匹配，具有良好的耐腐蚀性，通常与叶轮采用相同或相近的材质系列。机壳通常设计成水平剖分或垂直剖分式，便于内部检修。为了承受气体压力和控制变形，机壳具有足够的壁厚和加强筋。 进气室/导叶：引导气体均匀、顺畅地进入叶轮进口。有些设计会包含可调导叶，用于调节风机的流量和压力，实现变工况运行节能。

2.3 轴承与润滑系统

轴承是转子的“双腿”，其可靠性至关重要。

轴承：AI悬臂结构的风机，其非驱动端的支撑轴承通常采用径向滚动轴承（如双列向心球面滚子轴承）以承受径向载荷和一定的轴向载荷。而靠近叶轮端的轴承则需要考虑转子的轴向定位，可能采用角接触球轴承或推力轴承来承受主要的轴向推力。轴承的选型必须基于精确的载荷计算和寿命要求。 润滑系统：为保证轴承在高速下长期稳定运行，必须有可靠的润滑。中小型风机可能采用脂润滑，但AI300-1.35这类功率较大的风机几乎都采用强制循环油润滑。系统包括主/辅油泵、油箱、冷却器、过滤器、安全阀及复杂的仪表控制（如油压、油温监测和报警连锁）。润滑油不仅起到润滑作用，还承担着带走摩擦热和轴承产生的热量的重要任务。

2.4 ***轴封***系统

防止机内气体外泄和外界空气吸入，对于有毒的SO₂气体尤为重要，同时也要防止润滑油泄漏。

迷宫密封：是最常用的级间密封和轴端密封形式。由一系列环形齿片和膨胀室组成，利用节流效应来减小泄漏。材料通常为铝或铜等软金属，避免与轴发生摩擦时损伤轴颈。 浮环密封（或碳环密封）：在压力较高或对泄漏要求严格的场合使用。浮环在压力油的作用下与轴保持微小间隙，实现动态密封。 机械密封：在一些新型或特殊设计的风机上应用，能实现几乎零泄漏，但结构复杂，成本高，对安装要求极高。 气体密封系统：对于极其危险或贵重的介质，可能会采用引入惰性保护气（如氮气）的阻塞密封系统，确保工艺气体无外泄。

2.5 冷却系统

风机运行中，气体压缩会产生热量，轴承摩擦也生热，需要有效冷却。

气体冷却：对于压比较高的风机，有时会在机壳设置夹套，通入冷却水对压缩过程的气体和机壳本身进行冷却。 润滑油冷却：润滑系统必须配备油冷却器，通常为管壳式或板式水冷却器，将润滑油温度控制在允许范围内（如45-55℃）。 其他冷却：电机、齿轮箱（如果有时）等也各有其独立的冷却系统。

第三章 AI300-1.35风机常见故障与修理流程解析

风机的修理并非简单的零件更换，而是一个基于系统诊断、精密修复和严格验证的系统工程。

3.1 常见故障模式分析

振动超标：这是最常见的故障现象。原因可能包括：
转子不平衡：叶轮腐蚀、磨损、结垢不均匀或修复后动平衡未达标。 对中不良：风机与电机联轴器对中超差，产生附加应力。 轴承损坏：疲劳、磨损、润滑不良导致游隙增大或保持架断裂。 基础松动或共振：地脚螺栓松动或设备固有频率接近工作转速。 动静件摩擦：密封件磨损或轴承间隙过大导致叶轮与机壳摩擦。
轴承温度高：
润滑问题：油量不足、油质劣化、油路堵塞、冷却器效率下降。 轴承本身问题：安装过紧、游隙不当、轴承损坏。 载荷过大：对中不良、叶轮结垢增重导致负载增加。
性能下降（压力/流量不足）：
叶轮磨损/腐蚀：效率降低。 密封间隙过大：内泄漏严重。 进口过滤器堵塞：进气阻力增大，入口压力降低，导致质量流量下降。 转速波动：电机或传动系统问题。
气体泄漏：
***轴封***失效：迷宫密封磨损、浮环密封卡涩、机械密封损坏。 机壳结合面泄漏：垫片损坏或螺栓紧固力不均。

3.2 系统性修理流程

第一步：停机隔离与拆前准备

严格执行安全规程，切断电源，挂“禁止合闸”牌。 关闭进出口阀门，进行工艺介质隔离、吹扫、置换（特别是SO₂风机，必须彻底置换并检测合格）。 放净润滑油。连接必要的起重设备。 详细记录拆前对中数据、各部间隙（如推力间隙）的初始值。

第二步：解体与清洗

按顺序拆卸联轴器护罩、联轴器、进出口管道、仪表探头、润滑油管等附件。 吊开上机壳（对于剖分式）。小心吊出转子总成，放置在专用的支架上，避免损伤叶轮和轴颈。 使用专用工具拆卸轴承。 对所有零件进行彻底清洗，去除油污、结垢。对精密零件使用煤油或专用清洗剂。

第三步：全面检查与测量
这是修理的关键环节，决定修复方案。

叶轮：宏观检查有无裂纹、腐蚀、磨损痕迹。进行无损探伤（PT渗透或MT磁粉探伤，必要时进行UT超声波探伤）。测量叶片厚度、出口宽度等关键尺寸，评估磨损量。检查动平衡状态。 主轴：检查直线度（跳动量），重点检查轴颈、密封段的尺寸精度和表面粗糙度，有无拉毛、磨损沟槽。 轴承：检查滚道、滚动体有无点蚀、剥落、变色，保持架是否完好，测量游隙是否超标。 密封：测量迷宫密封齿顶间隙，检查有无摩擦痕迹。检查浮环、碳环的磨损情况。 机壳：检查流道有无腐蚀、冲刷痕迹，密封槽是否完好。检查水平度。 润滑油系统：清洗油箱、油路，检查油泵、冷却器、过滤器等附件性能。

第四步：修复与更换
根据检查结果制定方案：

叶轮：轻微腐蚀磨损可进行打磨修复并重新进行高速动平衡校正。若损伤严重（如叶片减薄超过壁厚1/3、出现裂纹、变形严重），则必须更换新叶轮。新叶轮必须经过材料复验、无损探伤和精确的动平衡。 主轴：若弯曲超标需进行校直或更换。轴颈磨损可采用镀铬、热喷涂等工艺修复至原尺寸，并精磨。 轴承、密封：通常视为易损件，大修时建议无条件更换新件，确保可靠性。 机壳：结合面若不平可进行研刮。腐蚀严重的部分可进行补焊修复（需注意焊接工艺防止变形和晶间腐蚀）。

第五步：回装与对中

按解体的逆顺序进行回装。所有配合面、螺纹孔清理干净。 更换所有O型圈、垫片。 安装轴承时采用合适的方法（热装或液压工具），确保到位，并测量初始游隙。 转子就位后，测量并调整叶轮与机壳的轴向、径向间隙，确保符合图纸要求。 最关键的一步是风机与电机的精确对中。必须使用百分表或激光对中仪，在冷态下进行，并充分考虑电机运行时温升带来的热膨胀量，进行预偏移补偿。对中精度需达到厂家标准（通常径向和端面偏差均在0.05mm以内）。

第六步：调试与验收

恢复油系统，启动辅助油泵，检查油压、油路是否正常。 手动盘车，确认转动灵活，无卡涩摩擦声。 连接联轴器，点动电机检查转向是否正确。 空载试运行：逐渐升速，监测振动、轴承温度、油温等参数，直至额定转速。稳定运行一段时间，各项指标合格。 负载试运行：缓慢关闭出口阀门（或导入工艺气体），逐渐加载至额定工况。全面监测性能参数（流量、压力、电流、振动、温度等），与设计值或大修前数据进行对比，确认性能恢复。

结论

AI300-1.35型硫酸离心鼓风机作为单级悬臂式风机的典型代表，以其结构相对简单、维护便捷的特点，在特定的硫酸生产工况中发挥着重要作用。深入理解其型号编码背后的技术含义，是进行正确选型、操作和维护的基础。对其核心配件，从耐腐蚀的叶轮、高精度的转子，到可靠的轴承润滑和密封系统，每一个细节都关乎整机运行的寿命与效率。

而风机的修理工作，更是一项严谨的系统工程。它要求技术人员不仅具备扎实的理论知识，还要有丰富的实践经验。从故障现象的精准判断，到解体检查的明察秋毫，再到修复方案的科学制定，以及回装调试的一丝不苟，每一个环节都容不得半点马虎。建立预防性维护体系，定期进行状态监测，推行计划性大修，防患于未然，是保证硫酸风机长周期、安全、稳定运行的根本之道。希望通过本文对AI300-1.35风机从型号到配件再到修理的全面解析，能为同行在实际工作中提供有益的借鉴和参考。

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