新型节能高压水泵和高压风机

胡显澄

（广东 广州510000）

目前，我国电力供应不能满足生产和生活需要以致影响国民经济的持续发展。要解决这矛盾一方面要节能。要对现有耗电多的设备进行改造以节约能源。另方面要加快发电设备的生产与安装，以便迅速增大发电容量来提供充裕的电力。这两方面涉及的问题很多，而且面也很广。非简单地完成几项措施就可以解决。但最好从容易办到而成效较大的方案着手。为此，本文提出研制新型节能高压水泵和高压风机。希望国内有远见的厂家作为新产品研发而采用。这不但对当前电力供应矛盾有缓解作用，并可为将来设备更新和发展创造条件。

在能源冶金和化工工业，使用的高压水泵和高压风机一般都是容量大耗能多和不停地运行的设备。这些设备如采用有效的节能措施，对降低生产成本、缓解电力供应的紧缺都有一定作用。现先从高压水泵说起。它们都是多级离心式水泵。其内部构造是由多级离心叶轮安装在同一轴上，用外壳分隔并串接多级离心式叶轮于一个壳内。它的横断面上半部如图（1）所示。

水流从水泵进水管导向叶轮入口，经叶轮旋转力作用下向外流入外壳，转弯后再导向下级叶轮进口。如此逐级地流过去。最后经出水管引出。水流在整个水泵内流经外壳固定部分的通道是急转弯，而且截面不断扩大和收缩。水流经过要遇到很大阻力，消耗不少能量。能量消耗随流速的增快（容量增大）和叶轮的级数增多而迅速增加。要使高压水泵降低能耗达到节能效果。就要对造成内部损耗的水流阻力损失尽可能减少。办法是将这段通道改为蜗壳型旋流，避免急转弯和扩大收缩通道，使水流经时速度均匀，并利用进口蜗壳使水旋流利用它的动能降低进口能耗如图（2）所示。

图2

图3

新型水泵每级叶轮出口的外壳截面成蜗壳型。水流经叶轮外径周缘向蜗壳流动时，沿四周导向上方出口斜接入下级叶轮进口蜗壳。水流经出口和进口蜗壳速度基本均匀。两者之间没有急转弯。从流体力学观点来说，这样的通道水流经过时阻力最少。内耗的降低提高了水泵的经济性能。换言之，在相同条件下新型水泵需用的功率比目前的水泵所用的功率少。级数多流量大时尤为显著。这样改进外壳造型就能使高压水泵节能 是比较容易做到的事。

图1

图4

高压风机就不像高压水泵以多级离心式高压水泵占绝对多数。它整体效率低，是由于它叶轮提升压力因气体密度小在离心力作用下能产生的风压低，而级间连接阻力大。这两者之间的比例远较高压水泵为高。它的经济性比不上大小各种高压风机。如活塞式风机，罗氏风机和轴流涡轮风机等。以多级离心风机与涡轮风机作比较，就单级叶轮而言，两者的经济性能相差不远。但串接而成高压风机之后。两者的效率差距变大。串接级数越多差异越大。这主要是涡轮式叶轮串接时上下级之间很少能耗损失。它串接拾数级之后其效率仍较要达到同样风压而只串接几级的离心式风机的效率为高。其实，高压涡轮式风机制造困难、造价高、运行条件要求严只是它的经济性能较优越而得到普通使用。因此提高多级离心式风压机的经济性能不但是现有风机节能需要，也为它广泛得到应用而创造条件。

提高串级离心压风机效率与提高串级高压水泵采用相同的途径-尽量降低级间连接通道对气流造成的阻力。通道要造成流线型。考虑到风机单级提升压力有限，高压风机因出口压力高而要串接成拾多级以上时。新型离心式压风机应如（3）图，结构紧凑而合理。

多级离心式压风机的叶轮依次分别交错地安装在两根平行轴上。两轴以相同的旋转方向转动。这两轴可以用齿轮箱与电动机连接或分别由两个电动机带动。前后级蜗壳是对称地前后排列。也就是说前级气流由下方流入次级时，次级气流由上方再流入下一级。这样气体流过多级离心式压风机的立体通道是近似一螺旋曲线。其流线短而无急转弯如（4）图所示。

图5

图6

气体密度对离心式压风机的出力有密切关系。叶轮转动使气体流经后提高的压力与密度成正比例。从第一级开始，如进口通道阻力稍有增大就会使吸入气体密度降低而使这级提升压力有所下降。另外，随着级数的增加，每级气体的密度逐渐增大。后级提升的压力比前级大。考虑到以提高气体密度以促使风机压力进一步提高，可以加装入口抽气增压器其系统。

这样系统的运行特性与活塞式压风机或罗氏风机相似。流量很少时出口压力可以提升很高。它的应用范围十分广宽。从小流量高压力到大流量中等压力这广宽范围都可使用。

前面所说的是新型高压水泵和高压风机的节能效果。现在再谈利用新型高压风机与涡轮机配套成燃气轮机发电以加快发电设备的制造与安装问题。燃气轮机作为中等容量的动力已开始广泛用于大型轮船上。它的优点是比蒸汽轮机成套设备从制造和安装总的工作量较少。即投资少 见效快。作为目前大容量汽轮机发电设备的补充措施，燃气轮机是比较理想的设备。目前它不能普遍应用于发电设备主要是它的运行成本高，燃料费用大。要提高其经济性能先要提高其内热效率。方法是提高压缩空气的压力和燃烧后的温度。其次是提高综合热能利用。由于它的排气温度高可以利用余热加热成蒸汽供发电或供热用。现在着重就提高压缩空气的压力而采用新型离心式高压风机作为燃气轮机配套用的空气压缩机作说明目前燃气轮机都是采用涡轮式空气压缩机。由于它单极提升压力十分低，目前已经串接到二三十级之多。要进一步提升压力从制造方面已相当困难，且由于压力进一步提高，其后段级间泄漏损失增大，其经济性将迅速下降. 采用新型高新式高压风机就容易解决这问题。其结构如图（5）。

用离心式风压机代替涡轮式风压机，从制造方面来讲，生产较容易。生产成本可以降低。从运行方面来讲，调整超负荷不单靠调整燃料，也可同时调整风量。这样在低负荷时运行经济性能可以提高同时它可以向高压大容量发展前景会更广宽。