高效机翼型叶片在空气冷却器风机上应用

蔡珂玮，吴洪良

（1.中国石化塔河炼化有限责任公司，新疆库车 842000；2.江苏中金环保科技有限公司，江苏宜兴 214200）

空气冷却器是石化企业不可缺少的重要设备，在石化行业大量应用，而且一般采用轴流风机输送空气冷却热流体。一般轴流风机普遍叶型简单，长时间运行后，叶片易磨损、腐蚀、老化，叶片的强度与性能下降，效率低，能耗高，维护成本高。为了降低风机能耗、提高风机稳定性，可选用高效机翼型风机叶片替换原风机叶片，达到节能降耗的目的。

1 现状

空气冷却器利用空气流动与热流体换热，风机以国内产品为主，风机叶片结构简单，设计的全压效率在75%左右，实际工作点偏离最高效率工况点，高效工作范围较窄，运行效率普遍不到71%。风机配套电动机容量选取偏大，大马拉小车，降低了电动机的负荷率。风机使用中采用了不适宜的或效率低的调整方式，降低了风机的调节效率。风机以露天安装为主，在运行过程中遇到大颗粒物或雨滴，易造成强度较低的叶片受损，导致风机功率下降，能效降低。风机叶片叶型设计不能达到最优，噪音大、空气流动损失大、不易维护、耐腐蚀性差，使用年限短。风机本体效率低，风机与系统不匹配。

2 高效机翼型叶片风机特点

机翼型轴流风机运用空气动力学原理，通过CFD流场计算和模型机试验，叶型采用先进的全三维弯、扭、掠技术，沿叶片高度的叶型最大厚度、弦长、弯角和攻角的分布进行优化，保证了叶片在较宽的工作范围内具有非常低的流动损失，有效抑制了叶轮的二次流动损失。升阻比大、无二次流动、高效工作范围宽、低噪音、节能率达到10%以上。

2.1 高效性

运用空气动力学原理，借鉴航空领域风扇/压气机气动性能设计技术，选用先进的航空低速翼型，抑制翼型的二次流动损失，对二维翼型进行合理径向积叠，将优化的二维翼型通过采用弯、扭、掠等三维造型技术，优化沿叶片高度的叶型最大厚度、弦长、弯角和攻角等参数的分布规律，抑制叶轮的二次流动损失，提高叶轮的升阻比，效率提高到86%～90%。

2.2 可靠性高

叶片采用CFRP碳纤维＋FRP玻璃钢复合材料，应用聚乙烯涂层，具有重量轻、强度良好、更高推力重量比，抗老化能力强，不易磨损，风机效率不随使用年限增加而降低。与铝合金或钢制叶轮相比较，在动力学条件下，安全因素超出10倍。在组装风机之前进行动平衡测试，风机叶片和轮毂单独进行测试，保证运转时无振动现象，转动平稳。风板的侧面采用无回声材料，原料阻尼值高，1 米处声压级噪声可小于85 dB（A）。

2.3 节能率高

为适应原风机不同系统阻力，机翼型风机叶片根据原风道系统中相同工况，应用空气动力学原理，设计相对应的高效机翼型风机叶片，使其达到最佳运行效果。可实现风机节能率达到10%～20%，节能效果十分明显，短期内可收回成本。

3 节能率计算

根据风机定律：风机的功率与风量三次方成正比，在电机其他运行参数（电压、功率因素、效率）和进气密度不变时，风机运行电流与风量三次方成正比。

式中：η 节能率，%；Q1改造前风量，m3/h；Q2改造后风量，m3/h；Ⅰ1改造前运行电流，A；Ⅰ2改造后运行电流，A；Ⅰ3改造前风量由Q1增加到Q2，则电流变为Ⅰ3（Ⅰ3为中间假设值），A。

4 应用效果

塔河炼化公司原定将190 台空气冷却器风机叶片更换为高效机翼型叶片。为了考证高效机翼型叶片的节能效果，先期对2#加氢装置6台风机和连续重整装置12台风机进行更换。18台空气冷却器风机改造前后现场测试数据对比见表1。

根据改造前后测定的数据，E210B/C 两台风机在改造前皮带打滑，运行状况不良，改造后节能率较高。

表1 改造前后测试数据对比

2019 年5 月对18 台风机进行了改造，改造后，设备运行状态稳定。改造后风量大于改造前风量，风量平均提升14%，噪音减小，满足现场使用要求，改造后节能率平均为25%，达到了节能的目标。

5 结论

通过现场实际应用高效机翼型叶片后，在保证空气冷却器风机能力条件下，风机运行平稳，节能率达到20%以上，电机功率保持不变的情况下，通风量比改造前提高，节能效果显著。

空冷风机在钢铁、制药、石化、煤炭等企业有着广泛应用，对新上装置，建议设计院、业主方有必要进行一些有益的探索和试验，采用高效风机叶片。对已投运的空冷风机叶片，通过改造选用高效风机叶片可提高风机运行效率，降低能耗。