第一节      TURBOMAX韩国单级高速鼓风机工作原理及结构特征

一、  产品优势描述

原有鼓风机空气压缩机是以齿轮加速方式使用的，它需要齿轮，轴承和润滑系统，且机械摩擦产生有极大的能量耗损，噪音等问题。 TURBOMAX空气悬浮离心鼓风机解决了这些问题，它有3大核心技术：高效空气悬浮轴承，永磁同步超高速电机及空气冷却系统，铝合金AL7075（航空铝材）精密铸造的高精度叶轮。

TURBOMAX空气悬浮离心鼓风机，不需要齿轮箱增速器及联轴器，由高速电机直接驱动，而电机采用变频器来调速。鼓风机叶轮直接与电机结合，而轴被悬浮于主动式空气轴承控制器上。因为没有物理接触和无需润滑油系统，所以TURBOMAX 空气悬浮离心鼓风机具有高效，节能，低噪音，运行可靠和长期无需维修保养的特点。  

（一） 节能高效

韩国单级高速空气悬浮离心鼓风机使用了空气悬浮轴承，直联技术，高效叶轮，永磁无刷直流电机，无额外的摩擦。风机根据输出的（风量可调范围40-100%）自动调整电机功率的消耗，保持设备运行的高效率。

（二） 无振动，低噪音

采用空气悬浮轴承及电机直联技术，无振动产生，风机不需要设置隔音装置；设备重量轻，不需设置特别基础，安装布置简单灵活。

（三） 无润滑油

风机采用了空气悬浮轴承技术，系统不需要润滑油系统，向电子，医药，食品等特殊行业提供干净的空气。空气轴承使用温度达到300度，油性轴承系统的所有弊端已成功解决。

（四）无保养

没有传统风机所必需齿轮箱及油性轴承，我们所采用的一系列高新技术叶轮与电机不使用联轴器，直接连接，智能控制系统，关键部件采用钛合金和AL7075（航空铝材）这些技术保证了设备是无保养的，降低了用户的维护成本，提高供气系统运行的稳定性。

（五）运转控制便利

可在个人电脑上对风机转数，压力，温度，流量等进行自检并定压运转，负荷/无负荷运转，超负荷控制，通过防喘振控制等实现无人操作。风机通过调整叶轮的转数调节流量。根据吸入空气的温度和压力变化，调整转数可以轻易的调节流量。可以自动和手动调整流量。

（六）设备安装空间小

空气悬浮离心鼓风机设备重量轻，设备尺寸小，安装简便，可以大量地节省用户的建筑及辅助电气控制系统投资。

另外，空气悬浮鼓风机含有更多特性：

1， 效率高，节能显著

   高效叶轮与超高速电机通过空气轴承采取直联方式去除了变速齿轮箱和润滑系统，无机械接触、无震动，运行噪音低，不需隔音罩。

    采用直流电机及调速控制系统，调节变转速，在风机的工作流量的范围内保持很高的效率。

2，节省空间，减少辅助设施投资

最小的风机房面积；设备重量轻，基础施工简单，安装时不需起吊装置；同时，可以根据需要选用方便的布置方式，比如可以直接在曝气池上设鼓风机房，可节省管道投资，减少管道阻力损失。

3，操作简单、自动化程度高

 风机本身对转速、压力、温度、流量等进行自检，有防止喘振功能等，可实现无人操作；在风机的工作区域内，根据外部控制信号自由调节风机风量、风压的输出。

风机房不需要单独配备就地控制柜、软启动柜，风机本身集成了就地控制系统；风机房设立的主控制盘通过电脑CPU可以自动连续调整压力、流量、控制开启、问题报警等，实现单台、多台同时联动自动控制作业。同时也可由远程中央控制室控制。

相关的技术人员经过简单培训，根据操作手册的程序设置，风机即可自动投入运行并实现无人操作。

4，设备可靠性高

采用三大领先科技技术，PMSM超高速电机、HAFB (HydroDynamic 

Air Foil Bearing) 动压空气轴承技术（去除由于变速箱、油路润滑系统、复杂的控制系统故障）和独特的冷却系统；关键部件选用精良的材料(叶轮采用AL7075高强度航空铝材、轴使用钛合金材料)；通过标准化生产，确保设备性能稳定优异、可靠性高。

二、韩国单级高速TURBOMAX空气悬浮离心鼓风机构造

TURBOMAX风机是由离心涡轮鼓风机，超高速BLDC电机，直流电机控制变频系统，就地控制器等构成的，内含装置结构如下：

（一） 涡壳

   使用铝合金（AL-Alloy )铸造的涡壳，效率高。在吸入侧呈水平方向，在出口侧呈垂直方向或水平方向。

（二）高精度叶轮

   叶轮选用AL7075（航空铝材料），由Lost-wax 工法精密铸造制作而成的，并经过严格的测试。叶轮与电动机采用直联方式连接。

 1.1 素材：AL7075（高强度航空铝材）具有优秀的耐磨、抗变形能力。

 2.1 连接方式: 叶轮与电动机采用直联方式连接；

 3.1轴使用钛金属材料，叶轮效率可达92%； 

 4.1叶轮使用寿命达30年以上。

（三）无油空气悬浮轴承

   空气悬浮轴承主要包括径向轴承以及止推轴承等部件。启动前回转轴和轴承之间有物理性的接触，启动时回转轴和轴承相对运动，以形成流体动力场，在径向轴承内此流体动力形成浮扬力。该浮扬力使回转轴处于悬浮状态而达到回转自如的目的。这种轴承与传统的滚珠轴承不同，运行时回转轴和轴承之间没有物理接触点，所以无需润滑油，能量损耗极低，效率极高，适用于多种工作环境。这种技术可以应用于转速高达100,000 rpm的大功率高转速机械。经过严格测试，表明该轴承的启动次数可达到20,000次以上，完全符合设计以及实际应用要求。

（四） 超高速电机( PMSM) 

 超高速回转型电机（1-20万转/分钟），没有机械接触(寿命长)、效率高、噪音低；效率高达97%。

大容量的PMSM 发动机(30马力- 400马力) – 采用世界先进的永磁同步电机技术，支持高速回转使用适当的轴承时回转轴以 20,000 - 200,000 回转数可以实现高速运转。

（五）空气冷却装置

   冷却方式为空气自动冷却式，直联式无需齿轮箱、润滑油系统，满足高温下正常运行。

（六） KEB变频器调速系统

   - 全球领先的变频调速技术 

 - 本体触平显示  远程控制

   - 丰富的面版可以输入数码信息

（七）风机控制系统

  7.1就地控制面板

  为使用者操作简便，操作面板显示风机工作的一切运转数据，具有手动操作功能、并设有报警装置。

为了保持最佳的运转状态，在风机内部设有风量和压力自动、手动调节系统，并设防喘振功能等保护功能。

  7.2变频智能调速控制系统

  风机内部集成的高精度压力传感器与PID调节系统共同作用，通过模糊控制的方式，使风机运行在最经济的运行状态，并且通过主控柜系统的配合，实现单台至多台风机的组合控制。

（八） 机体内制放空阀

   风机采用机体内气动放空阀，无需附加空气压缩机，可确保风机在断电或非正常情况下安全停机，美观大方。

（九） 外箱

 外箱亮丽、美观，并具有防腐、防尘并起到支撑保护内部装置的作用。

第二节TURBOMAX鼓风机主要技术性能

一， 叶轮 

我公司的研发设计中心，拥有10多年的航空涡轮机械、引擎以及透平机械开发设计经验。我们设计的每一型涡轮叶轮都经过计算机三维模拟，效率高达88%。根据不同需要进行叶轮切割，可以得到特定需要的工况范围。设计采用变频调节方式而摒弃了导叶片调节方式，使鼓风机的可调节范围更宽

从下图能看到轮叶的性能特点曲线图。.  如假设鼓风机在下图的 A点上动作的话，叶轮以额定最大速度的90%旋转， 这时，可以分别通过横轴和纵轴上可以清晰的看到空气流量和压力。 

在叶轮以一定速度旋转的RPM 模式(Auto-Speed mode)里， 如果出风压力有变化的话， 动作点 A会跟着以 0.9表示的速度线移动到另外线，所以出风空气量也会变。.  即, 为了出风压力增加时保持一定的空气流量，应该增加电机的转数。  相反, 在POWER 模式(Auto-Power mode)上运转时，运转点会跟着出风压力和流量的变动能维持同样的马达电源消耗的方向移动。还有在定压模式 (Auto-Press mode)或定量模式上 (Auto-Flow mode)为了保持运转点 ‘A’的压力或流量，旋转数可能会增加或减少。

设想一下涡轮式鼓风机给污水处理现场提供通风(aeration)的情况。.  在RPM 模式 水槽的水位上升的话，出风压力也会跟着上升所以动作点A沿着同样的速度线如上图会向 ‘气涌极限 (surge limit)’ 方向移动。 

动作点A达到 气涌 极限， 产生“气涌”现象。此时，可能造成突发的出风压力和流量的减少，还会造成通过整个鼓风机才能转达的严重的喘动，重则会造成风机的损坏。.

二，空气悬浮轴承HAFB(HydroDynamic Air Foil Bearig)

 空气轴承是由轴回转时形成的压力在轴周围产生的空气使轴浮扬。原有的高速涡轮机械必需使用的复杂的油性轴承和油线以及油过滤器等，而空气轴承都不需要，所以简化了系统而且排出的空气里决不会有油的成分，避免再次污染，是真正的免润滑油鼓风机。

 空气悬浮轴承的原理：

     启动前轴和轴承之间有物理性的接触，启动时轴和轴承相对运动以产生空气压力，轴回转的时候, 轴周围的空气流动（速度能量）变换成压力，使回转轴自转，在轴达到一定的回转速度时（3000-5000RPM）空气压力使得轴浮扬，并起到润滑作用。空气轴承与滚珠轴承等不同，无物理接触点，所以无需润滑油，几乎没有能源的损失，因而可以提高系统的效率。 

三， 超高速马达 PMSM MOTOR 

大容量的PMSM发动机(30马力- 400马力) – 采用世界先进的永磁无刷直流电机技术，支持高速回转使用适当的轴承时回转轴以 20,000 - 200,000 回转数可以实现高速运转，

发动机的效率可达 97% 。永磁同步电机配以高性能高速实时数字控制器构成的调速装置，系统控制简单，高效节能，转速平稳，噪音低，是节能型绿色环保产品。

直流电机具有最优越的性能，主要表现在调速方便（可无级调速），调速范围宽，低速性能好（启动转矩大），运行平稳，噪音低，效率高。 由于 电动机的体积小，结构简单，  效率高、无转子损耗，所以目前已得到广泛的应用。其特点为： 可以无级调速，工作转速范围大，寿命要大大高于传统电机，而且噪音低，可满足各种运行模式下的转速要求

四， 空气冷却技术

本鼓风机采用空气自冷却技术，空气流道设计合理而巧妙，并以卓越的航空机械设计制造技术配套设计有电机散热翼翅，200-400HP以内大机型设有冷媒内循环系统，因此无需另设冷却风扇或补充冷却水。这种冷却设计可以确保鼓风机在炎热的夏季仍然保持其出众而可靠的工作性能

五，电机变频调速系统

最佳的安全性

   - 最佳的设计结构以及最佳的安全性

   - 在超高速运转过程中也毫无故障      

   - 全球领先的电机变频调速技术

 高效率高性能

   - 精确的速度调解

   - 适合VCCPlus 技术的高性能变速控制

   - 180%的最高运转

   - 高效率 : 98%以上

 多样的功能

   - 本体触屏显示

   - 远程控制

   - 丰富的面版可以输入数码信息 

 各种规格及认证

   - (EMI), (RFI)

   - CE, EMC　

 产品事项

    -功率 : 20 ~ 300HP

   - 电源 : 3相, 220~440V / 50,60Hz

   - 效率: 98~99%

   - 保护等级 : IP20, 54

六， 控制系统

 （一） 就地控制

为使用者操作简单，操作面板显示工作的一切运转数据，具有手动操作功能，并设有报警装置。为了保持最佳的运转状态，在风机内部设有风量和压力自动，手动调节系统，并设防喘振功能等保护功能。

Modbus为使用最广泛的汎用协议，Modbus协议支持典型的RS232/RS485/RS422 装置和最近开发的以太网装置。 所以，现在大部分产业用装置(PLC, DCS, HMI, 仪器等)使用Modbus作为通信标准。 本社的装备也支持使用RS485 (2线式) 的Modbus RTU 协议，还支持使用以太网链接的Modbus TCP协议。

- 控制器在控制板，由2个板(CPU, IO)来组成。

- CPU 板: Atmega128 (Flash ROM, EEPROM), Communication circuit, LCD I/F,

Inverter I/F

- IO 板 : sensor signal conditioning, Actuator control

- 特别安装了支持Modbus TCP 协议的以太网模块。

- 支持Modbus RTU 协议，应该安装把RS485 信号变换为RS232的独立的通信变换器。

▪ RS485  连接 (MODBUS RTU)

Modbus模块使用半双工，多重点(Half duplex, multi point)，规格根据EIA-485规格。 从盘鼓风机跟host (主盘)PLC的485 通信卡用2线连接来通信，此时在从盘的鼓风机上应该设定不重复的固有地址。  最大 32个装备可以通过专用电缆连接，连接电缆的终端电阻一般使用120Ω来维持通信线路的平衡和防止信号冲突。

 ▪以太网连接(MODBUS TCP)

使用倒利用UTP 电缆连接LAN (Local Area Network)的网络上，在最大100M以内连接装备

从盘鼓风机装备应该具有固有的固定IP，应该随时等待与主盘连接，有要求连接时允许要求，根据命令帧传送应答信息。 装备的IP通过EzConfig程序，可以根据网络来设定，而且可以确认电气连接状态。

（二） MODBUS组成

Main Controller

- CPU : Atmega128

- IO: Signal conditioning

TCP/IP 变换器hksrl

RS232/485 变换器

LCD Display

Inverter

M

RS485 highway

LAN

通过ModbusPLC从涡轮式鼓风机可以获得以下装备控制及运转信息。 数码信号(ON/OFF)会读取运转选择，运转状态，运转模式里的状态信息，可以指定启动，停止的运转命令。 模拟信号有传感信号输入及运转设定。 详细内容如下。

< Word Read : function 3 >

-        显示传感器输入信息(过滤压力差, 出风压, 吸入温度, 流量, 旋转数…)

-        反馈现在运转设定值(Set Value)

-        运转状态 (0=wait, 1=ready, 2-start, 3-run, 4-stop, 5-error)

< Word Write : function 6>

-        运转设定(LAN 运转选择时，设定对各运转模式的SV值)

-        运转(1234=start, 4321=stop)

（三）MCP  跟踪联锁控制模式

MCP系统配置多台鼓风机时每台鼓风机可以单独接受现场曝气池DO（溶解氧）信号连锁控制，也可以将多组DO信号汇总整合后控制鼓风机开启台数及设定运行工况，再将总风量根据各曝气池反映的DO信号进行合理分配。