耐磨工程陶瓷在引風(fēng)機(jī)和排粉風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用

信息來源：發(fā)布時間：2020-08-19閱讀：335

引風(fēng)機(jī)和排粉風(fēng)機(jī)由于磨損而嚴(yán)重影響其強(qiáng)度，因而要頻繁地更新維修，不但影響了其機(jī)械性能，而且縮短了使用壽命，有時甚至引發(fā)重大事故，這己成為火力發(fā)電廠安全運(yùn)行的主要隱患之一。

　　多年來，用過許多表面強(qiáng)化方法，包括表面堆焊耐磨材料、熱噴涂、噴焊、表面涂覆各種高分子涂料、表面淬火或化學(xué)熱處理等。以上各種工藝中，使用較多的是表面噴涂（如鎳基碳化鎢等）、噴焊（如Fe- 05等）和堆焊（如Fe-05、3A焊條等）等工藝。但表面噴涂所使用的材料硬度不是太高，耐磨能力也不太強(qiáng)，對于引風(fēng)機(jī)和排粉風(fēng)機(jī)來說，防磨能力很難令人滿意。噴焊工藝是在葉輪葉片上加焊防磨襯板，然后在收稿曰期：2005-其上噴焊耐磨材料（如Fe- 05等），這樣做易使風(fēng)機(jī)葉輪產(chǎn)生較大的變形，且局部的高溫也易產(chǎn)生應(yīng)力集中，這勢必影響葉輪的機(jī)械性能和強(qiáng)度，縮短葉輪的使用壽命。堆焊工藝（如Fe- 05、A焊條等），雖然熱影響及變形小于噴焊工藝，但因其防磨層面積有限，其耐磨效果也不太好。

　　與以上的這幾種防磨方式相比較而言，表面機(jī)械式固定加粘接陶瓷塊的新工藝由于不必輸入熱量，而且陶瓷塊的耐磨性能也比其它材料優(yōu)異，所以得到了廣泛的應(yīng)用。

　　2引風(fēng)機(jī)和排粉風(fēng)機(jī)的工況特點(diǎn)由于引、排粉風(fēng)機(jī)工作的介質(zhì)中含有大量的固體粒子（煤粉、粉塵等），而且很多是硬度較高的硬質(zhì)顆粒，它們以極高的速度運(yùn)動，在風(fēng)機(jī)葉輪葉片進(jìn)（氣）風(fēng)口、工作面、中（后）盤端面、葉片工作面與中（后）盤之間的焊縫等表面碰撞和摩擦，致使風(fēng)機(jī)快速磨損。由于很多電廠除塵效果不好，介質(zhì)中含塵量較大，葉輪在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下磨損加劇，而磨損破壞了風(fēng)機(jī)葉輪的運(yùn)轉(zhuǎn)平衡，降低了葉輪的強(qiáng)度，造成風(fēng)機(jī)劇烈振動，甚至發(fā)生嚴(yán)重的飛車事故。

　　3風(fēng)機(jī)的磨損部位及磨損機(jī)理3.1風(fēng)機(jī)的磨損部位如所示，風(fēng)機(jī)葉輪磨損的部位是靠近中（后）盤區(qū)域的葉片進(jìn)氣端、工作面、出口端、主焊縫及中（后）盤端面，其中進(jìn)氣端磨損最為嚴(yán)重。當(dāng)介質(zhì)氣體進(jìn)入葉輪時，運(yùn)動方向由軸向轉(zhuǎn)為徑向，且受其自身慣性的影響，較多的大直徑顆粒移動到中（后）盤，與中（后）盤端面發(fā)生碰撞，使之產(chǎn)生磨損。大部分小直徑顆粒由于自身慣性力較小，氣流粘性作用的影響相對較大，使顆粒與氣流的跟隨性增強(qiáng)，因此顆粒的運(yùn)動軌跡與氣流子午流線十分相似，使之沿與葉片進(jìn)口氣流角十分接近的角度進(jìn)入葉輪。由于葉片進(jìn)口氣流角并不等于葉片進(jìn)口幾何角，因而存在著氣流沖角，所以仍有少量小直徑顆粒會同葉片進(jìn)氣端產(chǎn)生碰撞，從而造成葉片進(jìn)氣端的磨損。對于大直徑顆粒，因自身的慣性較大，與氣流的跟隨性較差，故以不同于葉片進(jìn)口氣流角的方向沖向葉輪，使得較多的大直徑顆粒與葉片進(jìn)氣端、工作面等發(fā)生碰撞，從而造成葉片進(jìn)氣端、工作面的磨損。由于葉輪葉片對氣體介質(zhì)不間斷地做功，使氣體介質(zhì)不斷沖刷葉片工作面及出口端，造成葉片工作面及出口端的劇烈磨損。

　　風(fēng)機(jī)葉輪的磨損過程可分為3個階段，第一階段：飽和磨損階段。風(fēng)機(jī)葉輪由鋼板焊接而成，流道表面存在一定的粗糙度。當(dāng)風(fēng)機(jī)最初運(yùn)轉(zhuǎn)時，在顆粒的碰撞磨損下將表面磨得比較光滑，因而磨損速度也由開始的較快而變得穩(wěn)定；第二階段：穩(wěn)定磨損階段。由于第一階段磨損后葉輪流道表面已被磨得比較光滑，所以在第二階段，磨損比較穩(wěn)定，持續(xù)的時間也比較長，因而是通風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的最佳階段；第三階段：急劇磨損階段。雖然第二階段的磨損比較穩(wěn)定，但由于風(fēng)機(jī)長時間運(yùn)轉(zhuǎn)，致使葉輪磨損達(dá)到一定程度后，流道的尺寸和角度將與氣動設(shè)計工況下的尺寸和角度產(chǎn)生較大差別，造成氣體介質(zhì)沖擊、脫流漩渦等的強(qiáng)度增大，磨損速度也急劇加快，這就影響了風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行。

　　3.2風(fēng)機(jī)的磨損機(jī)理1磨料磨損與葉輪碰撞后沿葉片工作面滑動或滾動的大直徑顆粒對工作面產(chǎn)生了一定的壓應(yīng)力，使?jié)L動的顆粒壓出印痕，滑動的顆粒形成微觀犁削。犁削后堆積在兩旁和前緣的材料，在受到隨后顆粒的反復(fù)作用下，導(dǎo)致材料產(chǎn)生加工硬化或其它強(qiáng)化作用，因而造成葉片工作面的低應(yīng)力擦傷型磨料磨損。

　　3.2.2腐蝕磨損風(fēng)機(jī)使用過程中，由于介質(zhì)中含有少量爐氣、水份等，且引風(fēng)機(jī)工作溫度通?？蛇_(dá)250°C、排粉風(fēng)機(jī)工作溫度可達(dá)150*C，受溫度的影響，很容易在內(nèi)金屬表面形成水汽露點(diǎn)，為腐蝕提供了條件。由于發(fā)生化學(xué)作用而產(chǎn)生一層松脆腐蝕物，當(dāng)腐蝕物被磨掉，露出新鮮表面又很快腐蝕磨掉，腐蝕加速磨損，磨損加速腐蝕。

　　3沖蝕磨損風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，流經(jīng)葉輪的介質(zhì)處于紊流狀態(tài)，介質(zhì)中顆粒的形狀處于隨機(jī)取向。

　　其中以小角度沖擊葉輪表面的顆粒，在以尖角與表面接觸時，接觸點(diǎn)很小的面積上將集中很高的沖擊壓力。沖擊壓力的垂直分量使顆粒壓入材料表面，沖擊壓力的水平分量使顆粒沿大致平行于材料表面的方向移動，使材料表面接觸點(diǎn)產(chǎn)生橫向塑性變形，從而切出一定量的微體積材料，造成了葉輪流道表面的微切削磨損。

　　其中以大角度沖擊葉輪表面的顆粒，在沖擊壓力垂直分量作用下，使顆粒壓入材料表面而形成彈塑性變形。到顆粒停止壓入運(yùn)動為止，最終形成了不能恢復(fù)的塑性變形沖擊凹坑，在凹坑邊緣還有塑性變形擠出的堆積物。由于沖擊坑邊緣堆積物重新受到擠壓變形和位移而從材料表面剝落。從而引起了一定量的微體積材料損失，并造成葉輪流道表面的變形磨損。實(shí)際上，顆粒對葉輪流道表面的磨損常與微切削磨損及變形磨損同時存在。磨損量為兩種磨損復(fù)合作用的結(jié)果。小沖角時以微切削磨損為主，變形磨損為輔；大沖角時以變形磨損為主，微切削磨損為輔；30°~40*沖角時復(fù)合磨損量達(dá)最大值。值得注意的是：當(dāng)顆粒的水平?jīng)_擊壓力（取決于顆粒的硬度、形狀、沖角、沖擊速度、葉輪材料的表面硬度等）較小時，顆粒不能壓入材料表面而直接產(chǎn)生塑性變形或塑性流動。但大量的顆粒反復(fù)沖擊，也將造成材料的疲勞剝落，即疲勞磨損。

　　綜上所述，引風(fēng)機(jī)和排粉風(fēng)機(jī)葉輪磨損的原因是很復(fù)雜的，可看作是介質(zhì)顆粒的沖蝕磨損、低應(yīng)力擦傷型磨損和腐蝕磨損聯(lián)合作用的結(jié)果。3種磨損形以沖蝕磨損為主，低應(yīng)力擦傷型磨損和腐蝕磨損為輔；同時低應(yīng)力擦傷型磨損和腐蝕磨損將加劇沖蝕磨損。

　　4耐磨工程陶瓷的選擇工程陶瓷材料具有密度小、熔點(diǎn)高、硬度大、化學(xué)穩(wěn)定性好和耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，并且在一定程度上克服了傳統(tǒng)陶瓷的脆性，提高了材料使用的可靠性，可用它制成各種耐磨件，并在摩擦學(xué)領(lǐng)域中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。自我廠2003年開發(fā)出陶瓷耐磨風(fēng)機(jī)以來，它的耐磨性較其它耐磨風(fēng)機(jī)有了大幅度的提高，并具其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，有廣闊的發(fā)展前景。

　　常用的工程陶瓷主要有兩類：一類是金屬與碳、硅、氧、氮等非金屬的化合物；另一類是非金屬之間的化合物，包括硼或硅的碳化物、氮化物等。用于陶瓷風(fēng)機(jī)中的工程陶瓷，要求具有高硬度、高強(qiáng)度并還應(yīng)有優(yōu)良的耐磨蝕性能。同時，根據(jù)風(fēng)機(jī)的磨損特征、葉輪所要求的耐磨壽命、工程陶瓷的價格等多種因素綜合考慮，選擇了氧化鋁Al23工程陶瓷作為引風(fēng)機(jī)和排粉風(fēng)機(jī)防磨用的陶瓷材料。其主要技術(shù)指標(biāo)見表1.表1序號項(xiàng)目名稱指標(biāo)主要原料成分氧化鋁Al2（）3洛氏硬度/HRA抗壓強(qiáng)度/MPa抗彎強(qiáng)度/MPa體積密度/（g/cm3）熱膨脹系數(shù)/（106/*c）5耐磨工程陶瓷在風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用根據(jù)相關(guān)資料介紹，目前陶瓷與葉輪的連接大概有3種型式。

　　5.1粘接型主要采用有機(jī)或無機(jī)粘接劑將耐磨工程陶瓷塊粘接在葉輪的葉片及中（后）盤等極易磨損的部位。

　　由于粘接劑在高溫下粘接強(qiáng)度急劇下降，且葉輪轉(zhuǎn)速較高，線速度較大（通常大于120 m/s），故此類型陶瓷防磨葉輪僅能應(yīng)用于低溫工作環(huán)境，并且其工作穩(wěn)定性較差，安全性也不太可靠。據(jù)電廠反饋的信息來看，此類葉輪若應(yīng)用于引風(fēng)機(jī)和排粉風(fēng)機(jī)，則陶瓷塊易脫落，陶瓷塊脫落后影響葉輪平衡，造成風(fēng)機(jī)振動值增大，最終導(dǎo)致風(fēng)機(jī)不能正常運(yùn)行。

　　5.2釬焊型這是在葉輪的表面上，釬焊工程陶瓷后制成的高溫陶瓷耐磨風(fēng)機(jī)。它的制作工藝比較復(fù)雜，首先要在陶瓷接合面上，印刷噴鍍金屬膠并在干燥后作燒結(jié)處理，然后將一塊銅板置于做過表面處理后的金屬襯板與陶瓷之間，銅板的兩面均敷有銀焊料，最后將它們焊接成一體。

　　這種風(fēng)機(jī)的陶瓷片與金屬基體的結(jié)合強(qiáng)度非常高，耐熱性能也顯著提高，普遍應(yīng)用在氣體溫度為400~ 500°C的場所。但此類風(fēng)機(jī)制作工藝很復(fù)雜，造價很高，且通常的引風(fēng)機(jī)和排粉風(fēng)機(jī)的工作溫度僅為250 *C、150°C，因此這類陶瓷防磨工藝較少應(yīng)用于引風(fēng)機(jī)和排粉風(fēng)機(jī)上。

　　5.3整體型風(fēng)機(jī)葉片或葉輪采用燒結(jié)整體成型的工藝，全部用工程陶瓷制作。由于陶瓷葉片或葉輪從成型到燒結(jié)、加工、制作工藝都極為復(fù)雜，故一般只用于機(jī)號不大的軸流式風(fēng)機(jī)。

　　綜合考慮，以上3種型式的陶瓷耐磨風(fēng)機(jī)均不宜應(yīng)用于引風(fēng)機(jī)和排粉風(fēng)機(jī)，經(jīng)過反復(fù)調(diào)查、研究、考證，最后選擇了一種有別于現(xiàn)有的陶瓷防磨工藝，采用機(jī)械式連接+粘接劑粘接的工藝來制作陶瓷耐磨葉輪。其制作工藝為葉輪y拼裝金屬卡條y卡條焊接y清理卡條表面y涂粘接劑y安裝陶瓷塊y陶瓷塊止退處理y外露焊縫防磨處理y葉輪動平衡y超速試驗(yàn)y整體檢查葉輪具體防磨型式見。

　　耐磨葉輪在制造過程中，進(jìn)氣端金屬卡條塞焊于葉片進(jìn)氣端部，U型陶瓷塊卡接在上面。葉片工作面上的金屬卡條垂直于葉輪中、后盤，塞焊于葉片上，陶瓷塊卡接在上面，其中，靠近中、后盤為一件J型陶瓷塊，用于保護(hù)主焊縫及中、后盤端面，其余為直條型陶瓷塊。每一陶瓷塊與金屬卡條的結(jié)合部均涂抹耐高溫的粘接劑，用于實(shí)現(xiàn)陶瓷塊的機(jī)械卡接、粘接雙重保護(hù)。

　　此種工藝制作的陶瓷耐磨葉輪，葉輪與金屬卡條為焊接、陶瓷塊與卡條采用機(jī)械式卡接，連接安全可靠。在陶瓷塊與卡條的結(jié)合部，涂覆粘接劑，使陶瓷塊與卡條的連接更為可靠，即使陶瓷塊破裂，也不會脫落，增加了葉輪運(yùn)轉(zhuǎn)的安全性、穩(wěn)定性。卡條處于陶瓷塊內(nèi)側(cè)，氣體介質(zhì)不會直接沖刷卡條，卡條不存在磨損問題。

　　這種工藝制作的陶瓷耐磨葉輪，制作工藝簡單，陶瓷塊與葉輪的連接安全可靠，幾乎無熱影響區(qū)，不會造成應(yīng)力集中，且工程陶瓷密度?。?.5g/cm3），質(zhì)量遠(yuǎn)低于通常使用的鋼質(zhì)防磨襯板，葉輪總質(zhì)量減輕，增加了風(fēng)機(jī)主軸承的使用壽命。由此可見，此種陶瓷耐磨葉輪與其它類型的耐磨葉輪相比，具有很大的優(yōu)越性。

　　6應(yīng)用耐磨陶瓷后其風(fēng)機(jī)性能及效果為驗(yàn)證陶瓷耐磨葉輪的使用性能，在某電廠對陶瓷防磨葉輪與堆焊Fe-05防磨的葉輪進(jìn)行了使用對比。經(jīng)過半年的運(yùn)行，檢查發(fā)現(xiàn)，引風(fēng)機(jī)葉輪上的陶瓷塊幾乎未磨損，排粉風(fēng)機(jī)葉輪上的陶瓷塊磨損也十分輕微。而堆焊Fe-05防磨的葉輪，引風(fēng)機(jī)葉輪的Fe-05防磨層大部分磨損，必須重新堆焊Fe-05；排粉風(fēng)機(jī)葉輪不僅Fe-05防磨層己磨光，防磨襯板也磨得變成很薄，特別是葉輪進(jìn)口端，葉片己磨掉了100mm50mm，必須修補(bǔ)葉片、更換防磨襯板、重新堆焊Fe- 05防磨層才能繼續(xù)運(yùn)行。

　　試驗(yàn)證明，在引風(fēng)機(jī)和排粉風(fēng)機(jī)葉輪上加裝耐磨工程陶瓷塊，是一項(xiàng)可靠和有效的耐磨防磨措施。只要施工仔細(xì)，嚴(yán)格按工藝操作，就可以保證陶瓷塊不會脫落，可確保風(fēng)機(jī)安全和穩(wěn)定運(yùn)行。

責(zé)任編輯：任江強(qiáng)