离心风机叶轮的磨损与防治方法.doc

离心风机叶轮的磨损与防治方法北京固本科技有限公司 胡建平 离心风机是砖瓦生产的重要辅助设备，砖瓦工业使用的风机一般为气固两相流风机，即工作介质中常含有一定量大小不等、形状各异的固体颗粒，如除尘系统的引风机、气力输送的鼓风机。由于这些离心风机叶轮是在含尘气流中工作，气流中的粉尘颗粒既要对离心风机叶轮产生磨损，又要在风机叶片上附着积灰，且这种磨损和积灰是不均匀的，因而使风机转子的平衡遭到破坏，引起风机振动，缩短风机寿命，严重者可使风机不能正常工作。尤其是风机叶片的磨损最为严重，它不仅破坏了风机内的流动特性，而且容易引发叶片断裂及飞车等重大事故。因此，研究风机的磨损机理，采取相应的防磨措施，对提高砖瓦企业设备寿命，安全生产是十分必要的。1离心风机叶轮的磨损机理1.1离心风机磨损的原因离心风机叶轮磨损，实际上是一种喷砂型的固体粒子对靶材表面的冲蚀。固体粒子冲击到靶材表面上，一般都会造成靶材的冲蚀破坏。靶材的耐磨性或耐冲蚀性反比于一定工作环境下单位重量的磨粒冲击材料表面造成的靶材重量或体积损失。离心风机叶轮的磨损形式通常分为侵蚀磨损、化学磨损、疲劳磨损和磨粒磨损等。风机工作时，含尘气流中尘粒与气体分两相流动，气体从风机入口向出口流动时偏转90，由于尘粒具有动量，质量较大的尘粒进入流道后加速向叶片工作面与后盘的交界处、叶片工作面流动，也有少量的尘粒向叶片非工作面流动。粉尘粒子进入叶轮后与壁面相互作用，在离心流道的进口区域和整个轴向流道内，基本上是在气流的夹带及自身惯性的综合作用下以非零攻角碰撞壁面，然后又反弹进入流道内，这样引起的壁面材料的磨损是典型的冲蚀磨损；而在离心流道的出口区域内，尘粒在流道内运动了较长一段距离，大部分和壁面发生过多次碰撞，基本上沿着压力表面滑动或滚动，并对壁面有着一定的压力作用，这样造成背面材料的磨损属于擦伤式磨粒磨损，尘粒在压力面附近区域的集中更加剧了磨粒磨损的危害程度。离心风机叶轮磨损主要由固粒对叶片的冲蚀磨损和固粒在叶片表面运动的擦伤式磨粒磨损组成，前者主要发生在叶片前部，后者则主要发生在叶片尾部。磨损的具体情况视叶轮材料的物理性能和机械性能、尘粒的硬度、形状、流速、入射角而定。1.2离心风机叶轮磨损率与寿命 对于金属材料的摩擦，叶片的磨损率定义为单位时间界面被磨蚀的平均厚度，可用式（1）表示。式中，a磨损率，cm /h；P界面接触压强，Pa；v界面相对速度，m/s；Z磨损系数，其值受材料、表面、速度、润滑及散热等界面情况的影响；H界面较软材料的硬度，Pa。固体颗粒对风机的磨损，将缩短风机叶轮叶片的使用寿命，其寿命可用式（2）估算。式中，T风机叶片的寿命，h；s叶片厚度 m；c气流中固体颗粒浓度 kg/m3；v叶轮外缘的圆周速度，m/s；k寿命系数，Pa，k 为硬度的因次。2影响离心风机磨损的因素（1）风机叶轮的形状 离心风机叶轮叶片形状对磨损的程度有着重要的影响一般单直型叶片通风机，比机翼型叶片通风机磨，后向式叶片通风机，比前向式叶片通风机耐磨高效机翼型叶片通风机由于其压力系数较低，叶直径大，圆周速度高，磨损程度也大。因此，通过计改变叶片型式和叶片角度，可以减少或避免叶叶片的磨损。（2）叶轮的材质叶轮耐磨性能与其材料的硬度关系很大，一般而言，叶轮材料的硬度越高，则抗冲击能力越强，耐磨性能越好。但叶轮的耐磨性不仅取决于材料硬度，而且还与材料成分有关。经过热处理后的各种不同成分的钢，虽然硬度相同，却有不同的耐磨性。如 40 钢和 16Mn 热处理后硬度相近，但 16Mn 比 40钢耐磨性强得多。由此可见，提高材料的耐磨性，既要提高材料硬度，也要选用合适的材料。（3）气体中尘粒的硬度 尘粒对金属的磨损是由尘粒对金属的撞击和擦伤两种作用构成的，但其先决条件是尘粒被压入金属，使之形成一个塑性的凹坑，在大量尘粒的连续作用下，这些凹坑将逐渐形成一个塑性变形的薄层。当尘粒的作用负荷超过塑性变形层的极限强度时，这一表层即被破坏而掉落，造成磨损。当尘粒的硬度较高并超过风机流道部件的硬度时，就会打击或磨损其所接触的流道壁面，如同锉刀在工件上锉削一样。尘粒硬度越高，离心风机中的流道壁面就被磨损得越快。尘粒硬度对离心风机叶轮的磨损影响可用粉尘硬度 Ha与叶片材料硬度 Hm的比值描述，Ha/Hm越大，叶轮的磨性率越大。Ha/Hm 0.64 时表现为软料磨损，叶轮的磨损率较低；Ha/Hm 0.64 时表现为硬磨料磨损，叶轮的磨损率较大。（4）气体的含尘浓度和速度 离心风机叶轮的磨损量 F 与气体含尘浓度和速度的关系可用式（3）表示。式中，F叶轮的磨损量，m；c气体含尘浓度，kg/m3；v气体的速度，m/s；n速度指一般取 n =2.03.0。 叶轮的磨损量与气体的含尘浓度成正比，粉尘浓度越大，单位时间内固体颗粒撞击叶轮叶片壁面次数和频率越高，叶轮叶片磨蚀越严重；叶轮的磨损量与气体运动速度的 n 次方成正比，速度越大，尘粒的离心力和动能越大，对叶轮的冲击越大，磨损越严重。3离心风机叶轮的防磨措施3.1提高除尘系统的效果烟气中的粉尘颗粒是导致风机磨损的根源，提高除尘设备效率，降低粉尘浓度，是防止风机磨损最有效的方法。对于产尘设备和产尘点，必须设置高效率的除尘系统，决不能采取只设通风机而不设置净化设备的排尘方式。在除尘系统中，一般应将通风机安装在除尘设备之后运行，以保证离心风机叶轮在净化后的气流中工作，消除磨损条件。在条件允许的情况下，应尽量采用效率高的除尘设备，提高气体的净化程度。对于除尘设备，还要根据其结构特点，定期进行维护和检修，确保其正常的工作条件。3.2降低风机转速 从前面的分析知道，离心风机风机叶轮的磨损受其转速的影响较大，转速越高，磨损越严重。在满足了系统流量、压力要求的前提下，选择低比转数的风机，可降低风机转速以减轻磨损。3.3叶片表面加堆焊耐磨层、加耐磨衬板 在叶片的易磨损区加防磨衬板或堆焊耐磨层，同样可防止叶片磨损。一般可在叶片工作面、非工作面、叶片头易磨损区加 16Mn 低合金衬板。工作面由于磨损严重，还可在衬板上堆焊耐磨层来提高其耐磨性能。例如可用北京固本耐磨焊丝（型号：KB450，直径：1.6mm，二氧化碳气保焊），在叶片工作面的防磨衬板上可堆焊条状耐磨层，在叶片头的一定区域内堆焊 35mm 厚的耐磨层；非工作面磨损很小，仅加衬板即可。防磨衬板需要预制成与叶片形状一致，以免组装时产生焊接应力。在堆焊耐磨层之前，要对衬板进行除锈、预热处理，焊丝要烘干，以防止耐磨层产生裂纹、气孔等缺陷。3.4设置风机叶轮耐磨刃口风机叶片的头部一般磨损较为严重，提高叶片头部抗磨性能非常关键。采用由复合硼化铁组成的烧结硬质合金耐磨叶片前缘是一项有效措施。为了使风机具有良好的空气动力性能，前缘刃口的外形应制造精确，耐磨刃口可以用扩散结合电子束焊接技术制造。4离心风机的抗磨改造实践山东淄博功力机械一旋风除尘器配套一离心引风机，使用中发现叶轮叶片后盘部位磨损严重，平均 1 个月左右修理或更换一件叶轮，维护费用高，影响工艺生产。为了提高叶轮的抗磨性，决定对叶轮进行改造。本着减少投资的原则，改造中利用了原风机机壳、电机、轴及传动装置，并保持风机的流量、风压、转数等参数不变，仅改进叶轮结构及配套集流器。具体如下：（1） 离心风机叶轮改为锯齿形中盘直板叶片型叶轮（如图3）。这种叶轮的特点是叶片工作面出口处没有中盘，而使整个中盘呈锯齿形。烟气从左右前盘入口进入叶轮后，烟气中尘粒不与中盘相撞，而是随左右侧气流汇合后共同到达出口。左右侧气流汇合后使部分尘粒还未来得及到达叶轮工作面就已经飞出了叶轮，避免大量尘粒与中盘相撞而集中磨损。尽管有一部分尘粒由于与对侧的气流及尘粒相撞而消耗了能量，在离心力的作用下到达叶片对叶轮产生磨损，但是数量大为减少。因磨损面积由原来中盘根部扩展到大部分的离心风机叶片工作面，所以单位面积的磨损量减少了，且对叶片均匀磨损。 （2）改变气流中尘粒的入射角。叶片出口安装角从原30提高到55，使气体尘粒的入射角尽量避开叶片磨损最严重的2030角，提高叶轮的寿命。 （3）增加叶片合金耐磨堆焊成层。在叶片上使用北京固本耐磨焊丝堆焊 3mm的条形耐磨层，增强叶片的抗磨损性能。新叶轮使用一个修理周期（半年）以后，叶片中盘根部仅有轻微的磨损，且磨损均匀，经局部补焊校验平衡后仍可继续使用。可见，锯齿形离心风机叶轮的改造应用，较好地解决了叶轮磨损不均匀的现象，同时也大幅度地减轻了叶轮的磨损。5结束语砖瓦工业风机大多数为气 - 固两相流风机。气 - 固两相流风机磨损的原因很多，有风机本身的原因，如风机结构形式、材质等；也有除尘系统状态原因，如粉尘性质、浓度等。离心风机叶轮的防磨损措施，大体可