离心风机磨损分析与防磨技术应用

1、离心风机磨损分析与防磨技术应用离心引风机磨损分析与防磨技术应用 华中理工大学赛明文吴季兰 0前言 随着我国电力事业的蓬勃发展，对发电机组可靠性的要求越来越高。引风机作为锅炉的重要辅机，直接影响着发电机组的安全运行，据统计1991年我国100MW以上的火力发电机组仅由于锅炉引风机故障所造成的全年损失高达12.7亿千瓦时。可见提高电站风机运行的可靠性对电厂安全运行是非常必要的。 现在火力发电厂中尽管电除尘器应用已经很普及，但是，经过电除尘后的烟气中仍然含有相当数量的尘粒，当电除尘器队尘效果不好时，烟气中含尘浓度可达24g/m3这些尘粒夹杂在烟气中，随烟气一起流动，并且获得能量，当烟气经过叶轮时，尘

2、粒以一定角度冲蚀叶片这时首先会出现能量的交换，同时伴有材料的流失，即叶轮的磨损。如不及时对叶轮进行焊补或更换，将造成风机振动，甚至有飞车的危险。本文就风机的磨损进行分析及对防磨技术进行讨论。 1简介 胜利石油管理局胜利发电厂现装有两台220MW机组，共有四台引风机型号均为Y42×6028.5F，后弯板式叶片，八十年代的代表产品，这种风机在我国200MW机组中非常普遍，称双吸双支承板式高效风机，在耐磨、防振等方面相对机翼型有较大的提高，为电力建设做出了贡献。但这种叶轮磨损比较严重，危胁着电厂的安全生产，增加了检修的工作量，加大了设备维修费用。为此胜利发电厂与国家电力公司西安热工研究院联

3、合在该电厂的1吸风机上进行改造试验，经过8个月的运行后检查，改造是成功的，下面就以改造前后的叶轮进行分析和讨论。 2叶轮磨损分析 Y42×6028.5F型风机，烟气携带着尘粒从两侧进气箱经过集流器进入叶轮入口，在此，烟气的流向发生90度的变化，一部分烟气直冲中盘，一部分烟气在叶轮离心力的作用下，顺叶道到达叶轮的出口。直冲中盘的烟气中所尘粒与中盘相撞后而脱落，到达叶片的工作面；发生90度转向的这部分烟气所携带的尘粒绝大部分并没有随烟气发生转向而顺利通过叶道到达叶轮的出口。而是仍然沿着其原来的方向冲向中盘。这一点科学家Tilly有过分析。靠近表面处气流受到阻挡而发生绕流，粒子一般会冲出绕

4、流飞向靶面。计算证明，在气流速度为100m/s时，只要粒子的直径大于20m，无论从什么方向冲向靶面，一般都能保持原来的方向而不受绕流的影响 2.1不均匀磨损分析 Tilly分析过560m粒子在入射角0°90°，速度在40150m/s时，对平板及圆柱形靶面冲击等到上述结论。而火力发电厂烟气尘粒的大小在45m左右， 随负荷的变化，通过集流器进入叶轮的风速大约在50m/s附近变化，这些数据与Tilly试验条件基本相近，因而烟气中尘粒进入叶轮入口转向时，有很大部分尘粒脱离烟气的流向直冲中盘，与中盘相撞的这些粒子，大部分尘粒在离心力的作用下垂直地沿中盘到达叶片的中盘根部，还有一部分粒

5、子与中盘相撞后反弹一段距离，而脱到叶片的中盘附近的区域。这样就造成叶片工作面上尘粒在中盘根部最多，而后向前盘过渡逐渐减少。这些尘粒在离心力和烟气动力的作用下，沿叶片工作面由入口向出口滑动。从而造成叶轮的磨损。烟气中携带尘粒通过风机时，对叶轮进行磨损是必然的，但是通过上面分析，及现场的实际情况证明，叶片的磨损是及不均匀的，在中盘根部磨损非常严重，直接形成沟槽，靠近沟槽的叶片磨损较严重，而靠近前盘的部分则磨损较轻。叶轮的寿命判断就象木桶原理一样，根据磨损最严重的沟槽部分来判断，这样就大降低了叶轮的寿命，同时也浪费了没有磨损或磨损较轻的叶轮其它部分。因此如何在烟气中的尘粒不变的情况下，使其磨损均匀便

6、成为解决磨损的一个关键问题，这一问题解决后将磊提高叶轮的寿命。 2.2尘粒对叶轮的入射角对磨损影响分析 电站引风机磨损的另一个重要影响因素是烟气的入射角，当粒子正面冲向靶面时，称其入射角为90°。大量的实验结果表明，材料的冲蚀失重（磨损量）与粒子的入射角有密切的关系。可以根据冲蚀率随军入射角变化把材料的冲蚀破坏分为两类：即塑性材料（如退火钢、铝合金）和脆性材料（陶瓷、玻璃）的冲蚀破坏。材料的冲蚀率一般为mg（靶子的失重）/g（粒子重）。当粒子入射角为20°30°时，典型的塑性材料冲蚀率达最大值，而脆性材料的最大冲蚀率出现在接近90°处。图 是金属铝及氧化

7、铝受到SiC粒子冲击时冲蚀率随入射角变化的两类典型例子。而且入射角与冲蚀率的关系几乎不随入射粒子种类、形状及速度而改变。电站风机叶轮一采用普通低合金16Mn钢，这种钢属典型的塑性材料。后弯式叶轮介于效率方面考虑，尘粒的入射角没有避开20°30°范围，。例Y42×6028.5F叶轮的安装角只有45°。叶轮这种情况也就决定了其正好处于最容易受磨损的一种状态，实际使用中的叶轮磨损严重也证明了这一点。 3解决方案与设想 上文分析到，造成叶轮磨损不均匀的原因是尘粒的分部不均匀，而造成尘粒分分部不均匀的原因则是烟气进入叶轮入口后发生90°的转向，而尘粒在其

8、离心力的作用下，继续沿其原来的方向冲向中盘而造成的。假设在叶轮强度许可的前提下，没 有中盘或减小中盘，使从左右前盘入口进入的烟气不与中盘相撞，而是左右汇合到达出口。这样将不会有尘粒的大量集中，也就没有了局部严重磨损的现象。而要解决尘粒入射角对叶轮磨损的影响也无非两种措施：一个是被动的措施，即对叶片进行表面处理，提高其硬度，使叶片的材料由塑性向脆性转变，从而降低冲蚀率；一个是主动的措施，通过设计，改变叶轮的安装角从而改变尘粒的入射角，以避开磨损严重的入射角范围。 4锯齿形中盘直板叶片型叶轮应用 国家电力公司西安热工研究院在这一领域已经有成功的经验，其在胜利发电厂1吸风机上与该电厂的合作就是一成功

9、的例子。为了减少投资，充分利用原来的风机设施，电厂要求在原风机机壳不动，电机不动，轴传动装置不变，风机的流量、风压、转数等参数都不变的前提下，重新设计叶轮和集流器，提高叶轮的抗磨性。 4.1防磨分析 如图所示为风机的叶轮的简图。这种风机称为锯齿形中盘直板叶轮，其仍然是双吸双支承型，型号为Y52×5528.5F。从图中可以看出叶片的工作面出口处没有中盘，而使整个中盘呈锯齿形。图中示意出了烟气的流向，从图中可以看出烟气从左右前盘入口进入叶轮后，烟气中尘粒没有或至少绝大部分没有与中盘相撞，而是左右侧烟气汇合而共同到达出口。这样就避免了大量尘粒与中盘相撞集中磨损的现象。左右侧烟气汇合后使部分

10、尘粒还末来得及到达叶轮工作面就已经飞出了叶轮，还有一部分尘粒由于与对侧的烟气及尘粒相撞而消耗了能量，在离心力的作用下到达叶片从而对叶轮进行磨损，但是由于到达叶片尘粒减少了，而磨损的面积由原来中盘根部扩展到大部分的叶片工作面。因而单位面积的磨损量减少了，叶轮的整体寿命提高了。Y52×5528.5F型叶轮在尘粒的入射角方面也有了改进，原风机叶轮为后弯式叶片，叶片的出口安装角为45°，这种叶轮效率较高，其设计效率为82%，但烟气尘粒对叶轮入射角正好处于磨损最严重的范围。改造后的叶轮叶片为直板式，出口安装角为55°，使烟气尘粒的入射角尽量避开大于叶片磨损最严重的20

11、76;30°角，也就减轻了叶轮的磨损。 4.2使用情况 胜利发电厂的这台叶轮改造是1999年9月投入运行的，经过8个月的运行，在今年5月小修期间进行了检查。检查情况为：叶片工作面的入口有中盘的一小段在中盘根部有一点轻微的磨损，刚刚能看到一点痕迹。此处在设计时已经考虑到了并且增加了叶片磨衬板（见图）；而在以往磨损严重的叶轮出口中盘根部附近的区域沟槽等严重磨损的现象已经没有了， 取而代之的是叶片的均匀磨损，但磨损很轻，原来附着在叶片钢材表面上的黑色氧化铁还有大部分没有磨掉。可见锯齿形叶轮的改造应用，良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。不矢为风机叶轮防磨的一个

12、良好途径。 4.3 关于风机效率的讨论 锯齿形叶轮的耐磨性能提高了，从理论上讲，直板叶片取代后弯型叶片，风机的效率应该有所降低。但是锯齿型中盘的应用使风机的整体效率在实际使用中并没有降低，如表1是去年6月10日改造前与今年3月5日改造后两组试验数据，根据数据分析，由于风量与风压均不一样，不好进行量好比较，但改造后的叶轮在接近全压参数的效率78.2已接近原叶轮的设计效率82。叶轮的效率与叶轮的寿命综合起来从电厂安全经济运行考虑，锯齿型叶轮仍占有很大优势。 序号项 目符号单位改造前试验数据改造后试验数据 Y42×6028.5FY52×5528.5F 1机组负荷NMW165.3173204.7205.4 2锅炉负荷Dt/h582636608605 3风机挡板开度Yn%891004589 4电机运行电流IA136140137153 5风机流量Q1m3/h722528735264694619786455 6风机压头PPa3632369634044367 7全压效率%72.671.262.078.4 5. 叶轮表面处理 6结束语 根据对引风机磨损的分析，造成叶轮局部严重磨损的两大因素为：1.烟气中的尘粒分布不均匀，在中盘根部过度集中，造成沟槽状磨损。2.烟气对叶片的入射角正好在磨损最严重的的角度范围，