电厂风机叶轮表面防磨强化技术及应用

电厂风机叶轮表面防磨强化技术及应用

电厂风机叶轮表面防磨强化技术及应用

摘要：分析了目前电厂风机叶轮常用防磨技术的特点和存在的问题。根据几种常用耐磨材料和氧化铝陶瓷的磨损试验以及高强韧性胶粘剂在各种温度下的力学性能测试结果，结合风机的运行工况，对陶瓷耐磨叶轮的可靠性作了分析，阐述了其主要特点，并展示了优异的运行业绩。

关键词： 风机 磨损 陶瓷叶轮 1. 叶轮常用防磨技术的特点和问题 1·1 叶轮常用防磨技术的特点

为了延长风机服役周期，降低发电成本，国内的燃煤电厂对排粉风机、引风机叶轮几乎无一例外地要实施防磨处理。目前仍在采用，且具有一定效果的可分为热态和冷态两种防磨技术。实践证明，仅就叶轮的防磨效果而言，前者优于后者。 1.2 热态防磨技术存在的主要问题 1·2·1 裂纹倾向大

在对刚性或规格大的整体叶轮进行较大范围的堆焊和喷焊防磨处理时，因热输入量大，工件受热不均所形成的热应力，会诱发叶轮上的承载焊缝产生裂纹；在高强度、低韧性的堆焊耐磨焊道和焊层上必有裂纹产生；在防磨工艺不当时，堆焊耐磨焊道上的裂纹极易向叶轮的母材中扩展；经多元共渗的护板，其周边近缝区因渗入元素的污染及硬度值偏高，很不容易清理干净。该区域打磨得过浅或过窄，护板组合焊接时难免出现裂纹。打磨得过深或过宽，又将影响到防磨效果。1·2·2 变形无法控制

刚性或规格小的整体叶轮在进行热态防磨处理时，无论采用对称施焊，刚性固定等工艺措施，均不能有效地控制叶轮的变形。而

叶轮的尺寸及叶片的型线得不到保证，将对风机的运行带来不利影响。

1·3 冷态防磨技术存在的主要问题 1·3·1 防磨效果有限

粘涂技术、火焰喷涂和电弧喷涂仅适应于引风机叶轮，但其效果不佳；高速电弧喷涂引风机叶轮的效果有限；喷涂工艺应用在排粉风机叶轮上几乎没有成功的实例。 1·3·2 耐磨保护层不牢固

粘涂耐磨层和镶嵌陶瓷,因其物理性能、结合强度及结构形式的限制,当叶轮在一定温度下高速旋转时,易脱落和发生崩裂。 2. 陶瓷耐磨叶轮的关键技术 2.1 MD-Ⅲ航空级高强韧性胶粘剂简介

氧化铝陶瓷是已发现的最硬的无机化合物之一，具有一般金属耐磨材料难以比拟的抗磨损性能。显然，只要通过一种可靠的冷方法，将超耐磨的氧化铝陶瓷复合连接在风机叶轮上，便可完全克服叶轮由常用防磨技术处理后所导致的裂纹、变形、耐磨效果不理想和耐磨层不牢固这几种弊端。

目前燃煤电厂在煤粉管道和弯头、煤粉分离器锥体等静止部件和设备上，采用粘接氧化铝陶瓷元件进行防磨处理已经比较普遍。而把耐磨性优异的氧化铝陶瓷应用在承受交变动载荷、有一定温度、线速度大和可靠性要求高的风机叶轮上，虽早就有所尝试，但成功的范例很少。由经验和教训可知，氧化铝陶瓷的耐磨性决定叶轮的使用寿命，而胶粘剂的强韧性则决定了叶轮运行的可靠性。因此高强韧性胶粘剂是粘接型陶瓷耐磨叶轮关键技术中的核心内容。

根据电厂风机叶轮的工况条件，现场施工环境的要求，MD-Ⅲ高强韧性胶粘剂对钢和陶瓷都应有优良的粘接性，工艺性和触变性；可在室温下固化；具有相当高的强度和韧性；具有较高的耐热性和耐老化性；完全能在风机正常的工况和温度条件下长期可靠地工作。

在MD-Ⅲ高强韧性胶粘剂的研制中，以巩固其拉伸强度和拉伸剪切强度为基础，摒弃传统的增韧改性材料，通过组织变量系列试

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验，选用能参与固化反应、相容性好、含有新型活化韧性因子的增韧剂，使胶粘剂的分子结构中不但包含有增韧效果显著、耐老化性好的封端基因，而且还包含有许多柔性链段来缓解脆硬性。即改善了胶粘剂的冲击韧性和固化时的内应力水平，又使其耐热性（玻璃化温度Tg）和模量维持不变。 3 陶瓷耐磨叶轮的特点 3·1 运行安全可靠

因MD-Ⅲ高强韧性胶粘剂的固化一般在室温条件下即可。有时为了缩短固化时间或为了改善粘接性能，其加热固化温度亦不会超过100℃，这就避免了采用热态防磨技术时，整体叶轮因不均匀受热产生应力后，导致其诱发裂纹和引起的变形给风机运行带来安全隐患的可能。 3·2 耐磨性优异

作为工程陶瓷中用途最广泛的氧化铝陶瓷，其硬度相当高，在10级莫氏硬度中为9级，仅低于金刚石。实践证明，材料的硬度是一个与耐磨性有关的重要指标，而材料的耐磨性才是衡量其耐磨性能优劣的最终指标。

氧化铝陶瓷作为脆性材料，在冲蚀角θ按近90o的情况下，其抗冲蚀磨损性能相对较低是不争的事实。对于绝大多数采用焊接结构钢制作的离心式和轴流式叶轮的叶片，虽然气固两相流在θ=90o左右的冲蚀磨损处，仅限于在叶片入口端部和动叶片前缘部一个较窄的范围，但这个较窄范围，往往却是叶片磨损最严重的区域之一。为此专门特制的增厚流线形陶瓷异型元件，即可巧妙地利用叶轮旋转时离心力的作用防止叶片入口处陶瓷元件的脱落，避免固粒冲刷对片状陶瓷元件底部胶层的冲蚀掏空，还能将冲蚀角的角度大大减少，以分散高速固粒的冲击能量，从而显著地提高了叶片入口端部的抗冲蚀磨损能力。 3·3 能耗低效率高

在叶片及其他区域加焊防磨护板（一般厚度≥8mm），或在叶片上焊接钢制附件并镶嵌较厚的陶瓷元件（一般总厚度为8-14mm），或在叶片、护板上堆焊2－3mm的耐磨焊道和凹凸不平的耐磨层，

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除了会增加叶轮的自重外，还会使叶轮，尤其是排粉风机叶轮原本狭窄的流道更加变窄，使得流道中气固两相流的流动受阻，并干扰流体的正常流动，使得流动效率降低。

而最小单元为10mm×10mm×1.5mm的陶瓷元件，完全可顺应叶片的几何型线，紧紧地贴合在叶片不同的曲面上，加之未受到高温的作用，叶片的原始型线足以得到保持。而δ=1.5mm的陶瓷元件几乎不会改变叶轮内部的流道尺寸，故不会给风机的流动效率带来负面的影响。

3·4 叶轮防磨无盲区

在电厂现场对离心式叶轮整体采用焊接或热喷涂技术防磨，其防磨的区域和质量与电焊钳、喷枪枪体在叶轮中的空间位置、距离和角度密切相关。一般而言，这对大、中型引风机叶轮及排粉风机叶轮叶片的出口段，问题不显突出。在应用粘接的方法对叶轮的各区域进行防磨处理时，只要在操作者手臂可以触摸到的范围均可将陶瓷元件牢固地粘接到位，并能确保其施工质量，防磨区域几乎不受任何的限制。 4 结论

试验和实践证明，氧化铝陶瓷具有一般金属耐磨材料难以超越的抗磨损性能。粘接型陶瓷耐磨叶轮运行的可靠性和耐磨性，关键取决于胶粘剂性能、粘接工艺、氧化铝陶瓷质量和风机最高工作温度四个因素，缺一不可。在风机叶轮上选用MD-Ⅲ航空级高强韧性胶粘剂粘接氧化铝陶瓷元件，可以成倍地延长叶轮的使用寿命，是一项实用、安全和有效的防磨技术，是燃煤发电厂提高机组设备健康水平、降低发电成本、增强企业市场竞争力的良好途径。

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参考文献

1. 孟有斌 锅炉设备检修技术 水力电力出版社 1996. 2. 张燕侠 流体力学泵与风机 中国电力出版社 2007

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/k2z2.html