火电厂风机叶轮表面防磨强化技术及应用

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火电厂风机叶轮表面防磨强化技术及应用

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火电厂风机叶轮表面防磨强化技术及应用

作者：未知文章来源：网上搜集点击数：更新时间：2006-12-1 19:13:33

胶粘剂的 σb－T和στ－T曲线。由图1可见，在温度为100℃时，MD-Ⅲ高强韧性胶粘剂的拉伸强度σb达到最高值（48.8MPa），而在室温至120℃范围内, σb值波动不大。MD-Ⅲ高强韧性胶粘剂的拉伸剪切强度στ，在室温至170℃的范围，是随着温度的升高亦呈缓慢上升的趋势，当温度为170℃左右时，其στ值高达35.4MPa。而CGJ胶粘剂虽然在室温条件下，它的στ值略低于MD-Ⅲ高强韧性胶粘剂，而它的σb值却比MD-Ⅲ高强韧性胶粘剂还高出3.3Mpa。但随着温度的升高，CGJ 胶粘剂的σb、στ值均发生急剧下降，在温度达到150℃时，与室温条件下比较，其στ值下降了67.7％，而σb值的下降幅度达到了84%。
2•3 MD-Ⅲ胶粘剂的动态力学性能曲线
参照《胶粘剂剪切冲击强度试验方法》（GB/T6328－1999），粘接10mm×10mm×55mm的对接接头试样（不带缺口），采用特制的摆锤，在9种不同温度条件下，使试样在冲击弯曲状态发生折断。图2为冲击韧性值－温度曲线（αk-T曲线）。图2显示，在温度为室温至125℃左右范围，CGJ胶粘剂的冲击韧性值αk均比MD-Ⅲ高强韧性胶粘剂的αk值高。但当温度升高到150℃时，CGJ胶粘剂的脆性骤然增大，其αk值降幅达到了72.7%。当温度为170℃时，其αk值接近于零。而MD-Ⅲ高强韧性胶粘剂在室温至200℃范围，始终处于“增韧”的势头，其增幅达到17.4％。即使温度升高到了250℃，其αk值仍然保持在57KJ/m2的水平。
陶瓷耐磨叶轮的可靠性
3•1 陶瓷耐磨叶轮的可靠性分析
离心式风机叶轮的板式叶片，多为其径向尺寸大于轴向尺寸的圆弧窄叶片形式。在对叶片进行受力分析和强度计算时，可将整片叶片视为承受均布载荷的梁。当叶轮以角速度ω=πn/30高速转动时，在叶轮最大半径上的叶片工作面出口处，粘接的陶瓷元件受到了最大离心力P的作用，另还主要受到胶粘剂抵抗拉伸剪切破坏时的最大力P1，及气固两相流压应力等作用。显然只有保证P1>P时，叶片上的陶瓷元件才不会发生脱落。此时这个最大的离心力P=ω2 n2ρsδRmax/900(N)，式中：n—叶轮转速，r/min；ρ－陶瓷元件的体积密度，Kg/m3；δ－陶瓷元件的厚度，m；S－陶瓷元件被粘接面的面积，m2；Rmax－叶轮中心至叶片出口处的最大半径，m。考虑到现场大面积粘接施工条件和叶轮工作温度等因素的影响，为安全稳妥起见，只将在实验室条件下测定的胶粘剂拉伸剪切强度στ值的一半代入计算，即P1=Sστ/2，并引入安全系数K=P1/P，则有K=450στ/π2n2ρδRmax
在正常工况下排粉风机、引风机的工作温度为70℃和150℃左右。常用陶瓷元件的厚度δ=1.5mm，其体积密度ρ=3.7g/cm3。以粘接了氧化铝陶瓷元件至今已投入2年7个月和3年9个月运行的两种风机叶轮为例，通过安全系数的计算和实际业绩的验证，MD-Ⅲ高强韧性胶粘剂确有很高的粘接安全系数。只要风机工作温度不突破该胶粘剂最高工作温度的限制（Tmax≤175℃），施工质量和陶瓷元件质量达到一定的技术条件，则粘接型陶瓷耐磨叶轮就完全可以满足电厂风机运行工况的要求。两种粘接型陶瓷耐磨叶轮安全系数计算结果见表2。
陶2 两种风机叶轮安全系数的计算结果
风机类型
型号
叶轮直径（m）
叶轮转速（r/min）
正常工况温度（℃）
对应温度下胶粘剂的στ（N/m2）
安全系数K
排粉风机
M6-30-11No20D
2.0
1480
70
2.96×107
111
引风机
Y6-2╳43No23.5F
2.35
980
150
3.37×107
246
3•2 陶瓷元件的最佳量化设计
依照陶瓷耐磨叶轮须安全可靠运行的最基本原则，如果说DM-Ⅲ胶粘剂所具有的足够高的强度指标是防止陶瓷元件脱落的首要条件的话，那么如何减少和弥补陶瓷元件与金属材料的线膨胀系数差异较大，在温度变化时两者间产生的相对位移量给耐磨保护层带来的不利影响，则是陶瓷与金属复合连接技术中必须解决的重要课题。
由于物体受热膨胀其长度的增加正比于物体的原始长度和温度变化值Δ T ，已知在20℃-300℃范围，氧化铝陶瓷（Al2O3 95%）和Q345钢的线膨胀系数分别为×10-6℃-1和10.99×10-6℃-1，一般在正常工况下，排粉风机和引风机叶轮的工作温度不超过100℃和150℃，α、ΔT视为常数，因此陶瓷元件的设计尺寸便直接决定了其受热后所增加的位移量ΔL。显然尽可能缩小陶瓷元件的尺寸，将更有利于控制ΔL的大小。因氧化铝陶瓷优异的耐磨性能，陶瓷元件的厚度一般设计为1-2mm即可。考虑制作、施工诸多因素及实践证明：风机叶轮通用型陶瓷元件的最佳量化单元是10mm×10mm×1.5mm。即使风机有150℃的温度变化，这个最小陶瓷单元与叶片金属间的相对位移量也仅为6.6μm。因陶瓷元件、胶粘剂和金属之间为柔性连接，MD-Ⅲ胶粘剂的αk值在20℃-200℃内是随温度的升高而增加，对于6.6μm极其微小的位移量，通过高韧性的胶层便可以吸收。而陶瓷元件周边存在微量缝隙，对温度变化时所产生的位移或应力起到了削弱和阻隔作用，却不会影响其防磨的效果（这与水电站为防止磨蚀对过流部件表面质量的要求截然不同）。
4 陶瓷耐磨叶轮的特点
4•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。
目前仍在沿用一种传统的，在叶片上加焊防磨护板的方法。因叶片与护板仅是依托四周的角焊缝进行有限的“线连接”，一但角焊缝被严重磨损或被磨透后，所造成整块护板瞬间飞离、高速转动叶轮的平衡被破坏、风机振动急剧增大，乃至引起重大事故的实例屡见不鲜。采用在叶轮上焊接钢制附件，并镶嵌上陶瓷元件的方法，因受其结构形式和陶瓷元件几何尺寸的限制，当叶轮在一定温度的工况下运转时，陶瓷元件开裂和脱落的情况时有发生。这对叶轮平衡和风机振动产生的不利影响虽不及护板的脱落，但所引起振动值超标，因此停炉和叶轮现场无法修复只能弃用，亦是一个不容忽视的问题。
采用MD-Ⅲ高强韧性胶粘剂和氧化铝陶瓷对叶轮进行防磨处理，只要在施工过程中严格执行粘接工艺规程，按照技术要求认真操作，且耐磨叶轮能保证在正常的工况条件下工作，就不会发生陶瓷元件脱落的可能。电厂风机叶轮选用陶瓷元件规格为10mm×10mm×1.5mm的最佳量化单元。这种最小单元的质量仅为0.55g左右。反馈的信息显示，在已投入运行的近百台粘接型陶瓷

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