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火电厂风机叶轮表面防磨强化技术及应用         ★★★
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
耐磨叶轮中,也曾发生过5台叶轮因种种原因陶瓷元件脱落的现象。其中一台叶轮因别的原因在停机检修时被发现,一片叶片上最多有16件陶瓷元件脱落,但这并未给风机的安全平稳运行产生什么影响(该叶轮至此已运行3年1个月)。因为16件陶瓷元件总的质量仅有8.9 g,且又未集中分布在叶片的一个位置上。电厂在停机检修时,仅顺便稍作修复性粘接处理后,即马上将其又投入运行。
4•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。氧化铝陶瓷与几种耐磨材料的硬度之比较见表3。
表氧化铝陶瓷、耐磨材料的硬度比较。 
氧化铝陶瓷(Al2O3 95%)
87HRA-92HRA 
Ni60WC25喷焊层
58HRC-62HRC
FeO5堆焊合金层
58HRC-60HRC
Deloro50耐磨合金层
50HRC-52HRC
Q345钢
140HB-155HB
(注:86.6HRA=70HRC )
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。表4给出了氧化铝陶瓷与几种常用耐磨材料的比较磨损试验结果。
表4 氧化铝陶瓷与耐磨材料的相对耐磨性。
磨损试验类型
氧化铝陶瓷(Al2O3 95%)的相对耐磨性
往复摩擦磨损
是FeO5堆焊合金层的10.3倍
喷射型冲蚀磨损(θ=20º)
是Q345钢的36.6倍
是Deloro50耐磨合金层的14.8倍

橡胶轮磨粒磨损
是Q345钢的74.6倍
是Ni60WC25喷焊层的15.1倍
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。图3为125MW机组,Φ=2000mm的排粉风机叶轮,在叶片入口端部,未粘接和粘接有增厚流线形氧化铝陶瓷元件的上、下部位,经4个半月运行后,其被磨损与抗磨损的鲜明对比形状。
4•3 能耗低效率高 
某电厂300MW机组的排粉风机叶轮直径为2170mm,有15片叶片。为延长使用寿命,若采用传统的加焊防磨护板的方案,并在δ=8mm的护板上堆焊厚度约为2.5mm的合金耐磨层。每块护板的面积为1345cm2,一台叶轮所增加的重量为126.7Kg以上(未计合金耐磨层的重量)。这使得叶轮的转动惯量增大,也增加了风机的轴动率和耗电量。若选用粘接δ=1.5mm的陶瓷元件进行防磨处理,则一台叶轮仅会增加约11.2Kg的重量,这还不及前者的十分之一,且叶轮的使用寿命远远超过前者。
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,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。
4•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。但对于流道狭长的排粉风机叶轮叶片工作面入口段一定的区域及小型引风机叶轮的叶片入口处,由于受到近距离相邻叶片及前、后盘的阻碍,在以上两个区域进行电弧堆焊、碳弧堆焊、火焰喷焊和电弧喷涂时,存在焊接、喷涂(焊)角度受限,距离不足,熔池、“镜面”观察受阻,焊条、碳棒、粉末等到不了位,甚至无法实施的状况,从而使用户对该区域的防磨质量提出了质疑。
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。显而易见,在对流道狭窄的排粉风机叶轮进行防磨处理时,这具有非常重要的实际意义。
5 陶瓷耐磨叶轮的运行业绩 
燃煤电厂风机叶轮的磨损失效是冲蚀磨损和磨粒磨损联合作用的结果(未计腐蚀所产生的影响)。而上述几种耐磨材料和氧化铝陶瓷的磨损试验结果和相对耐磨性的关系,仅仅是在实验室单一的磨损类型条件下测出的几组数据,不能表明氧化铝陶瓷应用到电厂风机上后,叶轮最终的使用期限,只能说明氧化铝陶瓷的确要比几种常用的耐磨材料在特定的磨损条件下,具有更高的抗磨损性能。因此,只有氧化铝陶瓷叶轮的实际运行业绩,才具有真正的实用意义。
通过近百台粘接型陶瓷耐磨叶轮在电厂长期运行的实践检验,并同叶轮常用防磨技术的效果进行比较,无论是在安全可靠程度,抗磨损性能,使用寿命,还是在性能价格比,可多次重复防磨,现场维护的方便性和时间性等方面,粘接型陶瓷耐磨叶轮均突现出相当明显的优势。目前这项技术已受到越来越多的电厂用户的认可和欢迎。如图4-图6所示,即为最好的业绩佐证。图4为300MW机组2号炉乙侧的2850/1800型轴流式引风机叶轮的陶瓷耐磨动叶片。该叶片原采用氧乙炔焰喷焊防磨处理,寿命提高到了约14个月。但经喷焊后叶片型线有一定改变,且防磨的效果仍不太理想。后采用氧化铝陶瓷防磨技术,彻底解决了叶片的变形问题,而耐磨的效果更显突出,图中显示经过3年2个月的运行,停炉检修时发现,动叶片的压力面和进气端前缘磨损甚微,预计还可运行一个大修期以上(叶轮最高工作温度Tmax≤175℃)。图5为200MW机组6号炉A侧φ=2000mm的排粉机叶轮。由于原叶轮磨损严重,停炉检修时采用焊条补焊修复后,累计运行约6个月即需更换新叶轮。后采用在叶片上加焊防磨护板,并在护板上堆焊耐磨焊道的防磨措施,其使用寿命亦勉强维持在1年半左右。由于曾发生过叶片与护板的连接焊缝被磨透,导致共有4片护板运行时突然飞离叶轮击穿机壳,几乎伤人的恶性事故,现已将3台炉共6个排粉机叶轮全部改为氧化铝陶瓷防

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