耐磨陶瓷在發(fā)電廠風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子上的應(yīng)用實(shí)踐

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　　簡介： 火電廠中使用的主要風(fēng)機(jī)有引風(fēng)機(jī)、排粉機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)等。其中引風(fēng)機(jī)和排粉機(jī)作為電廠的主要輔機(jī)之一，因?yàn)槟p而嚴(yán)重影響其出力并帶來頻繁的更新維修，已成為火力發(fā)電廠鍋爐安全運(yùn)行的隱患之一。多年來，雖然使用過許多表面強(qiáng)化方法，包括表面堆焊耐磨材料、熱噴涂噴焊、表面涂覆各種高分子涂料、表面淬火等，效果均不十分理想。針對耐磨膠粘劑主要是利用膠粘劑高粘接強(qiáng)度粘接耐磨顆粒材料，由耐磨材料提供抗磨力的特點(diǎn)，考慮利用膠粘劑粘接耐磨陶瓷用于風(fēng)機(jī)葉輪的耐磨防磨。該項(xiàng)技術(shù)先后在幾十臺引、排粉風(fēng)機(jī)葉輪上得到應(yīng)用，最長使用時間已達(dá)到3年以上，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

　　一、前言火電廠中使用的主要風(fēng)機(jī)有引風(fēng)機(jī)、排粉機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)等。其中引風(fēng)機(jī)和排粉機(jī)作為電廠的主要輔機(jī)之一，因?yàn)槟p而嚴(yán)重影響其出力并帶來頻繁的更新維修，已成為火力發(fā)電廠鍋爐安全運(yùn)行的隱患之一。多年來，雖然使用過許多表面強(qiáng)化方法，包括表面堆焊耐磨材料、熱噴涂噴焊、表面涂覆各種高分子涂料、表面淬火等，效果均不十分理想。針對耐磨膠粘劑主要是利用膠粘劑高粘接強(qiáng)度粘接耐磨顆粒材料，由耐磨材料提供抗磨力的特點(diǎn)，考慮利用膠粘劑粘接耐磨陶瓷用于風(fēng)機(jī)葉輪的耐磨防磨。該項(xiàng)技術(shù)先后在幾十臺引、排粉風(fēng)機(jī)葉輪上得到應(yīng)用，最長使用時間已達(dá)到3年以上，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

　　二、陶瓷片用于風(fēng)機(jī)葉輪上的可行性陶瓷片用于風(fēng)機(jī)葉輪上，首先要確保陶瓷有優(yōu)異的耐磨性能，其次要求陶瓷與金屬基體有良好的結(jié)合性能，即膠粘劑有良好的粘貼強(qiáng)度及高溫韌性。

　　針對風(fēng)機(jī)葉輪的使用情況，采用冷壓燒結(jié)氧化鋁陶瓷，經(jīng)實(shí)測，其硬度可達(dá)到HRA88以上，耐磨性能是高鉻鑄鐵的至少5倍以上，是普通噴焊工藝的10倍以上，因此耐磨性能完全可以滿足一般風(fēng)機(jī)壽命的要求。因?yàn)樘沾傻膬?yōu)異耐磨性能，一般陶瓷片厚度僅取1.5mm即可。

　　采用自制的膠粘劑，主要性能指標(biāo)如下：

　　抗拉強(qiáng)度（金屬-金屬）為50MPa（室溫）及20MPa（150℃）；

　　抗剪強(qiáng)度為28MPa（室溫）及8MPa（150℃）。

　　引風(fēng)機(jī)在近180℃高溫、帶硬質(zhì)顆粒的高速沖刷氣流作用下工作，要求膠粘劑必須具備耐高溫性能，同時具有一定的抗剪強(qiáng)度和抗老化性能。陶瓷的熱膨脹系數(shù)只有金屬的一半，因而還需要膠粘劑具有良好的韌性。相對而言，排粉機(jī)的轉(zhuǎn)速高達(dá)1 500r/min，陶瓷片將受到更大的離心力的作用。

　　經(jīng)計(jì)算，在150℃溫度下，當(dāng)引風(fēng)機(jī)以960r/min轉(zhuǎn)動時，一塊100×100×3（mm）的瓷片受到的離心力為1.13MPa，而此時膠粘劑所能提供的抗剪力為150MPa（150℃），其大小為離心力的132倍?？梢娔z粘劑具有極高的膠粘保險(xiǎn)系數(shù)。對于排粉機(jī)，膠粘劑提供的粘接力亦將是離心力的100倍以上?？梢?，膠粘劑的強(qiáng)度具有十分高的可靠性。

　　三、試驗(yàn)工況首次試驗(yàn)在大同一電廠5號機(jī)上進(jìn)行。該型風(fēng)機(jī)為雙吸入結(jié)構(gòu)，平板式葉片，具體參數(shù)如下：外徑Φ2 200，介質(zhì)溫度170℃，轉(zhuǎn)速960r/min.雙排葉片共計(jì)24片，葉片厚8mm，另用厚為10mm的鋼板作為襯板并用螺栓與葉片聯(lián)接，襯板使用壽命為半年（磨穿）。葉輪中盤厚20mm，使用壽命一年（雙面共磨損12mm）。整體壽命一年，每年更換一次。

　　由于是第一次進(jìn)行試驗(yàn)，為保險(xiǎn)起見，保留24塊襯板并只在磨損最嚴(yán)重的出口半部粘貼陶瓷片，陶瓷塊尺寸為10×10×3（mm），并在自制的烘箱中進(jìn)行固化。中盤兩側(cè)面部粘貼3mm瓷片，室溫自然固化。

　　風(fēng)機(jī)自1994年5月投運(yùn)至1995年10月檢測，葉輪輪轂兩側(cè)面陶瓷完好無損，無任何脫落掉塊現(xiàn)象，平均磨損不到0.1mm，按實(shí)際運(yùn)行時間計(jì)算，每年最多磨損0.1mm.磨損量為粘瓷片前的1/30.24塊襯板中，運(yùn)行期間共有3塊襯板上的瓷片脫落，其余完好無損。經(jīng)初步分析，認(rèn)為瓷片脫落是由于烘干加熱時烘箱中局部超溫（250～300℃）而造成膠層膠化所致。利用中間停爐機(jī)會進(jìn)行修補(bǔ)后繼續(xù)投入運(yùn)行，再無脫落現(xiàn)象。

　　分析不同部位的陶瓷片磨損情況發(fā)現(xiàn)，在沿氣流流動方向的平面上瓷片磨損平均不到0.1mm，越靠近葉輪外圓，磨損越嚴(yán)重，平均磨損0.2mm，明顯比中盤輪轂兩側(cè)處磨損嚴(yán)重。這是由于越靠近葉輪的外圓周，氣流流速愈大，因而磨損就愈嚴(yán)重。

　　與沿氣流方向相比，在沿氣流垂直方向上的瓷片磨損最為嚴(yán)重，最多可達(dá)1～3mm.實(shí)際上這正符合了陶瓷沖刷機(jī)理，即氣流入射角愈大，磨損愈嚴(yán)重。而且由于接縫處形成的渦流使得沿接縫處金屬基體磨損最為嚴(yán)重，甚至可以把金屬襯板磨穿，使陶瓷完全懸空，造成部分迎風(fēng)接縫處瓷片脫落。

　　對襯板連同瓷片進(jìn)行抗拉強(qiáng)度測試，結(jié)果表明，經(jīng)過一年運(yùn)行后，膠粘劑的剩余抗剪強(qiáng)度仍有10MPa（150℃）。而此時的離心力仍是1.13MPa.按10%年老化率計(jì)算，5年后膠粘劑的剩余強(qiáng)度為8.6MPa，仍大大高于離心力。

　　為了進(jìn)一步試驗(yàn)?zāi)z粘劑的性能，1995年5月又對兩臺同型號引風(fēng)機(jī)進(jìn)行了粘貼試驗(yàn)，并且撤掉了襯板而直接粘于葉片上，在迎風(fēng)邊上采用丁字型瓷片，進(jìn)一步降低了氣流沖刷底部金屬的可能性。經(jīng)連續(xù)600天的運(yùn)行后檢查，陶瓷片完好，基體沒有脫落現(xiàn)象，平均磨損不到0.2mm.

　　四、在其它電廠的使用情況1.北京大唐高井電廠：由于該廠的電除塵設(shè)備一直不能投運(yùn)，除塵效率不高，致使引風(fēng)機(jī)葉輪嚴(yán)重磨損。表面熱噴焊硬度達(dá)HRC60以上的耐磨合金涂層，使用壽命也只有4個月。該型葉輪直徑Φ2 100，雙吸結(jié)構(gòu)共24個葉片。1996年10月，該廠采用陶瓷膠粘技術(shù)，直接在葉片熱噴焊層上粘貼陶瓷片進(jìn)行防磨處理，經(jīng)過近兩年的運(yùn)行，磨損不到0.2mm，只是由于直接粘貼在噴焊層上，導(dǎo)致了部分陶瓷片脫落而進(jìn)行更換。通過這次試驗(yàn)，該廠又在另外4臺引風(fēng)機(jī)葉輪上粘貼陶瓷片，目前運(yùn)行已達(dá)3年以上，壽命提高近5倍以上。

　　2.鄭州熱電廠：排粉機(jī)為前向單吸葉輪，葉輪直徑Φ1 700，共16個葉片。因磨損十分嚴(yán)重，長期以來一直使用間隔堆的方法作為耐磨措施，但使用壽命始終只有4個月。1996年在一臺排粉機(jī)葉輪上粘貼陶瓷并投入運(yùn)行，作為對比，同時投入使用的還有兩臺涂抹耐磨陶瓷涂料，一臺堆焊一種新型耐磨焊條。經(jīng)過4個月的運(yùn)行，檢查發(fā)現(xiàn)，陶瓷片磨損十分輕微，幾乎看不出有任何磨損，特別是在入口處，未粘陶瓷的部位已經(jīng)縮短了近50mm，但堆焊的一臺已經(jīng)磨穿，必須修補(bǔ)才能繼續(xù)運(yùn)行。而涂抹耐磨陶瓷涂料的一臺亦接近磨穿，必須修補(bǔ)才能繼續(xù)運(yùn)行。由于粘貼陶瓷的耐磨性能良好，該廠已將全部排粉機(jī)葉輪進(jìn)行了粘貼陶瓷處理，預(yù)計(jì)使用壽命中可提高6倍以上。

　　3.湛江電廠：排粉機(jī)葉輪是成都電力機(jī)械廠生產(chǎn)的離心式葉輪，以前采用熱噴涂的方式進(jìn)行防磨處理，使用壽命只有一年左右，換下的葉輪只能當(dāng)廢品處理。1996年底該廠在經(jīng)過調(diào)研的前提下，在4臺排粉機(jī)葉輪（兩舊兩新）粘貼陶瓷。1997年春天又在7臺風(fēng)機(jī)葉輪（4新3舊）上粘貼陶瓷。在近3年的運(yùn)行過程中，除了在兩臺舊的風(fēng)機(jī)葉輪上因原基體嚴(yán)重磨損（基體表面已不平整）導(dǎo)致有部分陶瓷脫落外，其它葉輪表面陶瓷磨損十分輕微。在1999年10月的大修中，其中4臺因其它原因拆下葉輪，經(jīng)檢查只有一臺上有極少量陶瓷片脫落，其他3臺完好無損。經(jīng)過簡單的修補(bǔ)，預(yù)計(jì)可以至少再使用3年。幾年來先后為湛江電廠近20臺風(fēng)機(jī)葉輪進(jìn)行了陶瓷粘貼耐磨處理。

　　經(jīng)過幾十臺風(fēng)機(jī)葉輪的實(shí)際運(yùn)行表明，粘貼陶瓷防磨是一項(xiàng)可靠、有效的措施，只要施工仔細(xì)，嚴(yán)格按照工藝操作，可以保證陶瓷片不發(fā)生脫落。由于風(fēng)機(jī)葉輪的特殊性，在風(fēng)機(jī)葉輪上的成功應(yīng)用，也為在其它部位的應(yīng)用提供了可靠的參考價值，為火力發(fā)電廠提供了另一行之有效的耐磨防磨措施。