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水簾風(fēng)機(jī)_我國(guó)確立了風(fēng)電設(shè)備潤(rùn)滑產(chǎn)品國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)耐磨陶瓷復(fù)合技術(shù)

近年來(lái)我國(guó)風(fēng)力發(fā)電進(jìn)入高速發(fā)展時(shí)期，然而作為風(fēng)力發(fā)電設(shè)備重要支撐的潤(rùn)滑系列產(chǎn)品卻一直沒(méi)有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，且長(zhǎng)期依賴進(jìn)口。由鞍山海華油脂化學(xué)有限公司發(fā)起并起草的新能源風(fēng)力發(fā)電設(shè)備專用潤(rùn)滑油脂系列產(chǎn)品國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)被國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)正式批準(zhǔn)。我國(guó)擁有了風(fēng)力發(fā)電設(shè)備潤(rùn)滑技術(shù)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，并將為國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品生產(chǎn)提供標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)。
新能源風(fēng)力發(fā)電設(shè)備專用潤(rùn)滑油脂系列產(chǎn)品國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，是根據(jù)我國(guó)風(fēng)電廠運(yùn)行環(huán)境特點(diǎn)量身定制的，其生產(chǎn)的風(fēng)電設(shè)備專用潤(rùn)滑油脂更為符合我國(guó)氣候特點(diǎn)，綜合性能完全可以保障我國(guó)各區(qū)域風(fēng)電設(shè)備正常運(yùn)行，且可以延長(zhǎng)風(fēng)電機(jī)組的使用壽命，大大降低風(fēng)力發(fā)電成本，保障我國(guó)新能源風(fēng)力發(fā)電可持續(xù)發(fā)展。



摘要：為解決排粉風(fēng)機(jī)葉輪的磨損問(wèn)題，探討了采用陶瓷－金屬?gòu)?fù)合制造技術(shù)的可行性，介紹了復(fù)合層膠粘劑的性能校核及選用，對(duì)實(shí)際運(yùn)行效果進(jìn)行了分析，得出了其使用壽命比原來(lái)的噴焊或堆焊工藝提高了5倍以上的結(jié)論。
1引言
火力發(fā)電廠大量使用各種風(fēng)機(jī)設(shè)備，常用的有引風(fēng)機(jī)、排粉風(fēng)機(jī)及送風(fēng)機(jī)等。其中作為電廠的主要輔機(jī)之一的引風(fēng)機(jī)和排粉風(fēng)機(jī)，因?yàn)槟p而嚴(yán)重影響了出力并使得維修、更新頻繁，已成為火力發(fā)電廠鍋爐安全及高效運(yùn)行的主要隱患之一。以華電四川廣安電廠為例，4臺(tái)300MW機(jī)組共16臺(tái)排粉風(fēng)機(jī)中，自投入使用以來(lái)，雖然對(duì)葉片采用過(guò)許多表面強(qiáng)化方法，包括表面堆焊耐磨材料、噴涂、噴焊高分子涂料、葉片進(jìn)口前加裝導(dǎo)葉、葉片表面直接加焊防磨板等處理方式，但效果均不理想，一臺(tái)排粉風(fēng)機(jī)葉輪最短的使用壽命平均只有18天，這嚴(yán)重威脅鍋爐機(jī)組的安全生產(chǎn)和平穩(wěn)運(yùn)行。為解決這一問(wèn)題，在分析各種耐磨防磨技術(shù)的基礎(chǔ)上，同時(shí)參考在各種靜止磨損部件，如各種耐磨彎頭，管道等設(shè)備大量采用耐磨陶瓷技術(shù)的成功實(shí)例，將陶瓷復(fù)合技術(shù)使用到排粉機(jī)葉輪上，并取得了成功。一年的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，在相同的使用條件下，使用陶瓷復(fù)合技術(shù)后，排粉風(fēng)機(jī)葉輪的使用壽命比原來(lái)的堆焊工藝提高了5倍以上。
2葉輪運(yùn)行工況
廣安電廠現(xiàn)有4臺(tái)300MW機(jī)組，每臺(tái)機(jī)組配備4臺(tái)球磨機(jī)，每臺(tái)球磨機(jī)配1臺(tái)排粉風(fēng)機(jī)，其型號(hào)為M5-29-11№21D。排粉風(fēng)機(jī)葉輪直徑為Ф2100mm，后彎式12個(gè)葉片，葉片厚度為10mm，根據(jù)需要，葉片表面堆焊或噴焊耐磨材料。葉輪轉(zhuǎn)速1440r/min，介質(zhì)溫度90℃。自投產(chǎn)以來(lái)，因煤粉的沖刷磨損，排粉風(fēng)機(jī)葉輪的使用壽命非常短，最短使用18天，必須進(jìn)行更換或?qū)γ總�(gè)葉片進(jìn)行大面積堆焊。幾年來(lái)，雖然使用過(guò)各種表面強(qiáng)化工藝，包括噴涂、噴焊、堆焊及葉片進(jìn)口前加裝誘導(dǎo)葉、葉片表面直接加焊防磨板等處理方式，但使用效果一直不佳。
3風(fēng)機(jī)葉片的磨損分析及對(duì)策
火力發(fā)電廠的排粉風(fēng)機(jī)，是通過(guò)其高速旋轉(zhuǎn)的葉輪產(chǎn)生的抽吸力，將磨煤機(jī)磨制的氣、粉混合物抽吸到粗、細(xì)粉分離器進(jìn)行分離，并根據(jù)需要，將細(xì)粉分離器分離后的乏氣送入鍋爐爐膛燃燒或送入布袋除塵器進(jìn)行最終除塵處理。因細(xì)粉分離器分離后的乏氣始終帶有一定量的煤粉，從而導(dǎo)致排粉風(fēng)機(jī)的葉輪葉片磨損嚴(yán)重。排粉風(fēng)機(jī)葉輪磨損部位主要集中于葉片進(jìn)口前緣、葉片工作面與中盤(pán)交角處，這些部位的鋼板、焊縫經(jīng)常被磨成較深的溝槽甚至被磨穿，尤其在焊縫處磨損更為嚴(yán)重。磨損破壞了風(fēng)機(jī)葉輪的平衡，造成風(fēng)機(jī)劇烈振動(dòng)；同時(shí)，葉片根部的嚴(yán)重磨損減弱了葉片強(qiáng)度，如果發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，會(huì)造成嚴(yán)重的飛車事故。
此前雖采取了各種防磨措施，以表面堆焊和噴涂工藝使用較多，但因其表面堆焊工藝易引起風(fēng)機(jī)葉輪的變形，這使得其使用受到很大限制，而且實(shí)際使用效果也比較差。
4貼陶瓷－金屬?gòu)?fù)合技術(shù)的可行性分析
為解決排粉風(fēng)機(jī)葉輪磨損嚴(yán)重的問(wèn)題，首先調(diào)研了一些使用陶瓷風(fēng)機(jī)葉輪的用戶。根據(jù)調(diào)查結(jié)果認(rèn)為，風(fēng)機(jī)葉輪表面復(fù)合陶瓷防磨的效果主要取決于兩個(gè)條件：一是要求陶瓷耐磨性能優(yōu)異，其耐磨性能應(yīng)比常用的WC噴涂、噴焊材料或堆焊材料高3倍以上，在相同的厚度條件下，陶瓷層的實(shí)際耐磨壽命應(yīng)提高5倍以上，只有這樣才能滿足對(duì)排粉風(fēng)機(jī)葉輪使用壽命的要求；二是要求陶瓷與金屬基體復(fù)合牢固，即復(fù)合層強(qiáng)度要高，韌性要好，而且要耐高溫耐腐蝕，耐老化壽命在5年以上，即在葉輪預(yù)期使用壽命為5年的時(shí)間內(nèi)，其復(fù)合強(qiáng)度下降不應(yīng)超過(guò)10%。
4.1耐磨陶瓷的耐磨性能及其選用
工程耐磨材料使用的陶瓷主要有氧化鋁、碳化硅、氮化硅及氧化鋯等。針對(duì)風(fēng)機(jī)葉輪的使用工況，以及對(duì)經(jīng)濟(jì)性的考慮，耐磨陶瓷采用了冷壓燒結(jié)氧化鋁陶瓷，其主要特點(diǎn)是價(jià)格便宜、密度小、耐磨性能優(yōu)異。經(jīng)對(duì)采用的陶瓷材料進(jìn)行測(cè)試,水簾風(fēng)機(jī)，采用冷壓燒結(jié)的氧化鋁陶瓷塊硬度為HRA88，密度為3.7kg/m3，耐磨性是高鉻鑄鐵的５倍左右，是普通碳鋼的200倍左右。
由于風(fēng)機(jī)葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)特性，在采用陶瓷防磨時(shí)，要求增加的質(zhì)量不能太大，因此采用陶瓷片的厚度以1.5mm為宜，每平方米的質(zhì)量只有5.5kg，整個(gè)葉輪增加的質(zhì)量不超過(guò)15kg。在排粉風(fēng)機(jī)葉片的進(jìn)口處，由于磨損特別嚴(yán)重，且因陶瓷受到垂直的磨損顆粒的沖刷作用，使磨損加劇,臺(tái)灣負(fù)壓風(fēng)機(jī)，因此宜采用U型陶瓷塊，在迎風(fēng)面厚度可以達(dá)到6mm。相對(duì)于一般的熱噴涂及堆焊材料，其最大厚度只有1～3mm。因此，陶瓷的耐磨性能完全可以達(dá)到預(yù)期的效果。
4.2復(fù)合層膠粘劑的性能校核及選用
對(duì)復(fù)合過(guò)渡層的要求包括兩個(gè)方面：第一，要求過(guò)渡層具有一定的結(jié)合強(qiáng)度和韌性，在葉輪高速旋轉(zhuǎn)的情況下，避免因離心力和振動(dòng)所造成的陶瓷片脫落的可能性。經(jīng)過(guò)理論計(jì)算，需要的膠粘劑的抗剪強(qiáng)度應(yīng)該在2MPa（室溫情況），但考慮到風(fēng)機(jī)葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)特點(diǎn)，特別是振動(dòng)特點(diǎn)，以及葉輪運(yùn)轉(zhuǎn)要求的高可靠性，膠粘復(fù)合層的實(shí)際結(jié)合強(qiáng)度要達(dá)到25MPa以上，而且至少要有10倍的保險(xiǎn)系數(shù)；同時(shí)由于葉輪是在高溫工況下運(yùn)行，雖然排粉風(fēng)機(jī)運(yùn)行溫度只有90℃，但在這種溫度下，復(fù)合膠粘層依然會(huì)存在壽命老化現(xiàn)象，因此還要求膠粘劑必須具備一定的耐高溫性能，同時(shí)還得具有一定的抗剪強(qiáng)度和抗老化性能。另外陶瓷的熱膨脹系數(shù)只有金屬的一半,因而膠粘劑還需要具有良好的韌性。
經(jīng)過(guò)測(cè)試，對(duì)選用的膠粘劑進(jìn)行了性能測(cè)試，得出主要性能指標(biāo)：不同溫度下抗拉強(qiáng)度（金屬-金屬）分別為30MPa(室溫)、25MPa(100℃)、5MPa(150℃)；抗剪強(qiáng)度分別為16MPa(室溫)及12MPa(100℃)、3MPa(150℃)。膠粘劑的韌性介于陶瓷與金屬之間，固化后不收縮。
經(jīng)計(jì)算，在90℃溫度下，當(dāng)一個(gè)直徑為Ф2100mm的排粉風(fēng)機(jī)葉輪以1440r/min轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在葉輪最邊緣上一塊10mm×10mm×1.5mm的瓷片受到的向心力為4.46N，而此時(shí)膠粘劑所能提供的抗剪力為1200N(100℃),河北屋頂風(fēng)機(jī)，粘接力的大小是瓷片所受向心力的近300倍。可見(jiàn)，膠粘劑具有極高的粘接保險(xiǎn)系數(shù)。
5實(shí)際運(yùn)行結(jié)果分析
利用上述選用的陶瓷和膠粘劑，于2005年1月對(duì)一臺(tái)排粉風(fēng)機(jī)葉輪進(jìn)行了實(shí)際施工，并于同月投入運(yùn)行。主要的復(fù)合部位包括葉片的工作表面，部分后盤(pán)、葉片的進(jìn)口以及鉚釘?shù)�。瓷片厚度�?.5mm，葉片進(jìn)口使用U型卡子，工作面厚度為6mm。鉚釘使用環(huán)形陶瓷套接保護(hù)。
投入使用一個(gè)月后檢查，發(fā)現(xiàn)除了個(gè)別部位有陶瓷碎裂脫落外，其余部位的陶瓷磨損非常輕微，平均磨損厚度還不到0.1mm。檢查陶瓷脫落部位時(shí)發(fā)現(xiàn)，脫落部位的周邊陶瓷都有不同程度的碎裂現(xiàn)象，而且已脫落部位的金屬基體被磨損減薄已達(dá)3mm之多。經(jīng)分析，初步認(rèn)定陶瓷脫落的原因是受到外力的沖擊所致。而且根據(jù)脫落部位的金屬葉片磨損情況來(lái)看，該部位的陶瓷脫落可能發(fā)生于葉輪投運(yùn)初期，可能是由于檢修過(guò)程中留下的雜物如焊條頭等造成的。由于陶瓷的脫落并沒(méi)有引起風(fēng)機(jī)葉輪的振動(dòng)，因此經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單修補(bǔ)后，又繼續(xù)投入運(yùn)行。
2005年10月大修期間又進(jìn)行了檢查，除了極個(gè)別部位有陶瓷碎裂和脫落現(xiàn)象外，其它葉輪上的陶瓷片完好無(wú)損。經(jīng)目測(cè)，未發(fā)現(xiàn)有明顯磨損現(xiàn)象，實(shí)測(cè)磨損只有0.1～0.2mm。在進(jìn)口處的U型瓷片，也只有棱角磨損，平均減少還不到0.5mm。而在陶瓷脫落或磨損部位，以及陶瓷間縫隙處，金屬葉片竟有局部磨穿現(xiàn)象，說(shuō)明風(fēng)機(jī)葉輪的工作環(huán)境非常惡劣。
　　分析不同部位陶瓷片的磨損情況，發(fā)現(xiàn)在沿氣流流動(dòng)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(pán)輪轂兩側(cè)處磨損嚴(yán)重。這是由于越靠近葉輪的外圓周，氣流流速越大，因而磨損就越嚴(yán)重。
　　與沿氣流方向相比，在沿氣流垂直方向上（進(jìn)口處）的瓷片磨損最為嚴(yán)重，最多陷深達(dá)0.3～0.5mm。實(shí)際上這也正好符合了陶瓷沖刷機(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。
6結(jié)論
由于第一臺(tái)葉輪取得了良好效果，隨后又對(duì)其余6臺(tái)葉輪進(jìn)行了同樣的陶瓷復(fù)合耐磨處理，目前運(yùn)行良好。根據(jù)這種情況，將對(duì)所有的排粉風(fēng)機(jī)葉輪全部實(shí)行陶瓷復(fù)合耐磨處理。
經(jīng)一年的實(shí)際使用表明：風(fēng)機(jī)葉輪表面粘貼陶瓷是一項(xiàng)可靠、有效的耐磨防磨措施，只要施工仔細(xì)，嚴(yán)格按照工藝操作，就可以保證陶瓷片不發(fā)生脫落，從而為火力發(fā)電廠的排粉風(fēng)機(jī)葉輪提供了行之有效的耐磨防磨措施。

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