耐磨陶瓷片在風機葉輪的應用

 火力發電廠的風機包括引風機、排粉機及給粉機及送風機等，其中引風機及排粉機葉輪由于介質中的硬質顆粒的沖刷，磨損十分嚴重，嚴重影響其出力并帶來頻繁的更新維修，已成為火力發電廠鍋爐安全運行的隱患之一。表面堆焊、熱噴涂、噴焊及涂抹耐磨膠泥等方法均在葉輪上得到使用，但效果并不明顯。現代工程陶瓷具有優異的耐磨性能，陜西中科表面工程有限公司利用耐高溫高強度膠粘劑將其應用于引、排風機葉片上以提高其耐磨性，取得了相當成功。

   試驗在大同一電廠＃5機上進行。該型風機為雙進雙出結構，葉片為直根式，具體參數如下:外徑Φ2200,介質溫度170℃,轉速960rpm。

雙排葉片共計24片，片厚8mm,另用厚為10mm的鋼板作為襯板并用螺栓與葉片連接,襯板使用壽命為半年(磨穿)。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。

引風機在近200℃高溫、帶硬質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度。自配膠粘劑的抗拉強度（金屬-金屬）為50MPa(室溫)及30MPa(150℃)；抗剪強度為20MPa(室溫)及10MPa(150℃)。

    經計算，在150℃溫度下，當引風機以960rpm轉動時，一塊10×10×2(mm)的瓷片受到的離心力為113(kgf)，而此時膠粘劑所能提供的抗剪力為15000(kgf)(150℃)，其大小為向心力的132倍。

    陶瓷片采用Al2 O3 粉末冷壓燒結成型，厚約2mm，硬度HRC69～70，耐磨性為高鉻鑄鐵的6～8倍。

    粘貼時將金屬表面打磨干凈，見金屬光澤，并用3%偶聯劑酒精溶液處理金屬表面，用膠粘劑將陶瓷片粘貼于風機葉片磨損面。其中中盤兩側面全部粘貼2mm瓷片，室溫自然固化。24塊襯板只粘靠近外圓的半部，瓷片與金屬之間加入玻璃纖維作為增韌層并在自制的烘箱保溫(150℃×2h)。

風機自1994年5月投運至95年10月份檢測，葉輪輪轂兩側面陶瓷完好無損，無任何脫落掉塊現象，平均磨損不到0.1mm，按實際運行時間計算，每年最多磨損0.1mm。磨損量為粘瓷片前的1/30。24塊襯板中，運行期間共有三塊襯板上的瓷片全部脫落，其余完好無損。經初步分析，認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。利用中間停爐機會進行修補后繼續投入運行,再無脫落現象。

分析不同部位的陶瓷片磨損情況發現，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，磨損越嚴重，平均磨損0.2mm,明顯比中盤輪轂兩側處磨損嚴重。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重，最多可達1～3mm。實際上這正符合了陶瓷沖刷機理，即氣流入射角愈大，磨損愈嚴重。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,造成部分迎風接縫處瓷片脫落。

對襯板連同瓷片進行抗拉強度測試，結果表明，經過一年運行后，膠粘劑的剩余抗剪強度仍有10MPa(150℃)。而此時的向心力仍是1.13Mpa。按10%年老化率計算,五年后膠粘劑的剩余強度為8.6Mpa,仍大大高于向心力。

   為了進一步試驗膠粘劑的性能，95年5月又對二臺同型號引風機進行了粘貼試驗，并且撤掉了襯板而直接粘于葉片上，并且在迎風邊上采用丁字型瓷片，進一步降低了氣流沖刷底部金屬的可能性。經連續600天的運行后檢查，陶瓷片完好，基體沒有脫落現象，平均磨損不到0.2mm。

    如果在迎風邊采用U型瓷片并加大垂直于氣流方向上瓷片尺寸，同時確保瓷片與瓷片之間過渡無縫隙，則可以更好地解決瓷片易于脫落的問題。

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