摘 要：為了解決我廠排風(fēng)機(jī)葉輪的強(qiáng)烈磨損問題，我廠在大量調(diào)研的基礎(chǔ)上，大膽采用陶瓷-金屬?gòu)?fù)合工藝，成功地將耐磨工程陶瓷應(yīng)用在風(fēng)機(jī)葉輪的防磨上，使風(fēng)機(jī)葉輪的使用壽命提高五倍以上，為我廠風(fēng)機(jī)葉輪的耐磨防磨以及安全生產(chǎn)又提供了一種有效可靠的方法。 關(guān)鍵詞：陶瓷 膠粘劑 磨損 風(fēng)機(jī) Abstract： In order to resolve the abrasion occurred in induce and extract fan of power plants, ceramics tiles are bonded on the surface of the fan with high molecule adhesive or welding method successfully. Application in our plant for past 3 years shows a very bright future with the ceramics tiles in solving the abrasion in the power plants. 一，引言 火電廠大量使用的各類風(fēng)機(jī)有引風(fēng)機(jī)、排粉機(jī)、給風(fēng)機(jī)和送風(fēng)機(jī)等。其中引風(fēng)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。以我廠為例，由于鍋爐采用水膜除塵器且燃用煤種灰份較高，而且水膜除塵器效率較低，煙氣中含灰量偏大，且燃用煤種灰份波動(dòng)較大時(shí)，水膜除塵器除塵效率不穩(wěn)定，造成引風(fēng)機(jī)葉片磨損加劇。尤其是機(jī)翼形葉片，磨漏后進(jìn)灰引起動(dòng)不平衡，風(fēng)機(jī)振動(dòng)而被迫停機(jī)處理，機(jī)組降出力，對(duì)發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)效益以及社會(huì)效率造成很大影響。多年以來，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、表面淬火或化學(xué)熱處理等，效果均不十分理想。2003年我廠在大量調(diào)研的基礎(chǔ)上，大膽采用北京鈦盾科技有限責(zé)任公司的陶瓷-金屬?gòu)?fù)合制作技術(shù)，將耐磨工程陶瓷用于風(fēng)機(jī)葉輪的耐磨防磨，并取得了初步成功。其后，經(jīng)過進(jìn)一步的工藝改進(jìn)，先后在我廠的四臺(tái)Y4-73NO.22F風(fēng)機(jī)葉輪上進(jìn)行應(yīng)用，最長(zhǎng)使用時(shí)間己達(dá)到三年以上，使用壽命提高三倍以上，最長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間到達(dá)三年以上，為我廠機(jī)組安全高效運(yùn)行提供了可靠的保證，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。 二，葉輪運(yùn)行工況 我廠鍋爐除塵器為文丘里水膜除塵器，設(shè)計(jì)煤種含灰量22.81%。91年機(jī)組投產(chǎn)以來，一直燃用灰份較低的煤（灰份為12%），除塵效果一直較好，引風(fēng)機(jī)磨損問題沒有顯現(xiàn)。96年以后，由于煤炭市場(chǎng)的制約，我廠開始燃用灰份較高的劣質(zhì)煤，含灰份達(dá)48%。以后除塵器效率低，過負(fù)荷。引風(fēng)機(jī)磨損加劇的問題逐漸突出。我廠引風(fēng)機(jī)型號(hào)為Y4—73N022F，出力為28.33萬立方/小時(shí)，葉片為后彎?rùn)C(jī)翼型。98年引風(fēng)機(jī)開始頻繁振動(dòng)，葉片魚頭部位磨損，磨漏進(jìn)灰現(xiàn)象嚴(yán)重，嚴(yán)重制約我廠的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。檢修人員平均每周一次對(duì)葉片的焊補(bǔ)，找動(dòng)平衡，造成比較被動(dòng)的生產(chǎn)局面。為此，廠領(lǐng)導(dǎo)痛下決心一定要扭轉(zhuǎn)這種局面，采取一切可能的措施，解決這個(gè)問題。 解決這個(gè)問題，有兩個(gè)思路，一是徹底解決除塵效率低的問題，二是增強(qiáng)引風(fēng)機(jī)葉輪防磨性能，而前一種可能性不大。因?yàn)槊悍N無法改變，且將水膜除塵器改為電除塵需幾千萬的資金，不現(xiàn)實(shí)，所以只能在第二種方法上下工夫。 三，引風(fēng)機(jī)葉片的磨損分析及對(duì)策 引風(fēng)機(jī)葉輪主要將鍋爐燃燒廢氣通過煙道、煙囪等系統(tǒng)排放到大氣中。在目前大修機(jī)組中由于使用了靜電除塵裝置，除塵效率可以達(dá)到99.9%以上，煙氣中所含的硬質(zhì)顆粒非常低，因此對(duì)引風(fēng)機(jī)葉輪的磨損也特別輕微，在一些電廠使用可以達(dá)到幾個(gè)大修期以上。然而對(duì)于使用水膜除塵器的鍋爐，由于除塵效率較低，如果再燃用高灰份電煤，將導(dǎo)致葉輪強(qiáng)烈磨損，特別是對(duì)于機(jī)翼型葉輪，如果在葉片入口端，如果磨損導(dǎo)致葉片進(jìn)灰，將導(dǎo)致葉輪失去動(dòng)靜平衡而產(chǎn)生強(qiáng)烈震動(dòng)，從而嚴(yán)重影響風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行。以我廠的風(fēng)機(jī)葉輪為例，磨損主要發(fā)生在葉輪的入口端，同時(shí)在葉片的入口和出口端靠近后盤分別形成一個(gè)三角形的磨損區(qū)域。這些部位的鋼板經(jīng)常被磨穿或磨成較深的溝槽，尤其在焊縫處磨損更為嚴(yán)重。 為了解決我廠葉輪磨損嚴(yán)重的問題，多年來我們進(jìn)行了大量的調(diào)研，對(duì)國(guó)內(nèi)外為延長(zhǎng)風(fēng)機(jī)葉輪的使用壽命進(jìn)行了大量深入細(xì)致的研究和探討，歸納起來主要有以下幾種： 表面堆焊：采用耐磨電焊條、耐磨粉塊在風(fēng)機(jī)葉片磨損部位堆焊耐磨合金； 表面涂覆：在葉片表面磨損部位涂覆或粘接高分子耐磨材料； 熱噴涂（焊）：采用等離子噴涂方法或氧乙炔火焰，在葉片磨損表面噴涂陶瓷或碳化鎢或者噴焊鎳基＋碳化鎢合金； 表面粘貼或焊接陶瓷：將耐磨工程陶瓷利用高強(qiáng)度耐高溫膠粘劑或特殊焊接工藝復(fù)合在風(fēng)機(jī)葉片表面上。 2002年，我廠生產(chǎn)技術(shù)人員到各電廠和有關(guān)科研單位進(jìn)行實(shí)地考察，認(rèn)為熱噴涂耐磨技術(shù)由于受到噴涂材料和噴涂工藝的限制，耐磨效果并不明顯，而且由于大量輸入熱量，有可能導(dǎo)致葉輪變形，而且目前采用較少；表面堆焊技術(shù)大量使用，也是我公司的主要維修手段，但因?yàn)槟湍ズ笚l質(zhì)量和工藝的差別，導(dǎo)致耐磨性能和效果均不是十分理想；而表面鑲嵌 陶瓷，增加的厚度較高，增加了葉輪的重量，有可能造成引風(fēng)機(jī)過負(fù)荷運(yùn)行。 經(jīng)過對(duì)采用粘貼陶瓷的牡丹江熱電廠、呼和浩特?zé)犭姀S、哈爾濱熱電廠等的考察，認(rèn)為北京鈦盾科技公司的陶瓷粘貼技術(shù)比較成功，牡丹江熱電廠與1999年6月對(duì)葉輪進(jìn)行的防磨處理，至今已運(yùn)行4萬多小時(shí)，運(yùn)行中未發(fā)現(xiàn)問題。定期檢查時(shí)，偶爾發(fā)現(xiàn)有少量瓷片脫落，現(xiàn)場(chǎng)自己就可以貼補(bǔ)，瓷片厚度僅為2毫米，對(duì)葉輪的重量影響不大，可以現(xiàn)場(chǎng)施工。維護(hù)簡(jiǎn)單，效益可觀。因此我廠決定采用陶瓷粘貼技術(shù)，對(duì)引風(fēng)機(jī)葉輪進(jìn)行耐磨處理。 四，風(fēng)機(jī)葉輪粘貼陶瓷片的可行性分析 風(fēng)機(jī)葉輪粘貼陶瓷防磨效果取決于兩個(gè)條件，第一，首先要求陶瓷耐磨性能優(yōu)異，其耐磨性應(yīng)當(dāng)比WC噴涂噴焊材料或堆焊材料高至少三倍以上。其次，要求陶瓷與金屬之間可靠連接，即使用的粘接劑的粘接強(qiáng)度要高，韌性要好，而且耐溫耐腐蝕， 耐老化壽命至少在十年以上，強(qiáng)度下降不超過10%。而且陶瓷防磨對(duì)于機(jī)組為水膜除塵引風(fēng)系統(tǒng)有不掛灰的特點(diǎn)。 4．1 耐磨陶瓷的性能 作為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，耐磨陶瓷采用冷壓燒結(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)實(shí)測(cè)，采用冷壓燒結(jié)的氧化鋁陶瓷塊硬度為HRA88，比重3.7，耐磨性是高鉻鑄鐵的５倍左右，普通碳鋼的100倍左右。在風(fēng)機(jī)上使用，陶瓷片的厚度只有1.5mm，每平方米（10000片）的重量只有5.5公斤。在風(fēng)機(jī)葉片的入口處，可以采用U型陶瓷塊，在迎風(fēng)面尺寸可以達(dá)到6mm。相對(duì)于一般的熱噴涂及堆焊材料，因最大厚度只有1-3mm，因此，陶瓷的耐磨性能完全可以達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。 4.2 膠粘劑性能校核 相對(duì)于排粉機(jī)90℃的運(yùn)行溫度，引風(fēng)機(jī)的運(yùn)行溫度要高些，在140－160℃之間，但排粉機(jī)葉輪的轉(zhuǎn)速比引風(fēng)機(jī)高二倍以上，而且是在帶硬質(zhì)顆粒的高速?zèng)_刷氣流作用下工作。因此要求膠粘劑必須具備一定的耐高溫性能，同時(shí)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。據(jù)此配制的膠粘劑主要性能如下：不同溫度下抗拉強(qiáng)度（金屬-金屬）分別為50MPa（室溫）、36 MPa（100℃）、２0MPa（150℃）；抗剪強(qiáng)度分別為２８MPa（室溫）及20 MPa（100℃）、10MPa（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Ф2020的排粉風(fēng)機(jī)葉輪以1440rpm轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在葉輪最邊緣上一塊10×10×1.5 （mm）的瓷片受到的向心力為0.446（kgf），而此時(shí)膠粘劑所能提供的抗剪力為360（kgf）（100℃），粘接力的大小是瓷片受到向心力的近450倍。可見膠粘劑具有極高的粘接保險(xiǎn)系數(shù)。 五，試驗(yàn)結(jié)果分析 根據(jù)以上可行性分析以及參照其他廠的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，我廠于2003年5月大修期間對(duì)其中的一臺(tái)引風(fēng)機(jī)葉輪進(jìn)行了粘貼瓷片的防磨處理，，在葉片的魚頭部位、葉片迎風(fēng)面及后盤的連接部位，分別復(fù)合了耐磨陶瓷片和特殊形狀的陶瓷耐磨件。其中葉片表面使用尺寸為10×10×1.5mm的陶瓷片,入口處用U型陶瓷片，迎風(fēng)面厚度為6mm。施工過程中嚴(yán)格按照現(xiàn)場(chǎng)施工工藝進(jìn)行，表面噴砂處理，金屬及陶瓷表面活化偶聯(lián)劑處理及相應(yīng)的加熱固化處理。粘貼完后不作動(dòng)平衡直接投入使用。期間，鍋爐燃用煤灰份在45%以上。經(jīng)一年運(yùn)行，陶瓷磨損非常輕微，狀況良好。2005年大修檢查，發(fā)現(xiàn)除有少量的瓷片脫落外，其他基本完好。 分析不同部位的陶瓷片磨損情況發(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，即葉片的出口端，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（入口處魚頭部位）的瓷片磨損最為嚴(yán)重，最多可達(dá)0.3-0.5mm。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，使得局部陶瓷完全懸空,造成部分迎風(fēng)接縫處瓷片脫落。 2004年機(jī)組大修，另一臺(tái)引風(fēng)機(jī)也采用了此技術(shù)，不同的是此次鈦盾公司直接與葉輪生產(chǎn)廠家合作，直接在廠家進(jìn)行了粘貼瓷片的施工。可以說非常完善，從整體施工工藝及外觀質(zhì)量都要好于現(xiàn)場(chǎng)施工。因?yàn)檫@樣葉輪生產(chǎn)廠可根據(jù)鈦盾公司貼瓷片的工藝要求在生產(chǎn)工藝上配合。此臺(tái)風(fēng)機(jī)運(yùn)行至今例行檢查沒有發(fā)現(xiàn)有瓷片脫落現(xiàn)象，取得較好的效果。 六，經(jīng)濟(jì)效益分析： 以往我廠未采取此工藝前引風(fēng)機(jī)葉輪運(yùn)行一般6個(gè)月開始出現(xiàn)葉片魚頭部位磨漏、進(jìn)灰，頻繁補(bǔ)焊，因?yàn)檠a(bǔ)焊破壞了母材整體強(qiáng)度和塑性，在運(yùn)行中又頻繁出現(xiàn)裂紋，沒有辦法又得補(bǔ)焊，這樣造成了惡性循環(huán)。一般一臺(tái)新輪運(yùn)行一年左右就無法再進(jìn)行補(bǔ)焊處理，就得更換。換一臺(tái)葉輪4萬元計(jì)，4臺(tái)風(fēng)機(jī)為16萬元，而采用貼瓷片工藝后，預(yù)計(jì)可完全運(yùn)行4年左右，可節(jié)約資金48萬元，其中減少了大量的維護(hù)工作量，保證了機(jī)組滿出力，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益是非?？捎^的。 七、結(jié)論 我廠先后共計(jì)4臺(tái)葉輪上采用陶瓷防磨技術(shù)，經(jīng)過實(shí)際長(zhǎng)達(dá)3年的運(yùn)行結(jié)果表明，只要在施工過程中嚴(yán)格按照工藝操作，在使用過程中定期檢查，嚴(yán)格按照維修工藝進(jìn)行維修，風(fēng)機(jī)葉輪表面粘貼陶瓷防磨是一項(xiàng)可靠、有效的耐磨防磨措施， 不但可以提高使用壽命，具有重要的經(jīng)濟(jì)意義，而且可以提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性，還具有重要的社會(huì)意義。