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精细陶瓷、耐磨陶瓷在风机叶轮上的应用

 
    火力发电厂的风机包括引风机、排粉机及给粉机及送风机等,其中引风机及排粉机叶轮由于介质中的硬质颗粒的冲刷,磨损十分严重,严重影响其出力并带来频繁的更新维修,已成为火力发电厂锅炉安全运行的隐患之一。表面堆焊、热喷涂、喷焊及涂抹耐磨胶泥等方法均在叶轮上得到使用,但效果并不明显。现代工程陶瓷具有优异的耐磨性能,公司利用耐高温高强度胶粘剂将其应用于引、排风机叶片上以提高其耐磨性,取得了相当成功。
    试验在大同一电厂#5机上进行。该型风机为双进双出结构,叶片为直根式,具体参数如下:外径Φ2200,介质温度170℃,转速960rpm。
    双排叶片共计24片,片厚8mm,另用厚为10mm的钢板作为衬板并用螺栓与叶片连接,衬板使用寿命为半年(磨穿)。中盘厚20mm,使用寿命一年(双面共磨损12mm)。整体寿命一年,每年更换。
    引风机在近200℃高温、带硬质颗粒的高速冲刷气流作用下工作,要求胶粘剂必须具备耐高温性能,同时具有一定的抗剪强度。自配胶粘剂的抗拉强度(金属-金属)为50MPa(室温)及30MPa(150℃);抗剪强度为20MPa(室温)及10MPa(150℃)。
    经计算,在150℃温度下,当引风机以960rpm转动时,一块100×100×3(mm)的《电力建设》瓷片受到的向心力为113(kgf),而此时胶粘剂所能提供的抗剪力为15000(kgf)(150℃),其大小为向心力的132倍。
    陶瓷片采用Al2O3粉末冷压烧结成型,厚约3mm,硬度HRC69~70,耐磨性为高铬铸铁的6~8倍。
    粘贴时将金属表面打磨干净,见金属光泽,并用3%偶联剂酒精溶液处理金属表面,用胶粘剂将陶瓷片粘贴于风机叶片磨损面。其中中盘两侧面全部粘贴3mm瓷片,室温自然固化。24块衬板只粘靠近外圆的半部,瓷片与金属之间加入玻璃纤维作为增韧层并在自制的烘箱保温(150℃×2h)。
 
    风机自1994年5月投运至95年10月份检测,叶轮轮毂两侧面陶瓷完好无损,无任何脱落掉块现象,平均磨损不到0.1mm,按实际运行时间计算,每年最多磨损0.1mm。磨损量为粘瓷片前的1/30.24块衬板中,运行期间共有三块衬板上的瓷片全部脱落,其余完好无损。经初步分析,认为瓷片脱落是由于烘干加热时烘箱中局部超温(250~300℃)而造成胶层胶化所致。利用中间停炉机会进行修补后继续投入运行,再无脱落现象。
    分析不同部位的陶瓷片磨损情况发现,在沿气流流动方向的平面上瓷片磨损平均不到0.1mm,越靠近叶轮外圆,磨损越严重,平均磨损0.2mm,明显比中盘轮毂两侧处磨损严重。这是由于越靠近叶轮的外圆周,气流流速愈大,因而磨损就愈严重。
    与沿气流方向相比,在沿气流垂直方向上的瓷片磨损最为严重,最多可达1~3mm。实际上这正符合了陶瓷冲刷机理,即气流入射角愈大,磨损愈严重。而且由于接缝处形成的涡流使得沿接缝处金属基体磨损最为严重,甚至可以把金属衬板磨穿,使陶瓷完全悬空,造成部分迎风接缝处瓷片脱落。
    对衬板连同瓷片进行抗拉强度测试,结果表明,经过一年运行后,胶粘剂的剩余抗剪强度仍有10MPa(150℃)。而此时的向心力仍是1.13Mpa。按10%年老化率计算,五年后胶粘剂的剩余强度为8.6Mpa,仍大大高于向心力。
    为了进一步试验胶粘剂的性能,95年5月又对二台同型号引风机进行了粘贴试验,并且撤掉了衬板而直接粘于叶片上,并且在迎风边上采用丁字型瓷片,进一步降低了气流冲刷底部金属的可能性。经连续600天的运行后检查,陶瓷片完好,基体没有脱落现象,平均磨损不到0.2mm。
 
  如果在迎风边采用U型瓷片并加大垂直于气流方向上瓷片尺寸,同时确保瓷片与瓷片之间过渡无缝隙,则可以更好地解决瓷片易于脱落的问题。
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