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風機選型與安裝
負壓風機機殼離心風機磨損分析與防磨技術應用氯堿工藝鼓風機的優(yōu)
0．前言
隨著我國電力事業(yè)的蓬勃發(fā)展，對發(fā)電機組可靠性的要求越來越高。引風機作為鍋爐的重要輔機，直接影響著發(fā)電機組的安全運行，據(jù)統(tǒng)計1991年我國100MW以上的火力發(fā)電機組僅由于鍋爐引風機故障所造成的全年損失高達12.7億千瓦時�？梢娞岣唠娬撅L機運行的可靠性對電廠安全運行是非常必要的。
現(xiàn)在火力發(fā)電廠中盡管電除塵器應用已經(jīng)很普及，但是，經(jīng)過電除塵后的煙氣中仍然含有相當數(shù)量的塵粒，當電除塵器隊塵效果不好時，煙氣中含塵濃度可達2~4g/m3這些塵粒夾雜在煙氣中，隨煙氣一起流動，并且獲得能量，當煙氣經(jīng)過葉輪時，塵粒以一定角度沖蝕葉片這時首先會出現(xiàn)能量的交換，同時伴有材料的流失，即葉輪的磨損。如不及時對葉輪進行焊補或更換，將造成風機振動，甚至有飛車的危險。本文就風機的磨損進行分析及對防磨技術進行討論。
1．簡介
勝利石油管理局勝利發(fā)電廠現(xiàn)裝有兩臺220MW機組，共有四臺引風機型號均為Y4－2×60№28.5F，后彎板式葉片，八十年代的代表產(chǎn)品，這種風機在我國200MW機組中非常普遍，稱雙吸雙支承板式高效風機，在耐磨、防振等方面相對機翼型有較大的提高，為電力建設做出了貢獻。但這種葉輪磨損比較嚴重，危脅著電廠的安全生產(chǎn)，增加了檢修的工作量，加大了設備維修費用。為此勝利發(fā)電廠與國家電力公司西安熱工研究院聯(lián)合在該電廠的＃1吸風機上進行改造試驗，經(jīng)過8個月的運行后檢查，改造是成功的，下面就以改造前后的葉輪進行分析和討論。
2．葉輪磨損分析
Y4－2×60№28.5F型風機，煙氣攜帶著塵粒從兩側進氣箱經(jīng)過集流器進入葉輪入口，在此，煙氣的流向發(fā)生90度的變化，一部分煙氣直沖中盤，一部分煙氣在葉輪離心力的作用下，順葉道到達葉輪的出口。直沖中盤的煙氣中所塵粒與中盤相撞后而脫落，到達葉片的工作面；發(fā)生90度轉向的這部分煙氣所攜帶的塵粒絕大部分并沒有隨煙氣發(fā)生轉向而順利通過葉道到達葉輪的出口。而是仍然沿著其原來的方向沖向中盤。這一點科學家Tilly有過分析�？拷砻嫣帤饬魇艿阶钃醵l(fā)生繞流，粒子一般會沖出繞流飛向靶面。計算證明，在氣流速度為100m/s時，只要粒子的直徑大于20μm，無論從什么方向沖向靶面，一般都能保持原來的方向而不受繞流的影響
2.1 不均勻磨損分析
Tilly分析過5~60μm粒子在入射角0°~90°，速度在40~150m/s時，對平板及圓柱形靶面沖擊等到上述結論。而火力發(fā)電廠煙氣塵粒的大小在45μm左右，隨負荷的變化，通過集流器進入葉輪的風速大約在50m/s附近變化，這些數(shù)據(jù)與Tilly試驗條件基本相近，因而煙氣中塵粒進入葉輪入口轉向時，有很大部分塵粒脫離煙氣的流向直沖中盤，與中盤相撞的這些粒子，大部分塵粒在離心力的作用下垂直地沿中盤到達葉片的中盤根部，還有一部分粒子與中盤相撞后反彈一段距離，而脫到葉片的中盤附近的區(qū)域。這樣就造成葉片工作面上塵粒在中盤根部最多，而后向前盤過渡逐漸減少。這些塵粒在離心力和煙氣動力的作用下，沿葉片工作面由入口向出口滑動。從而造成葉輪的磨損。煙氣中攜帶塵粒通過風機時，對葉輪進行磨損是必然的，但是通過上面分析，及現(xiàn)場的實際情況證明，葉片的磨損是及不均勻的，在中盤根部磨損非常嚴重，直接形成溝槽，靠近溝槽的葉片磨損較嚴重，而靠近前盤的部分則磨損較輕。葉輪的壽命判斷就象木桶原理一樣，根據(jù)磨損最嚴重的溝槽部分來判斷，這樣就大降低了葉輪的壽命，同時也浪費了沒有磨損或磨損較輕的葉輪其它部分。因此如何在煙氣中的塵粒不變的情況下，使其磨損均勻便成為解決磨損的一個關鍵問題，這一問題解決后將磊提高葉輪的壽命。
2.2 塵粒對葉輪的入射角對磨損影響分析
電站引風機磨損的另一個重要影響因素是煙氣的入射角，當粒子正面沖向靶面時，稱其入射角為90°。大量的實驗結果表明，材料的沖蝕失重（磨損量）與粒子的入射角有密切的關系�？梢愿鶕�(jù)沖蝕率隨軍入射角變化把材料的沖蝕破壞分為兩類：即塑性材料（如退火鋼、鋁合金）和脆性材料（陶瓷、玻璃）的沖蝕破壞。材料的沖蝕率一般為mg（靶子的失重）/g（粒子重）。當粒子入射角為20°~30°時，典型的塑性材料沖蝕率達最大值，而脆性材料的最大沖蝕率出現(xiàn)在接近90°處。圖
是金屬鋁及氧化鋁受到SiC粒子沖擊時沖蝕率隨入射角變化的兩類典型例子。而且入射角與沖蝕率的關系幾乎不隨入射粒子種類、形狀及速度而改變。電站風機葉輪一采用普通低合金16Mn鋼，這種鋼屬典型的塑性材料。后彎式葉輪介于效率方面考慮，塵粒的入射角沒有避開20°~30°范圍，。例Y4－2×60№28.5F葉輪的安裝角只有45°。葉輪這種情況也就決定了其正好處于最容易受磨損的一種狀態(tài)，實際使用中的葉輪磨損嚴重也證明了這一點。
3．解決方案與設想
上文分析到，造成葉輪磨損不均勻的原因是塵粒的分部不均勻，而造成塵粒分分部不均勻的原因則是煙氣進入葉輪入口后發(fā)生90°的轉向，而塵粒在其離心力的作用下，繼續(xù)沿其原來的方向沖向中盤而造成的。假設在葉輪強度許可的前提下，沒有中盤或減小中盤，使從左右前盤入口進入的煙氣不與中盤相撞，而是左右匯合到達出口。這樣將不會有塵粒的大量集中，也就沒有了局部嚴重磨損的現(xiàn)象。而要解決塵粒入射角對葉輪磨損的影響也無非兩種措施：一個是被動的措施，即對葉片進行表面處理，提高其硬度，使葉片的材料由塑性向脆性轉變，從而降低沖蝕率；一個是主動的措施，通過設計，改變?nèi)~輪的安裝角從而改變塵粒的入射角，以避開磨損嚴重的入射角范圍。
4．鋸齒形中盤直板葉片型葉輪應用
國家電力公司西安熱工研究院在這一領域已經(jīng)有成功的經(jīng)驗，其在勝利發(fā)電廠＃1吸風機上與該電廠的合作就是一成功的例子。為了減少投資，充分利用原來的風機設施，電廠要求在原風機機殼不動，電機不動，軸傳動裝置不變，風機的流量、風壓、轉數(shù)等參數(shù)都不變的前提下，重新設計葉輪和集流器，提高葉輪的抗磨性。
4.1 防磨分析
如圖所示為風機的葉輪的簡圖。這種風機稱為鋸齒形中盤直板葉輪，其仍然是雙吸雙支承型，型號為Y5－2×55№28.5F。從圖中可以看出葉片的工作面出口處沒有中盤，而使整個中盤呈鋸齒形。圖中示意出了煙氣的流向，從圖中可以看出煙氣從左右前盤入口進入葉輪后，煙氣中塵粒沒有或至少絕大部分沒有與中盤相撞，而是左右側煙氣匯合而共同到達出口。這樣就避免了大量塵粒與中盤相撞集中磨損的現(xiàn)象。左右側煙氣匯合后使部分塵粒還末來得及到達葉輪工作面就已經(jīng)飛出了葉輪，還有一部分塵粒由于與對側的煙氣及塵粒相撞而消耗了能量，在離心力的作用下到達葉片從而對葉輪進行磨損，但是由于到達葉片塵粒減少了，而磨損的面積由原來中盤根部擴展到大部分的葉片工作面。因而單位面積的磨損量減少了，葉輪的整體壽命提高了。Y5－2×55№28.5F型葉輪在塵粒的入射角方面也有了改進，原風機葉輪為后彎式葉片，葉片的出口安裝角為45°，這種葉輪效率較高，其設計效率為82%，但煙氣塵粒對葉輪入射角正好處于磨損最嚴重的范圍。改造后的葉輪葉片為直板式，出口安裝角為55°，使煙氣塵粒的入射角盡量避開大于葉片磨損最嚴重的20°~30°角，也就減輕了葉輪的磨損。
4.2 使用情況
勝利發(fā)電廠的這臺葉輪改造是1999年9月投入運行的，經(jīng)過8個月的運行，在今年5月小修期間進行了檢查。檢查情況為：葉片工作面的入口有中盤的一小段在中盤根部有一點輕微的磨損，剛剛能看到一點痕跡。此處在設計時已經(jīng)考慮到了并且增加了葉片磨襯板（見圖）；而在以往磨損嚴重的葉輪出口中盤根部附近的區(qū)域溝槽等嚴重磨損的現(xiàn)象已經(jīng)沒有了，取而代之的是葉片的均勻磨損，但磨損很輕，原來附著在葉片鋼材表面上的黑色氧化鐵還有大部分沒有磨掉�？梢婁忼X形葉輪的改造應用，良好地解決了葉輪磨損不均勻的現(xiàn)象，同時也大幅度地減輕了葉輪的磨損。不矢為風機葉輪防磨的一個良好途徑。
4.3關于風機效率的討論
鋸齒形葉輪的耐磨性能提高了，從理論上講，直板葉片取代后彎型葉片，風機的效率應該有所降低。但是鋸齒型中盤的應用使風機的整體效率在實際使用中并沒有降低，如表1是去年6月10日改造前與今年3月5日改造后兩組試驗數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)分析，由于風量與風壓均不一樣，不好進行量好比較，但改造后的葉輪在接近全壓參數(shù)的效率78.2％已接近原葉輪的設計效率82％。葉輪的效率與葉輪的壽命綜合起來從電廠安全經(jīng)濟運行考慮，鋸齒型葉輪仍占有很大優(yōu)勢。
序號項目符號單 位 改造前試驗數(shù)據(jù)改造后試驗數(shù)據(jù)
Y4－2×60№28.5FY5－2×55№28.5F
1機組負荷NMW165.3173204.7205.4
2鍋爐負荷 Dt/h582636608605
3風機擋板開度Yn%891004589
4電機運行電流IA136140137153
5風機流量Q1m3/h722528735264694619786455
6風機壓頭PPa3632369634044367
7全壓效率η%72.671.262.078.4
5.葉輪表面處理
6．結束語
根據(jù)對引風機磨損的分析，造成葉輪局部嚴重磨損的兩大因素為：1.煙氣中的塵粒分布不均勻，在中盤根部過度集中，造成溝槽狀磨損。2.煙氣對葉片的入射角正好在磨損最嚴重的的角度范圍，從而加劇了葉輪的磨損。鋸齒形葉輪利用鋸齒形中盤最大限度地減少了塵粒與中盤的相撞，解決了煙氣塵粒過分集中的現(xiàn)象，同時減少了到達葉片工作面上塵粒數(shù)量，而使整個葉片均勻地輕微磨損。經(jīng)過調(diào)整安裝角度后的直板型葉輪的應用，又避開了磨損最嚴重的20°~30°入射角，這一問題的解決，降低了煙氣塵粒對葉輪的磨損。如果再與葉輪表面處理技術結
摘要：本文詳細闡述了氯堿工藝鼓風機氣動性能優(yōu)化設計方法。通過樣機試驗和現(xiàn)場運轉，證明該鼓風機氣動性能、機械運轉、材質(zhì)耐蝕及密封都達到了技術要求。
0 引言
氯堿工藝鼓風機是將電解NaCl分解的Cl2壓縮輸送至氯氣壓縮機進口，是氯堿生產(chǎn)工藝中不可缺少的設備。
按用戶要求進行了優(yōu)化設計。經(jīng)樣機試驗并長期投入運行，證明該產(chǎn)品氣動性能滿足要求、機組穩(wěn)定安全運行、材質(zhì)耐腐蝕且密封性能良好，得到了用戶的好評。該產(chǎn)品設計成功替代了進口產(chǎn)品，為國家節(jié)省了外匯。
1用戶要求
氯堿工藝鼓風機結構，見圖1。混合氣體質(zhì)量流量m=8050（kg/h），鼓風機進氣溫度t1=40℃、進氣壓力p1=-5886 Pa、出氣壓力p2=20601 Pa，混合氣體中各單一氣體組分ｇ１＝ｍ１／ｍ，見表1。m1為單一氣體質(zhì)量流量。
氯氣具有很強的腐蝕性，要求接觸氯氣鼓風機的各通流部件材質(zhì)能耐氯氣腐蝕。氯氣是有毒氣體，鼓風機不能向大氣泄漏氯氣。
2氣動性能優(yōu)化設計
查表得到給定的各單一氣體常數(shù)Ri，見表2。
2.1 計算混合氣體的氣體常數(shù)Rm
2.2 求混合氣體密度ρm
2.3 混合氣體的容積流量qv
2.4 鼓風機全壓ptf
2.5 風機全壓力系數(shù)ψt、葉片出口角β2A的選擇
因用戶要求鼓風機壓力較高，選前向葉片壓力系數(shù)(1.6～1.8)較大，故選1.72，對應的葉片出口角β2A(110°～135°)也較大，選135°。待葉輪設計完后，再校核所選全壓力系數(shù)是否與初選的一致，如不一致改變β2A或葉片數(shù)數(shù)值，使之逐漸逼近。
2.6 計算葉片外徑圓周速度u2
2.7 計算比轉速ns
選擇風機轉速n，根據(jù)要求和經(jīng)驗初選n=2 900(r/min)
2.9葉輪進口直徑D0的計算
2.10葉片進口直徑D1的確定
對小比轉速D1=(1.0~1.1)D0
�。模保剑保保模�=１．１ｘ０．２３５=０．２５８ｍ
氣流剛進入葉片時，靠近前盤的氣流速度c1大于靠近后盤的氣流速度c1’�？拷氨P的氣流角β1大于靠近后盤的氣流角β1’，則沖角將不等。沖角大的沖擊損失大。其損失隨葉輪進口寬度b1及氣流轉彎時速度不均勻程度而增加。采用進口端斜切的葉片時，靠近前盤的c1m大，u1也大，靠近后盤的c1m’小，u1’也小。所以沿著斜切葉片進口寬度的變化進口氣流角β1變化就小。這樣就減小了葉片進口沖擊損失，使葉輪效率增加。
選D1min=0.2213m
則D1m=0.2399m
2.11葉片最佳進口氣流角β1A確定
按葉片進口相對速度最小的原則計算，推導葉片最佳進口氣流角β1A。
2.12葉輪最佳進口寬度b1的確定
第一種計算法：
用兩種算法的葉輪做試驗，適當增加b1，可改善性能。最終采用b1=0.091 4m的葉輪。氣流進入葉輪，氣流由軸向轉為徑向，會產(chǎn)生氣流分離，氣流從葉輪進口到葉片進口氣流應加速還是減速存在不同的看法。有人認為為了減少氣流由軸向轉為徑向拐彎時氣流分離，應加速運動減少分離。而又有人認為，為減少葉道的損失，氣流應減速。采用的葉片進口氣流是減速的。
2.13 最佳葉片數(shù)Z的確定
計算葉片數(shù)有許多公式，都是在特定條件下適用。選用下式計算Z：
有資料推薦前彎葉片數(shù)Z=16~32曾用Z=14和Z=20葉片數(shù)的葉輪做試驗，Z=20壓力增加較多，為保證性能，采用Z=20葉片數(shù)的葉輪。
離心風機增加葉片數(shù)Z，可減少相對渦流損失，提高壓力。但Z過多，葉片密度過大，將增加流道摩擦損失，使實際壓力下降，耗功增加。葉片數(shù)過少，葉片密度小，葉片彎曲角Δβ＝(β2A-β1A)大，氣流將從葉片分離，使損失加大�？梢娒總�葉輪總有最佳葉片數(shù)Z使損失最小。
2.14 葉輪出口寬度b2的計算
按下式計算：
2.15 選擇葉片進口前進氣速度c1’
2.16 計算葉片出口后徑向分速c2r’
采用近似雙曲線前盤c2r’≈c1r’＝30.1(m/s)葉片出口前徑向分速
2.17 無限葉片數(shù)氣流出口圓周分速
c2u∞=u2-c2rctanβ2A=116.987-31.194 9ctan135°=148.1919(m/s)
2.18滑差系數(shù)
2.19 全壓力系數(shù)Ψt校核計算
3結論
1） 用不同葉片數(shù)(14、20)的葉輪做試驗，本葉輪20個葉片數(shù)比14個葉片數(shù)的葉輪壓力高、性能好。
2） 用不同進口寬度的葉輪做試驗；b1大些，葉輪進口曲率半徑大些，葉輪進口氣流充滿好，損失小，性能有所改善。
3） 關鍵件材料的選取
由于濕氯氣具有極強的氧化性，不銹鋼也易被腐蝕，而室溫下濕氯氣（含水＞0.10）或含水蒸汽的飽和氯氣對鈦毫無影響。這是由于鈦在550℃以下的空氣中，表面會迅速形成薄而致密的氧化鈦膜，板及鈦合金板具有優(yōu)秀的耐腐蝕性能，在大氣、海水、酸類氧化性介質(zhì)及強堿中，其耐蝕性優(yōu)于大多數(shù)不銹鋼。并且鈦的資源豐富，鈦在地殼中的豐度為0.56%(質(zhì)量分數(shù))，在所有元素中居第9位，而在可作為結構材料的金屬中居第4位，僅次于Al、Fe、Mg，其儲量比常見金屬Cu，Pb，Zn儲量的總和還多。我國鈦資源豐富，儲量為世界第一。
所以與氯氣接觸的風機葉輪、機殼、軸套等通流部件均采用工業(yè)純鈦(TA2)制造，采用鈦合金(TC4)制造的軸套不僅耐蝕而且耐磨。氯氣風機采用鈦及鈦合金材料制造，提高了設備使用壽命。
4） 該鼓風機按優(yōu)化設計制成樣機，經(jīng)機械工業(yè)風機產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測中心檢測，氣動性能和機械運轉都達到要求。在某化工廠，連續(xù)運行幾年使用效果良好，深得用戶好評。
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現(xiàn)在火力發(fā)電廠中盡管電除塵器應用已經(jīng)很普及，但是，經(jīng)過電除塵后的煙氣中仍然含有相當數(shù)量的塵粒，當電除塵器隊塵效果不好時，煙氣中含塵濃度可達2~4g/m3這些塵粒夾雜在煙氣中，隨煙氣一起流動，并且獲得能量，當煙氣經(jīng)過葉輪時，塵粒以一定角度沖蝕葉片這時首先會出現(xiàn)能量的交換，同時伴有材料的流失，即葉輪的磨損。如不及時對葉輪進行焊補或更換，將造成風機振動，甚至有飛車的危險。本文就風機的磨損進行分析及對防磨技術進行討論。
1．簡介
勝利石油管理局勝利發(fā)電廠現(xiàn)裝有兩臺220MW機組，共有四臺引風機型號均為Y4－2×60№28.5F，后彎板式葉片，八十年代的代表產(chǎn)品，這種風機在我國200MW機組中非常普遍，稱雙吸雙支承板式高效風機，在耐磨、防振等方面相對機翼型有較大的提高，為電力建設做出了貢獻。但這種葉輪磨損比較嚴重，危脅著電廠的安全生產(chǎn)，增加了檢修的工作量，加大了設備維修費用。為此勝利發(fā)電廠與國家電力公司西安熱工研究院聯(lián)合在該電廠的＃1吸風機上進行改造試驗，經(jīng)過8個月的運行后檢查，改造是成功的，下面就以改造前后的葉輪進行分析和討論。
2．葉輪磨損分析
Y4－2×60№28.5F型風機，煙氣攜帶著塵粒從兩側進氣箱經(jīng)過集流器進入葉輪入口，在此，煙氣的流向發(fā)生90度的變化，一部分煙氣直沖中盤，一部分煙氣在葉輪離心力的作用下，順葉道到達葉輪的出口。直沖中盤的煙氣中所塵粒與中盤相撞后而脫落，到達葉片的工作面；發(fā)生90度轉向的這部分煙氣所攜帶的塵粒絕大部分并沒有隨煙氣發(fā)生轉向而順利通過葉道到達葉輪的出口。而是仍然沿著其原來的方向沖向中盤。這一點科學家Tilly有過分析�？拷砻嫣帤饬魇艿阶钃醵l(fā)生繞流，粒子一般會沖出繞流飛向靶面。計算證明，在氣流速度為100m/s時，只要粒子的直徑大于20μm，無論從什么方向沖向靶面，一般都能保持原來的方向而不受繞流的影響
2.1 不均勻磨損分析
Tilly分析過5~60μm粒子在入射角0°~90°，速度在40~150m/s時，對平板及圓柱形靶面沖擊等到上述結論。而火力發(fā)電廠煙氣塵粒的大小在45μm左右，隨負荷的變化，通過集流器進入葉輪的風速大約在50m/s附近變化，這些數(shù)據(jù)與Tilly試驗條件基本相近，因而煙氣中塵粒進入葉輪入口轉向時，有很大部分塵粒脫離煙氣的流向直沖中盤，與中盤相撞的這些粒子，大部分塵粒在離心力的作用下垂直地沿中盤到達葉片的中盤根部，還有一部分粒子與中盤相撞后反彈一段距離，而脫到葉片的中盤附近的區(qū)域。這樣就造成葉片工作面上塵粒在中盤根部最多，而后向前盤過渡逐漸減少。這些塵粒在離心力和煙氣動力的作用下，沿葉片工作面由入口向出口滑動。從而造成葉輪的磨損。煙氣中攜帶塵粒通過風機時，對葉輪進行磨損是必然的，但是通過上面分析，及現(xiàn)場的實際情況證明，葉片的磨損是及不均勻的，在中盤根部磨損非常嚴重，直接形成溝槽，靠近溝槽的葉片磨損較嚴重，而靠近前盤的部分則磨損較輕。葉輪的壽命判斷就象木桶原理一樣，根據(jù)磨損最嚴重的溝槽部分來判斷，這樣就大降低了葉輪的壽命，同時也浪費了沒有磨損或磨損較輕的葉輪其它部分。因此如何在煙氣中的塵粒不變的情況下，使其磨損均勻便成為解決磨損的一個關鍵問題，這一問題解決后將磊提高葉輪的壽命。
2.2 塵粒對葉輪的入射角對磨損影響分析
電站引風機磨損的另一個重要影響因素是煙氣的入射角，當粒子正面沖向靶面時，稱其入射角為90°。大量的實驗結果表明，材料的沖蝕失重（磨損量）與粒子的入射角有密切的關系�？梢愿鶕�(jù)沖蝕率隨軍入射角變化把材料的沖蝕破壞分為兩類：即塑性材料（如退火鋼、鋁合金）和脆性材料（陶瓷、玻璃）的沖蝕破壞。材料的沖蝕率一般為mg（靶子的失重）/g（粒子重）。當粒子入射角為20°~30°時，典型的塑性材料沖蝕率達最大值，而脆性材料的最大沖蝕率出現(xiàn)在接近90°處。圖
是金屬鋁及氧化鋁受到SiC粒子沖擊時沖蝕率隨入射角變化的兩類典型例子。而且入射角與沖蝕率的關系幾乎不隨入射粒子種類、形狀及速度而改變。電站風機葉輪一采用普通低合金16Mn鋼，這種鋼屬典型的塑性材料。后彎式葉輪介于效率方面考慮，塵粒的入射角沒有避開20°~30°范圍，。例Y4－2×60№28.5F葉輪的安裝角只有45°。葉輪這種情況也就決定了其正好處于最容易受磨損的一種狀態(tài)，實際使用中的葉輪磨損嚴重也證明了這一點。
3．解決方案與設想
上文分析到，造成葉輪磨損不均勻的原因是塵粒的分部不均勻，而造成塵粒分分部不均勻的原因則是煙氣進入葉輪入口后發(fā)生90°的轉向，而塵粒在其離心力的作用下，繼續(xù)沿其原來的方向沖向中盤而造成的。假設在葉輪強度許可的前提下，沒有中盤或減小中盤，使從左右前盤入口進入的煙氣不與中盤相撞，而是左右匯合到達出口。這樣將不會有塵粒的大量集中，也就沒有了局部嚴重磨損的現(xiàn)象。而要解決塵粒入射角對葉輪磨損的影響也無非兩種措施：一個是被動的措施，即對葉片進行表面處理，提高其硬度，使葉片的材料由塑性向脆性轉變，從而降低沖蝕率；一個是主動的措施，通過設計，改變?nèi)~輪的安裝角從而改變塵粒的入射角，以避開磨損嚴重的入射角范圍。
4．鋸齒形中盤直板葉片型葉輪應用
國家電力公司西安熱工研究院在這一領域已經(jīng)有成功的經(jīng)驗，其在勝利發(fā)電廠＃1吸風機上與該電廠的合作就是一成功的例子。為了減少投資，充分利用原來的風機設施，電廠要求在原風機機殼不動，電機不動，軸傳動裝置不變，風機的流量、風壓、轉數(shù)等參數(shù)都不變的前提下，重新設計葉輪和集流器，提高葉輪的抗磨性。
4.1 防磨分析
如圖所示為風機的葉輪的簡圖。這種風機稱為鋸齒形中盤直板葉輪，其仍然是雙吸雙支承型，型號為Y5－2×55№28.5F。從圖中可以看出葉片的工作面出口處沒有中盤，而使整個中盤呈鋸齒形。圖中示意出了煙氣的流向，從圖中可以看出煙氣從左右前盤入口進入葉輪后，煙氣中塵粒沒有或至少絕大部分沒有與中盤相撞，而是左右側煙氣匯合而共同到達出口。這樣就避免了大量塵粒與中盤相撞集中磨損的現(xiàn)象。左右側煙氣匯合后使部分塵粒還末來得及到達葉輪工作面就已經(jīng)飛出了葉輪，還有一部分塵粒由于與對側的煙氣及塵粒相撞而消耗了能量，在離心力的作用下到達葉片從而對葉輪進行磨損，但是由于到達葉片塵粒減少了，而磨損的面積由原來中盤根部擴展到大部分的葉片工作面。因而單位面積的磨損量減少了，葉輪的整體壽命提高了。Y5－2×55№28.5F型葉輪在塵粒的入射角方面也有了改進，原風機葉輪為后彎式葉片，葉片的出口安裝角為45°，這種葉輪效率較高，其設計效率為82%，但煙氣塵粒對葉輪入射角正好處于磨損最嚴重的范圍。改造后的葉輪葉片為直板式，出口安裝角為55°，使煙氣塵粒的入射角盡量避開大于葉片磨損最嚴重的20°~30°角，也就減輕了葉輪的磨損。
4.2 使用情況
勝利發(fā)電廠的這臺葉輪改造是1999年9月投入運行的，經(jīng)過8個月的運行，在今年5月小修期間進行了檢查。檢查情況為：葉片工作面的入口有中盤的一小段在中盤根部有一點輕微的磨損，剛剛能看到一點痕跡。此處在設計時已經(jīng)考慮到了并且增加了葉片磨襯板（見圖）；而在以往磨損嚴重的葉輪出口中盤根部附近的區(qū)域溝槽等嚴重磨損的現(xiàn)象已經(jīng)沒有了，取而代之的是葉片的均勻磨損，但磨損很輕，原來附著在葉片鋼材表面上的黑色氧化鐵還有大部分沒有磨掉�？梢婁忼X形葉輪的改造應用，良好地解決了葉輪磨損不均勻的現(xiàn)象，同時也大幅度地減輕了葉輪的磨損。不矢為風機葉輪防磨的一個良好途徑。
4.3關于風機效率的討論
鋸齒形葉輪的耐磨性能提高了，從理論上講，直板葉片取代后彎型葉片，風機的效率應該有所降低。但是鋸齒型中盤的應用使風機的整體效率在實際使用中并沒有降低，如表1是去年6月10日改造前與今年3月5日改造后兩組試驗數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)分析，由于風量與風壓均不一樣，不好進行量好比較，但改造后的葉輪在接近全壓參數(shù)的效率78.2％已接近原葉輪的設計效率82％。葉輪的效率與葉輪的壽命綜合起來從電廠安全經(jīng)濟運行考慮，鋸齒型葉輪仍占有很大優(yōu)勢。
序號項目符號單 位 改造前試驗數(shù)據(jù)改造后試驗數(shù)據(jù)
Y4－2×60№28.5FY5－2×55№28.5F
1機組負荷NMW165.3173204.7205.4
2鍋爐負荷 Dt/h582636608605
3風機擋板開度Yn%891004589
4電機運行電流IA136140137153
5風機流量Q1m3/h722528735264694619786455
6風機壓頭PPa3632369634044367
7全壓效率η%72.671.262.078.4
5.葉輪表面處理
6．結束語
根據(jù)對引風機磨損的分析，造成葉輪局部嚴重磨損的兩大因素為：1.煙氣中的塵粒分布不均勻，在中盤根部過度集中，造成溝槽狀磨損。2.煙氣對葉片的入射角正好在磨損最嚴重的的角度范圍，從而加劇了葉輪的磨損。鋸齒形葉輪利用鋸齒形中盤最大限度地減少了塵粒與中盤的相撞，解決了煙氣塵粒過分集中的現(xiàn)象，同時減少了到達葉片工作面上塵粒數(shù)量，而使整個葉片均勻地輕微磨損。經(jīng)過調(diào)整安裝角度后的直板型葉輪的應用，又避開了磨損最嚴重的20°~30°入射角，這一問題的解決，降低了煙氣塵粒對葉輪的磨損。如果再與葉輪表面處理技術結
摘要：本文詳細闡述了氯堿工藝鼓風機氣動性能優(yōu)化設計方法。通過樣機試驗和現(xiàn)場運轉，證明該鼓風機氣動性能、機械運轉、材質(zhì)耐蝕及密封都達到了技術要求。
0 引言
氯堿工藝鼓風機是將電解NaCl分解的Cl2壓縮輸送至氯氣壓縮機進口，是氯堿生產(chǎn)工藝中不可缺少的設備。
按用戶要求進行了優(yōu)化設計。經(jīng)樣機試驗并長期投入運行，證明該產(chǎn)品氣動性能滿足要求、機組穩(wěn)定安全運行、材質(zhì)耐腐蝕且密封性能良好，得到了用戶的好評。該產(chǎn)品設計成功替代了進口產(chǎn)品，為國家節(jié)省了外匯。
1用戶要求
氯堿工藝鼓風機結構，見圖1。混合氣體質(zhì)量流量m=8050（kg/h），鼓風機進氣溫度t1=40℃、進氣壓力p1=-5886 Pa、出氣壓力p2=20601 Pa，混合氣體中各單一氣體組分ｇ１＝ｍ１／ｍ，見表1。m1為單一氣體質(zhì)量流量。
氯氣具有很強的腐蝕性，要求接觸氯氣鼓風機的各通流部件材質(zhì)能耐氯氣腐蝕。氯氣是有毒氣體，鼓風機不能向大氣泄漏氯氣。
2氣動性能優(yōu)化設計
查表得到給定的各單一氣體常數(shù)Ri，見表2。
2.1 計算混合氣體的氣體常數(shù)Rm
2.2 求混合氣體密度ρm
2.3 混合氣體的容積流量qv
2.4 鼓風機全壓ptf
2.5 風機全壓力系數(shù)ψt、葉片出口角β2A的選擇
因用戶要求鼓風機壓力較高，選前向葉片壓力系數(shù)(1.6～1.8)較大，故選1.72，對應的葉片出口角β2A(110°～135°)也較大，選135°。待葉輪設計完后，再校核所選全壓力系數(shù)是否與初選的一致，如不一致改變β2A或葉片數(shù)數(shù)值，使之逐漸逼近。
2.6 計算葉片外徑圓周速度u2
2.7 計算比轉速ns
選擇風機轉速n，根據(jù)要求和經(jīng)驗初選n=2 900(r/min)
2.9葉輪進口直徑D0的計算
2.10葉片進口直徑D1的確定
對小比轉速D1=(1.0~1.1)D0
�。模保剑保保模�=１．１ｘ０．２３５=０．２５８ｍ
氣流剛進入葉片時，靠近前盤的氣流速度c1大于靠近后盤的氣流速度c1’�？拷氨P的氣流角β1大于靠近后盤的氣流角β1’，則沖角將不等。沖角大的沖擊損失大。其損失隨葉輪進口寬度b1及氣流轉彎時速度不均勻程度而增加。采用進口端斜切的葉片時，靠近前盤的c1m大，u1也大，靠近后盤的c1m’小，u1’也小。所以沿著斜切葉片進口寬度的變化進口氣流角β1變化就小。這樣就減小了葉片進口沖擊損失，使葉輪效率增加。
選D1min=0.2213m
則D1m=0.2399m
2.11葉片最佳進口氣流角β1A確定
按葉片進口相對速度最小的原則計算，推導葉片最佳進口氣流角β1A。
2.12葉輪最佳進口寬度b1的確定
第一種計算法：
用兩種算法的葉輪做試驗，適當增加b1，可改善性能。最終采用b1=0.091 4m的葉輪。氣流進入葉輪，氣流由軸向轉為徑向，會產(chǎn)生氣流分離，氣流從葉輪進口到葉片進口氣流應加速還是減速存在不同的看法。有人認為為了減少氣流由軸向轉為徑向拐彎時氣流分離，應加速運動減少分離。而又有人認為，為減少葉道的損失，氣流應減速。采用的葉片進口氣流是減速的。
2.13 最佳葉片數(shù)Z的確定
計算葉片數(shù)有許多公式，都是在特定條件下適用。選用下式計算Z：
有資料推薦前彎葉片數(shù)Z=16~32曾用Z=14和Z=20葉片數(shù)的葉輪做試驗，Z=20壓力增加較多，為保證性能，采用Z=20葉片數(shù)的葉輪。
離心風機增加葉片數(shù)Z，可減少相對渦流損失，提高壓力。但Z過多，葉片密度過大，將增加流道摩擦損失，使實際壓力下降，耗功增加。葉片數(shù)過少，葉片密度小，葉片彎曲角Δβ＝(β2A-β1A)大，氣流將從葉片分離，使損失加大�？梢娒總�葉輪總有最佳葉片數(shù)Z使損失最小。
2.14 葉輪出口寬度b2的計算
按下式計算：
2.15 選擇葉片進口前進氣速度c1’
2.16 計算葉片出口后徑向分速c2r’
采用近似雙曲線前盤c2r’≈c1r’＝30.1(m/s)葉片出口前徑向分速
2.17 無限葉片數(shù)氣流出口圓周分速
c2u∞=u2-c2rctanβ2A=116.987-31.194 9ctan135°=148.1919(m/s)
2.18滑差系數(shù)
2.19 全壓力系數(shù)Ψt校核計算
3結論
1） 用不同葉片數(shù)(14、20)的葉輪做試驗，本葉輪20個葉片數(shù)比14個葉片數(shù)的葉輪壓力高、性能好。
2） 用不同進口寬度的葉輪做試驗；b1大些，葉輪進口曲率半徑大些，葉輪進口氣流充滿好，損失小，性能有所改善。
3） 關鍵件材料的選取
由于濕氯氣具有極強的氧化性，不銹鋼也易被腐蝕，而室溫下濕氯氣（含水＞0.10）或含水蒸汽的飽和氯氣對鈦毫無影響。這是由于鈦在550℃以下的空氣中，表面會迅速形成薄而致密的氧化鈦膜，板及鈦合金板具有優(yōu)秀的耐腐蝕性能，在大氣、海水、酸類氧化性介質(zhì)及強堿中，其耐蝕性優(yōu)于大多數(shù)不銹鋼。并且鈦的資源豐富，鈦在地殼中的豐度為0.56%(質(zhì)量分數(shù))，在所有元素中居第9位，而在可作為結構材料的金屬中居第4位，僅次于Al、Fe、Mg，其儲量比常見金屬Cu，Pb，Zn儲量的總和還多。我國鈦資源豐富，儲量為世界第一。
所以與氯氣接觸的風機葉輪、機殼、軸套等通流部件均采用工業(yè)純鈦(TA2)制造，采用鈦合金(TC4)制造的軸套不僅耐蝕而且耐磨。氯氣風機采用鈦及鈦合金材料制造，提高了設備使用壽命。
4） 該鼓風機按優(yōu)化設計制成樣機，經(jīng)機械工業(yè)風機產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測中心檢測，氣動性能和機械運轉都達到要求。在某化工廠，連續(xù)運行幾年使用效果良好，深得用戶好評。
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