0．前言
　　隨著我國電力事業(yè)的蓬勃發(fā)展，對發(fā)電機(jī)組可靠性的要求越來越高。引風(fēng)機(jī)作為鍋爐的重要輔機(jī)，直接影響著發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行，據(jù)統(tǒng)計1991年我國100MW以上的火力發(fā)電機(jī)組僅由于鍋爐引風(fēng)機(jī)故障所造成的全年損失高達(dá)12.7億千瓦時�？梢娞岣唠娬撅L(fēng)機(jī)運(yùn)行的可靠性對電廠安全運(yùn)行是非常必要的。
現(xiàn)在火力發(fā)電廠中盡管電除塵器應(yīng)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(dāng)數(shù)量的塵粒，當(dāng)電除塵器隊塵效果不好時，煙氣中含塵濃度可達(dá)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(dāng)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(jìn)行焊補(bǔ)或更換，將造成風(fēng)機(jī)振動，甚至有飛車的危險。本文就風(fēng)機(jī)的磨損進(jìn)行分析及對防磨技術(shù)進(jìn)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(jī)組，共有四臺引風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)在我國200MW機(jī)組中非常普遍，稱雙吸雙支承板式高效風(fēng)機(jī)，在耐磨、防振等方面相對機(jī)翼型有較大的提高，為電力建設(shè)做出了貢獻(xiàn)。但這種葉輪磨損比較嚴(yán)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(shè)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(fēng)機(jī)上進(jìn)行改造試驗，經(jīng)過8個月的運(yùn)行后檢查，改造是成功的，下面就以改造前后的葉輪進(jìn)行分析和討論。
2．葉輪磨損分析
　　Y4－2×60№28.5F型風(fēng)機(jī)，煙氣攜帶著塵粒從兩側(cè)進(jìn)氣箱經(jīng)過集流器進(jìn)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(dá)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(dá)葉片的工作面；發(fā)生90度轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向而順利通過葉道到達(dá)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(xué)家Tilly有過分析�？拷�表面處氣流受到阻擋而發(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(jié)論。而火力發(fā)電廠煙氣塵粒的大小在45μm左右，隨負(fù)荷的變化，通過集流器進(jìn)入葉輪的風(fēng)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(jìn)入葉輪入口轉(zhuǎn)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(dá)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(fēng)機(jī)時，對葉輪進(jìn)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(yán)重，直接形成溝槽，靠近溝槽的葉片磨損較嚴(yán)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(yán)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(guān)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(fēng)機(jī)磨損的另一個重要影響因素是煙氣的入射角，當(dāng)粒子正面沖向靶面時，稱其入射角為90°。大量的實驗結(jié)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(guān)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(dāng)粒子入射角為20°~30°時，典型的塑性材料沖蝕率達(dá)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(guān)系幾乎不隨入射粒子種類、形狀及速度而改變。電站風(fēng)機(jī)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(yán)重也證明了這一點。
3．解決方案與設(shè)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(jìn)入葉輪入口后發(fā)生90°的轉(zhuǎn)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(shè)在葉輪強(qiáng)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(jìn)入的煙氣不與中盤相撞，而是左右匯合到達(dá)出口。這樣將不會有塵粒的大量集中，也就沒有了局部嚴(yán)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(jìn)行表面處理，提高其硬度，使葉片的材料由塑性向脆性轉(zhuǎn)變，從而降低沖蝕率；一個是主動的措施，通過設(shè)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(yán)重的入射角范圍。
4．鋸齒形中盤直板葉片型葉輪應(yīng)用
　　國家電力公司西安熱工研究院在這一領(lǐng)域已經(jīng)有成功的經(jīng)驗，其在勝利發(fā)電廠＃1吸風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)設(shè)施，電廠要求在原風(fēng)機(jī)機(jī)殼不動，電機(jī)不動，軸傳動裝置不變，風(fēng)機(jī)的流量、風(fēng)壓、轉(zhuǎn)數(shù)等參數(shù)都不變的前提下，重新設(shè)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(fēng)機(jī)的葉輪的簡圖。這種風(fēng)機(jī)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(jìn)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(cè)煙氣匯合而共同到達(dá)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(cè)煙氣匯合后使部分塵粒還末來得及到達(dá)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(cè)的煙氣及塵粒相撞而消耗了能量，在離心力的作用下到達(dá)葉片從而對葉輪進(jìn)行磨損，但是由于到達(dá)葉片塵粒減少了，而磨損的面積由原來中盤根部擴(kuò)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(jìn)，原風(fēng)機(jī)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(shè)計效率為82%，但煙氣塵粒對葉輪入射角正好處于磨損最嚴(yán)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(yán)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(yùn)行的，經(jīng)過8個月的運(yùn)行，在今年5月小修期間進(jìn)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(shè)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(yán)重的葉輪出口中盤根部附近的區(qū)域溝槽等嚴(yán)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。可見鋸齒形葉輪的改造應(yīng)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(fēng)機(jī)葉輪防磨的一個良好途徑。
4.3關(guān)于風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)的效率應(yīng)該有所降低。但是鋸齒型中盤的應(yīng)用使風(fēng)機(jī)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(fēng)量與風(fēng)壓均不一樣，不好進(jìn)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(shè)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(jì)運(yùn)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(jī)組負(fù)荷NMW165.3173204.7205.4
2鍋爐負(fù)荷　Dt/h582636608605
3風(fēng)機(jī)擋板開度Yn%891004589
4電機(jī)運(yùn)行電流IA136140137153
5風(fēng)機(jī)流量Q1m3/h722528735264694619786455
6風(fēng)機(jī)壓頭PPa3632369634044367
7全壓效率η%72.671.262.078.4
5.葉輪表面處理
　　
6．結(jié)束語
　　根據(jù)對引風(fēng)機(jī)磨損的分析，造成葉輪局部嚴(yán)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(yán)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(dá)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(yīng)用，又避開了磨損最嚴(yán)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(shù)結(jié)

摘要：本文詳細(xì)闡述了氯堿工藝鼓風(fēng)機(jī)氣動性能優(yōu)化設(shè)計方法。通過樣機(jī)試驗和現(xiàn)場運(yùn)轉(zhuǎn)，證明該鼓風(fēng)機(jī)氣動性能、機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)、材質(zhì)耐蝕及密封都達(dá)到了技術(shù)要求。
0　　引言
　　氯堿工藝鼓風(fēng)機(jī)是將電解NaCl分解的Cl2壓縮輸送至氯氣壓縮機(jī)進(jìn)口，是氯堿生產(chǎn)工藝中不可缺少的設(shè)備。
　　按用戶要求進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計。經(jīng)樣機(jī)試驗并長期投入運(yùn)行，證明該產(chǎn)品氣動性能滿足要求、機(jī)組穩(wěn)定安全運(yùn)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(shè)計成功替代了進(jìn)口產(chǎn)品，為國家節(jié)省了外匯。
1用戶要求
　　氯堿工藝鼓風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)，見圖1�；旌蠚怏w質(zhì)量流量m=8050（kg/h），鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)氣溫度t1=40℃、進(jìn)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(qiáng)的腐蝕性，要求接觸氯氣鼓風(fēng)機(jī)的各通流部件材質(zhì)能耐氯氣腐蝕。氯氣是有毒氣體，鼓風(fēng)機(jī)不能向大氣泄漏氯氣。
2氣動性能優(yōu)化設(shè)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(fēng)機(jī)全壓ptf

2.5　　風(fēng)機(jī)全壓力系數(shù)ψt、葉片出口角β2A的選擇
　　因用戶要求鼓風(fēng)機(jī)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(yīng)的葉片出口角β2A(110°～135°)也較大，選135°。待葉輪設(shè)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(zhuǎn)速ns
　　選擇風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速n，根據(jù)要求和經(jīng)驗初選n=2　900(r/min)


2.9葉輪進(jìn)口直徑D0的計算


2.10葉片進(jìn)口直徑D1的確定
　　對小比轉(zhuǎn)速D1=(1.0~1.1)D0
　　�。模保剑保�１Ｄ０=１．１ｘ０．２３５=０．２５８ｍ
　　氣流剛進(jìn)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’。靠近前盤的氣流角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(jìn)口寬度b1及氣流轉(zhuǎn)彎時速度不均勻程度而增加。采用進(jìn)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(jìn)口寬度的變化進(jìn)口氣流角β1變化就小。這樣就減小了葉片進(jìn)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(jìn)口氣流角β1A確定
　　按葉片進(jìn)口相對速度最小的原則計算，推導(dǎo)葉片最佳進(jìn)口氣流角β1A。

2.12葉輪最佳進(jìn)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(dāng)增加b1，可改善性能。最終采用b1=0.091　4m的葉輪。氣流進(jìn)入葉輪，氣流由軸向轉(zhuǎn)為徑向，會產(chǎn)生氣流分離，氣流從葉輪進(jìn)口到葉片進(jìn)口氣流應(yīng)加速還是減速存在不同的看法。有人認(rèn)為為了減少氣流由軸向轉(zhuǎn)為徑向拐彎時氣流分離，應(yīng)加速運(yùn)動減少分離。而又有人認(rèn)為，為減少葉道的損失，氣流應(yīng)減速。采用的葉片進(jìn)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(fēng)機(jī)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(jìn)口前進(jìn)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(jié)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(jìn)口寬度的葉輪做試驗；b1大些，葉輪進(jìn)口曲率半徑大些，葉輪進(jìn)口氣流充滿好，損失小，性能有所改善。
　　3）　關(guān)鍵件材料的選取
　　由于濕氯氣具有極強(qiáng)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(qiáng)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?jǐn)?shù))，在所有元素中居第9位，而在可作為結(jié)構(gòu)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(fēng)機(jī)葉輪、機(jī)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(fēng)機(jī)采用鈦及鈦合金材料制造，提高了設(shè)備使用壽命。
　　4）　該鼓風(fēng)機(jī)按優(yōu)化設(shè)計制成樣機(jī)，經(jīng)機(jī)械工業(yè)風(fēng)機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測中心檢測，氣動性能和機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)都達(dá)到要求。在某化工廠，連續(xù)運(yùn)行幾年使用效果良好，深得用戶好評。

豬場負(fù)壓風(fēng)機(jī)
地溝風(fēng)機(jī)
屋頂負(fù)壓風(fēng)機(jī)

鋒速達(dá)是水簾生產(chǎn)廠家|環(huán)�？照{(diào)生產(chǎn)廠家|屋頂風(fēng)機(jī)廠家|，鋒速達(dá)承接規(guī)劃：豬場降溫|車間降溫|廠房降溫|豬場通風(fēng)|車間通風(fēng)|廠房通風(fēng)|屋頂排風(fēng)機(jī)|屋頂排熱|廠房通風(fēng)降溫|車間通風(fēng)降溫|通風(fēng)換氣排熱降溫工程|屋頂風(fēng)機(jī)安裝|負(fù)壓風(fēng)機(jī)安裝|水簾安裝|環(huán)�？照{(diào)安裝|通風(fēng)設(shè)備安裝|通風(fēng)降溫設(shè)備|通風(fēng)系統(tǒng)安裝案例|通風(fēng)降溫系統(tǒng)|屋頂通風(fēng)機(jī)|屋頂排風(fēng)系統(tǒng)
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