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电厂风机叶轮表面防磨强化技术及应用

摘要:分析了目前电厂风机叶轮常用防磨技术的特点和存在的问题。根据几种常用耐磨材料和氧化铝陶瓷的磨损试验以及高强韧性胶粘剂在各种温度下的力学性能测试结果,结合风机的运行工况,对陶瓷耐磨叶轮的可靠性作了分析,阐述了其主要特点,并展示了优异的运行业绩。

关键词:风机;磨损;陶瓷叶轮

1. 叶轮常用防磨技术的特点和问题

1·1 叶轮常用防磨技术的特点

为了延长风机服役周期,降低发电成本,国内的燃煤电厂对排粉风机、引风机叶轮几乎无一例外地要实施防磨处理。目前仍在采用,且具有一定效果的可分为热态和冷态两种防磨技术。实践证明,仅就叶轮的防磨效果而言,前者优于后者。电厂风机叶轮常用防磨技术的分类和特点见表

电厂风机叶轮常用防磨技术的分类和特点

1.2 热态防磨技术存在的主要问题

1·2·1 裂纹倾向大

在对刚性或规格大的整体叶轮进行较大范围的堆焊和喷焊防磨处理时,因热输入量大,工件受热不均所形成的热应力,会诱发叶轮上的承载焊缝产生裂纹;在高强度、低韧性的堆焊耐磨焊道和焊层上必有裂纹产生;在防磨工艺不当时,堆焊耐磨焊道上的裂纹极易向叶轮的母材中扩展;经多元共渗的护板,其周边近缝区因渗入元素的污染及硬度值偏高,很不容易清理干净。该区域打磨得过浅或过窄,护板组合焊接时难免出现裂纹。打磨得过深或过宽,又将影响到防磨效果。

1·2·2 变形无法控制

刚性或规格小的整体叶轮在进行热态防磨处理时,无论采用对称施焊,刚性固定等工艺措施,均不能有效地控制叶轮的变形。而叶轮的尺寸及叶片的型线得不到保证,将对风机的运行带来不利影响。

1·3 冷态防磨技术存在的主要问题

1·3·1 防磨效果有限

粘涂技术、火焰喷涂和电弧喷涂仅适应于引风机叶轮,但其效果不佳;高速电弧喷涂引风机叶轮的效果有限;喷涂工艺应用在排粉风机叶轮上几乎没有成功的实例。

1·3·2 耐磨保护层不牢固

粘涂耐磨层和镶嵌陶瓷,因其物理性能、结合强度及结构形式的限制,当叶轮在一定温度下高速旋转时,易脱落和发生崩裂。

2. 陶瓷耐磨叶轮的关键技术

2.1 MD-Ⅲ航空级高强韧性胶粘剂简介

氧化铝陶瓷是已发现的最硬的无机化合物之一,具有一般金属耐磨材料难以比拟的抗磨损性能。显然,只要通过一种可靠的冷方法,将超耐磨的氧化铝陶瓷复合连接在风机叶轮上,便可完全克服叶轮由常用防磨技术处理后所导致的裂纹、变形、耐磨效果不理想和耐磨层不牢固这几种弊端。

目前燃煤电厂在煤粉管道和弯头、煤粉分离器锥体等静止部件和设备上,采用粘接氧化铝陶瓷元件进行防磨处理已经比较普遍。而把耐磨性优异的氧化铝陶瓷应用在承受交变动载荷、有一定温度、线速度大和可靠性要求高的风机叶轮上,虽早就有所尝试,但成功的范例很少。要在高速旋转的叶轮上牢固地粘接氧化铝陶瓷元件,绝非是一项简单的技术。利用自蔓延高温合成技术、拱形原理、陶瓷橡胶复合工艺和焊接等方法,将氧化铝陶瓷与叶轮上的平、弧面进行大面积复合连接,即不现实、不可靠亦不经济。其实在二十多年前国外的一些公司,便采用粘接技术将工程陶瓷十分成功地运用到了电厂风机叶轮上。由经验和教训可知,氧化铝陶瓷的耐磨性决定叶轮的使用寿命,而胶粘剂的强韧性则决定了叶轮运行的可靠性。因此高强韧性胶粘剂是粘接型陶瓷耐磨叶轮关键技术中的核心内容。

根据电厂风机叶轮的工况条件,现场施工环境的要求,MD-Ⅲ高强韧性胶粘剂对钢和陶瓷都应有优良的粘接性,工艺性和触变性;可在室温下固化;具有相当高的强度和韧性;具有较高的耐热性和耐老化性;完全能在风机正常的工况和温度条件下长期可靠地工作。

 

MD-Ⅲ高强韧性胶粘剂的研制中,以巩固其拉伸强度和拉伸剪切强度为基础,摒弃传统的增韧改性材料,通过组织变量系列试验,选用能参与固化反应、相容性好、含有新型活化韧性因子的增韧剂,使胶粘剂的分子结构中不但包含有增韧效果显著、耐老化性好的封端基因,而且还包含有许多柔性链段来缓解脆硬性。即改善了胶粘剂的冲击韧性和固化时的内应力水平,又使其耐热性(玻璃化温度

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