葉輪表面防磨技術(shù)的特點(diǎn)及存在的問(wèn)題分析

1. 葉輪常用防磨技術(shù)的特點(diǎn)和問(wèn)題

1.1 葉輪常用防磨技術(shù)的特點(diǎn)

葉輪既指裝有動(dòng)葉的輪盤(pán)，是沖動(dòng)式汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的組成部分。又指輪盤(pán)與安裝其上的轉(zhuǎn)動(dòng)葉片的總稱。還指輪盤(pán)與安裝其上的轉(zhuǎn)動(dòng)葉片的總稱。為了延長(zhǎng)風(fēng)機(jī)服役周期，降低發(fā)電成本，國(guó)內(nèi)的燃煤電廠對(duì)排粉風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)葉輪幾乎無(wú)一例外地要實(shí)施防磨處理。粉風(fēng)機(jī)陶瓷防磨，選粉風(fēng)機(jī)陶瓷防磨，旋風(fēng)分離器陶瓷防磨性能特點(diǎn)：超長(zhǎng)耐磨使用壽命：由于風(fēng)機(jī)葉輪工作表面復(fù)合陶瓷層硬度HRA≥86（增韌氧化鋁復(fù)合材料），局部磨損嚴(yán)重部位使用二次燒結(jié)氮化硅增韌陶瓷或氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷，最高可以達(dá) 到HRA94以上，其耐顆粒沖刷磨損性能至少是普通碳化鎢堆焊、噴涂噴焊以及合金粉塊狀焊接等常規(guī)處理方式提高5倍以上，比基體16Mn鋼材高100倍以 上；厚度為1.5mm陶瓷片實(shí)際使用己達(dá)五年，平均磨損不到0.2mm。目前仍在采用，且具有一定效果的可分為熱態(tài)和冷態(tài)兩種防磨技術(shù)。

電廠風(fēng)機(jī)葉輪常用防磨技術(shù)的分類和特點(diǎn)

1.2 熱態(tài)防磨技術(shù)存在的主要問(wèn)題

1.2.1 裂紋傾向大

在對(duì)剛性或規(guī)格大的整體葉輪進(jìn)行較大范圍的堆焊和噴焊防磨處理時(shí)，因熱輸入量大，工件受熱不均所形成的熱應(yīng)力，會(huì)誘發(fā)葉輪上的承載焊縫產(chǎn)生裂紋；在高強(qiáng)度、低韌性的堆焊耐磨焊道和焊層上必有裂紋產(chǎn)生；在防磨工藝不當(dāng)時(shí)，堆焊耐磨焊道上的裂紋極易向葉輪的母材中擴(kuò)展；經(jīng)多元共滲的護(hù)板，其周邊近縫區(qū)因滲入元素的污染及硬度值偏高，很不容易清理干凈。

1.2.2 變形無(wú)法控制

剛性或規(guī)格小的整體葉輪在進(jìn)行熱態(tài)防磨處理時(shí)，無(wú)論采用對(duì)稱施焊，剛性固定等工藝措施，均不能有效地控制葉輪的變形。而葉輪的尺寸及葉片的型線得不到保證，將對(duì)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行帶來(lái)不利影響。

1.3 冷態(tài)防磨技術(shù)存在的主要問(wèn)題

1.3.1 防磨效果有限

粘涂技術(shù)是指將填加特殊材料（簡(jiǎn)稱骨材）的膠粘劑（Composite Putty）涂敷于零件表面，以賦予零件表面特殊功能（如耐磨損、耐腐蝕、絕緣、導(dǎo)電、保溫、防輻射）的一項(xiàng)表面新技術(shù)。此類膠粘劑就是修補(bǔ)劑。粘接主要是實(shí)現(xiàn)零部件之間的連接，而粘涂是在零件表面形成功能涂層。粘涂作為粘接技術(shù)的發(fā)展，具有粘接技術(shù)的大部分優(yōu)點(diǎn)，如室溫固化、應(yīng)力分布均勻、能粘涂不同的材料等。作為一種表面修復(fù)和強(qiáng)化技術(shù)，與堆焊、電鍍、電刷鍍、熱噴涂相比，粘涂工藝簡(jiǎn)便，不需專門設(shè)備，只需將修補(bǔ)劑涂敷于待修表面，常溫固化，室溫操作，不會(huì)使零件產(chǎn)生熱影響和變形，可根據(jù)需要使零件表面獲得耐磨、耐腐、絕緣、導(dǎo)電等性能，是一種快速而價(jià)廉的修復(fù)和預(yù)保護(hù)工藝?？傊?，粘涂作為一種表面修復(fù)和預(yù)保護(hù)技術(shù)，具有突出優(yōu)點(diǎn)：它可免除噴涂、電、氣焊的困擾，可以解決用其它表面技術(shù)難以解決的技術(shù)難題。

1.3.2 耐磨保護(hù)層不牢固

粘涂耐磨層和鑲嵌陶瓷，因其物理性能、結(jié)合強(qiáng)度及結(jié)構(gòu)形式的限制，當(dāng)葉輪在一定溫度下高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，易脫落和發(fā)生崩裂。

2. 陶瓷耐磨葉輪的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 MD-Ⅲ航空級(jí)高強(qiáng)韌性膠粘劑簡(jiǎn)介

氧化鋁陶瓷是已發(fā)現(xiàn)的最硬的無(wú)機(jī)化合物之一，氧化鋁陶瓷是一種以氧化鋁（AL2O3）為主體的材料，用于厚膜集成電路。氧化鋁陶瓷有較好的傳導(dǎo)性、機(jī)械強(qiáng)度和耐高溫性。需要注意的是需用超聲波進(jìn)行洗滌。氧化鋁陶瓷是一種用途廣泛的陶瓷。因?yàn)槠鋬?yōu)越的性能，在現(xiàn)代社會(huì)的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越廣泛，滿足于日用和特殊性能的需要。氧化鋁陶瓷目前分為高純型與普通型兩種。高純型氧化鋁陶瓷系A(chǔ)l2O3含量在99.9％以上的陶瓷材料，由于其燒結(jié)溫度高達(dá)1650—1990℃，透射波長(zhǎng)為1～6μm，一般制成熔融玻璃以取代鉑坩堝：利用其透光性及可耐堿金屬腐蝕性用作鈉燈管；在電子工業(yè)中可用作集成電路基板與高頻絕緣材料。

目前燃煤電廠在煤粉管道和彎頭、煤粉分離器錐體等靜止部件和設(shè)備上，采用粘接氧化鋁陶瓷元件進(jìn)行防磨處理已經(jīng)比較普遍。而把耐磨性優(yōu)異的氧化鋁陶瓷應(yīng)用在承受交變動(dòng)載荷、有一定溫度、線速度大和可靠性要求高的風(fēng)機(jī)葉輪上，雖早就有所嘗試，但成功的范例很少。要在高速旋轉(zhuǎn)的葉輪上牢固地粘接氧化鋁陶瓷元件，絕非是一項(xiàng)簡(jiǎn)單的技術(shù)。利用自蔓延高溫合成技術(shù)、拱形原理、陶瓷橡膠復(fù)合工藝和焊接等方法，將氧化鋁陶瓷與葉輪上的平、弧面進(jìn)行大面積復(fù)合連接，即不現(xiàn)實(shí)、不可靠亦不經(jīng)濟(jì)，氧化鋁陶瓷的耐磨性決定葉輪的使用壽命，而膠粘劑的強(qiáng)韌性則決定了葉輪運(yùn)行的可靠性。因此高強(qiáng)韌性膠粘劑是粘接型陶瓷耐磨葉輪關(guān)鍵技術(shù)中的核心內(nèi)容。

根據(jù)電廠風(fēng)機(jī)葉輪的工況條件，現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境的要求，MD-Ⅲ高強(qiáng)韌性膠粘劑對(duì)鋼和陶瓷都應(yīng)有優(yōu)良的粘接性，工藝性和觸變性；可在室溫下固化；具有相當(dāng)高的強(qiáng)度和韌性；具有較高的耐熱性和耐老化性；完全能在風(fēng)機(jī)正常的工況和溫度條件下長(zhǎng)期可靠地工作。

在MD-Ⅲ高強(qiáng)韌性膠粘劑的研制中，以鞏固其拉伸強(qiáng)度和拉伸剪切強(qiáng)度為基礎(chǔ)，摒棄傳統(tǒng)的增韌改性材料，通過(guò)組織變量系列試驗(yàn)，選用能參與固化反應(yīng)、相容性好、含有新型活化韌性因子的增韌劑，增韌劑是指耐油性隨丙烯腈含量增加而提高。丁腈橡膠的低溫性能較差，。玻璃化溫度與丙烯腈含量有關(guān)，含量越多則玻璃化溫度也越高。丁腈橡膠的耐熱性較好，可在120℃下連續(xù)使用，電絕緣性一般。使膠粘劑的分子結(jié)構(gòu)中不但包含有增韌效果顯著、耐老化性好的封端基因，而且還包含有許多柔性鏈段來(lái)緩解脆硬性。

2.2 MD-Ⅲ膠粘劑的靜態(tài)力學(xué)性能曲線

圖1中的兩條實(shí)線曲線，為根據(jù)《膠粘劑對(duì)接接頭拉伸強(qiáng)度的測(cè)定》（GB/T6329－1996）測(cè)出的，在8種不同溫度條件下， MD-Ⅲ高強(qiáng)韌性膠粘劑的拉伸強(qiáng)度，即σb－T曲線。及根據(jù)（GB7124－86）測(cè)出的MD-Ⅲ高強(qiáng)韌性膠粘劑的拉伸剪切強(qiáng)度，既στ－T曲線。圖1中的兩條虛線曲線，為號(hào)稱“膠王”的CGJ高強(qiáng)韌性膠粘劑的 σb－T和στ－T曲線。由圖1可見(jiàn)，在溫度為100℃時(shí)，MD-Ⅲ高強(qiáng)韌性膠粘劑的拉伸強(qiáng)度σb達(dá)到最高值（48.8MPa），而在室溫至120℃范圍內(nèi)， σb值波動(dòng)不大。MD-Ⅲ高強(qiáng)韌性膠粘劑的拉伸剪切強(qiáng)度στ，在室溫至170℃的范圍，是隨著溫度的升高亦呈緩慢上升的趨勢(shì)，當(dāng)溫度為170℃左右時(shí)，其στ值高達(dá)35.4MPa。但隨著溫度的升高，CGJ 膠粘劑的σb、στ值均發(fā)生急劇下降，在溫度達(dá)到150℃時(shí)，與室溫條件下比較，其στ值下降了67.7％，而σb值的下降幅度達(dá)到了84%。

2.3 MD-Ⅲ膠粘劑的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能曲線

參照《膠粘劑剪切沖擊強(qiáng)度試驗(yàn)方法》（GB/T6328－1999），粘接10mm×10mm×55mm的對(duì)接接頭試樣（不帶缺口），采用特制的擺錘，在9種不同溫度條件下，使試樣在沖擊彎曲狀態(tài)發(fā)生折斷。圖2為沖擊韌性值－溫度曲線（αk-T曲線）。圖2顯示，在溫度為室溫至125℃左右范圍，CGJ膠粘劑的沖擊韌性值αk均比MD-Ⅲ高強(qiáng)韌性膠粘劑的αk值高。膠接（粘合、粘接、膠結(jié)、膠粘）是指同質(zhì)或異質(zhì)物體表面用膠粘劑連接在一起的技術(shù)，具有應(yīng)力分膠粘劑布連續(xù)，重量輕，或密封，多數(shù)工藝溫度低等特點(diǎn)。膠接特別適用于不同材質(zhì)、不同厚度、超薄規(guī)格和復(fù)雜構(gòu)件的連接。膠接近代發(fā)展最快，應(yīng)用行業(yè)極廣，并對(duì)高新科學(xué)技術(shù)進(jìn)步和人民日常生活改善有重大影響。而MD-Ⅲ高強(qiáng)韌性膠粘劑在室溫至200℃范圍，始終處于“增韌”的勢(shì)頭，其增幅達(dá)到17.4％。即使溫度升高到了250℃，其αk值仍然保持在57KJ/m2的水平。

3. 陶瓷耐磨葉輪的可靠性

3.1 陶瓷耐磨葉輪的可靠性分析

風(fēng)機(jī)是依靠輸入的機(jī)械能，提高氣體壓力并排送氣體的機(jī)械，它是一種從動(dòng)的流體機(jī)械。風(fēng)機(jī)是我國(guó)對(duì)氣體壓縮和氣體輸送機(jī)械的習(xí)慣簡(jiǎn)稱，通常所說(shuō)的風(fēng)機(jī)包括通風(fēng)機(jī)，鼓風(fēng)機(jī)，壓縮機(jī)以及羅茨鼓風(fēng)機(jī)，離心式風(fēng)機(jī)，回轉(zhuǎn)式風(fēng)機(jī)，水環(huán)式風(fēng)機(jī)，但是不包括活塞壓縮機(jī)等容積式鼓風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)。氣體壓縮和氣體輸送機(jī)械是把旋轉(zhuǎn)的機(jī)械轉(zhuǎn)換為氣體壓力能和動(dòng)能，并將氣體輸送出去的機(jī)械。風(fēng)機(jī)在工作中，氣流由風(fēng)機(jī)軸向進(jìn)入葉片空間，然后在葉輪的驅(qū)動(dòng)下一方面隨葉輪旋轉(zhuǎn)；另一方面在慣性力的作用下提高能量，沿半徑方向離開(kāi)葉輪，靠產(chǎn)生的離心力來(lái)做功的風(fēng)機(jī)稱為離心式風(fēng)機(jī)。離心式風(fēng)機(jī)葉輪的板式葉片，多為其徑向尺寸大于軸向尺寸的圓弧窄葉片形式。在對(duì)葉片進(jìn)行受力分析和強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，可將整片葉片視為承受均布載荷的梁。當(dāng)葉輪以角速度ω=πn/30高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在葉輪最大半徑上的葉片工作面出口處，粘接的陶瓷元件受到了最大離心力P的作用，另還主要受到膠粘劑抵抗拉伸剪切破壞時(shí)的最大力P1，及氣固兩相流壓應(yīng)力等作用。顯然只有保證P1>P時(shí)，葉片上的陶瓷元件才不會(huì)發(fā)生脫落?？紤]到現(xiàn)場(chǎng)大面積粘接施工條件和葉輪工作溫度等因素的影響，為安全穩(wěn)妥起見(jiàn)，只將在實(shí)驗(yàn)室條件下測(cè)定的膠粘劑拉伸剪切強(qiáng)度στ值的一半代入計(jì)算，即P1=Sστ/2，并引入安全系數(shù)K=P1/P，則有K=450στ/π2n2ρδRmax。

在正常工況下排粉風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)的工作溫度為70℃和150℃左右。常用陶瓷元件的厚度δ=1.5mm，其體積密度ρ=3.7g/cm3。以粘接了氧化鋁陶瓷元件至今已投入2年7個(gè)月和3年9個(gè)月運(yùn)行的兩種風(fēng)機(jī)葉輪為例，通過(guò)安全系數(shù)的計(jì)算和實(shí)際業(yè)績(jī)的驗(yàn)證，MD-Ⅲ高強(qiáng)韌性膠粘劑確有很高的粘接安全系數(shù)。兩種粘接型陶瓷耐磨葉輪安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

2 兩種風(fēng)機(jī)葉輪安全系數(shù)的計(jì)算結(jié)果

依照陶瓷耐磨葉輪須安全可靠運(yùn)行的最基本原則，如果說(shuō)DM-Ⅲ膠粘劑所具有的足夠高的強(qiáng)度指標(biāo)是防止陶瓷元件脫落的首要條件的話，那么如何減少和彌補(bǔ)陶瓷元件與金屬材料的線膨脹系數(shù)差異較大，在溫度變化時(shí)兩者間產(chǎn)生的相對(duì)位移量給耐磨保護(hù)層帶來(lái)的不利影響，則是陶瓷與金屬?gòu)?fù)合連接技術(shù)中必須解決的重要課題。

由于物體受熱膨脹其長(zhǎng)度的增加正比于物體的原始長(zhǎng)度和溫度變化值Δ T ，已知在20℃-300℃范圍，氧化鋁陶瓷（Al2O3 95%）和Q345鋼的線膨脹系數(shù)分別為×10-6℃-1和10.99×10-6℃-1，一般在正常工況下，排粉風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)葉輪的工作溫度不超過(guò)100℃和150℃，α、ΔT視為常數(shù)，因此陶瓷元件的設(shè)計(jì)尺寸便直接決定了其受熱后所增加的位移量ΔL。顯然盡可能縮小陶瓷元件的尺寸，將更有利于控制ΔL的大小。因氧化鋁陶瓷優(yōu)異的耐磨性能，陶瓷元件的厚度一般設(shè)計(jì)為1-2mm即可。考慮制作、施工諸多因素及實(shí)踐證明：風(fēng)機(jī)葉輪通用型陶瓷元件的最佳量化單元是10mm×10mm×1.5mm。即使風(fēng)機(jī)有150℃的溫度變化，這個(gè)最小陶瓷單元與葉片金屬間的相對(duì)位移量也僅為6.6μm。因陶瓷元件、膠粘劑和金屬之間為柔性連接，MD-Ⅲ膠粘劑的αk值在20℃-200℃內(nèi)是隨溫度的升高而增加，對(duì)于6.6μm極其微小的位移量，通過(guò)高韌性的膠層便可以吸收。

4 陶瓷耐磨葉輪的特點(diǎn)

4.1 運(yùn)行安全可靠

耐磨陶瓷風(fēng)機(jī)葉輪簡(jiǎn)介：是指在風(fēng)機(jī)葉輪的出口、葉片與后盤(pán)連接部位粘貼AL2O3瓷片，以提高耐磨性能。耐磨陶瓷風(fēng)機(jī)葉輪是綜合了現(xiàn)代新型工程材料及先進(jìn)的三元流理論設(shè)計(jì)制造的新型產(chǎn)品。在傳統(tǒng)的風(fēng)機(jī)制造技術(shù)基礎(chǔ)上，采用現(xiàn)代工程陶瓷材料，金屬?gòu)?fù)合制造技術(shù)，在風(fēng)機(jī)設(shè)備的主要工作表面形成一個(gè)具有優(yōu)異耐磨性能的表層，可使風(fēng)機(jī)葉輪的耐磨使用壽命提高至少三倍以上，風(fēng)機(jī)效率提高10-30％。

因MD-Ⅲ高強(qiáng)韌性膠粘劑的固化一般在室溫條件下即可。有時(shí)為了縮短固化時(shí)間或?yàn)榱烁纳普辰有阅?，其加熱固化溫度亦不?huì)超過(guò)100℃，這就避免了采用熱態(tài)防磨技術(shù)時(shí)，整體葉輪因不均勻受熱產(chǎn)生應(yīng)力后，導(dǎo)致其誘發(fā)裂紋和引起的變形給風(fēng)機(jī)運(yùn)行帶來(lái)安全隱患的可能。

目前仍在沿用一種傳統(tǒng)的，在葉片上加焊防磨護(hù)板的方法。因葉片與護(hù)板僅是依托四周的角焊縫進(jìn)行有限的“線連接”，一但角焊縫被嚴(yán)重磨損或被磨透后，所造成整塊護(hù)板瞬間飛離、高速轉(zhuǎn)動(dòng)葉輪的平衡被破壞、風(fēng)機(jī)振動(dòng)急劇增大，乃至引起重大事故的實(shí)例屢見(jiàn)不鮮。采用在葉輪上焊接鋼制附件，并鑲嵌上陶瓷元件的方法，因受其結(jié)構(gòu)形式和陶瓷元件幾何尺寸的限制，當(dāng)葉輪在一定溫度的工況下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，陶瓷元件開(kāi)裂和脫落的情況時(shí)有發(fā)生。

采用MD-Ⅲ高強(qiáng)韌性膠粘劑和氧化鋁陶瓷對(duì)葉輪進(jìn)行防磨處理，只要在施工過(guò)程中嚴(yán)格執(zhí)行粘接工藝規(guī)程，按照技術(shù)要求認(rèn)真操作，且耐磨葉輪能保證在正常的工況條件下工作，就不會(huì)發(fā)生陶瓷元件脫落的可能。電廠風(fēng)機(jī)葉輪選用陶瓷元件規(guī)格為10mm×10mm×1.5mm的最佳量化單元。這種最小單元的質(zhì)量?jī)H為0.55g左右。反饋的信息顯示，在已投入運(yùn)行的近百臺(tái)粘接型陶瓷耐磨葉輪中，也曾發(fā)生過(guò)5臺(tái)葉輪因種種原因陶瓷元件脫落的現(xiàn)象。其中一臺(tái)葉輪因別的原因在停機(jī)檢修時(shí)被發(fā)現(xiàn)，一片葉片上最多有16件陶瓷元件脫落，但這并未給風(fēng)機(jī)的安全平穩(wěn)運(yùn)行產(chǎn)生什么影響（該葉輪至此已運(yùn)行3年1個(gè)月）。因?yàn)?6件陶瓷元件總的質(zhì)量?jī)H有8.9 g，且又未集中分布在葉片的一個(gè)位置上。電廠在停機(jī)檢修時(shí)，僅順便稍作修復(fù)性粘接處理后，即馬上將其又投入運(yùn)行。

4.2 耐磨性優(yōu)異

作為工程陶瓷中用途最廣泛的氧化鋁陶瓷，其硬度相當(dāng)高，在10級(jí)莫氏硬度中為9級(jí)，僅低于金剛石。氧化鋁陶瓷與幾種耐磨材料的硬度之比較見(jiàn)表3。

表氧化鋁陶瓷、耐磨材料的硬度比較

注：86.6HRA=70HRC

實(shí)踐證明，材料的硬度是一個(gè)與耐磨性有關(guān)的重要指標(biāo)，而材料的耐磨性才是衡量其耐磨性能優(yōu)劣的最終指標(biāo)。表4給出了氧化鋁陶瓷與幾種常用耐磨材料的比較磨損試驗(yàn)結(jié)果。

表4 氧化鋁陶瓷與耐磨材料的相對(duì)耐磨性

氧化鋁陶瓷作為脆性材料，在沖蝕角θ按近90o的情況下，其抗沖蝕磨損性能相對(duì)較低是不爭(zhēng)的事實(shí)。對(duì)于絕大多數(shù)采用焊接結(jié)構(gòu)鋼制作的離心式和軸流式葉輪的葉片，雖然氣固兩相流在θ=90o左右的沖蝕磨損處，僅限于在葉片入口端部和動(dòng)葉片前緣部一個(gè)較窄的范圍，但這個(gè)較窄范圍，往往卻是葉片磨損最嚴(yán)重的區(qū)域之一。為此專門特制的增厚流線形陶瓷異型元件，即可巧妙地利用葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)離心力的作用防止葉片入口處陶瓷元件的脫落，避免固粒沖刷對(duì)片狀陶瓷元件底部膠層的沖蝕掏空，還能將沖蝕角的角度大大減少，以分散高速固粒的沖擊能量，從而顯著地提高了葉片入口端部的抗沖蝕磨損能力。圖3為125MW機(jī)組，Φ=2000mm的排粉風(fēng)機(jī)葉輪，在葉片入口端部，未粘接和粘接有增厚流線形氧化鋁陶瓷元件的上、下部位，經(jīng)4個(gè)半月運(yùn)行后，其被磨損與抗磨損的鮮明對(duì)比形狀。

4.3 能耗低效率高

某電廠300MW機(jī)組的排粉風(fēng)機(jī)葉輪直徑為2170mm，有15片葉片。為延長(zhǎng)使用壽命，若采用傳統(tǒng)的加焊防磨護(hù)板的方案，并在δ=8mm的護(hù)板上堆焊厚度約為2.5mm的合金耐磨層。每塊護(hù)板的面積為1345cm2，一臺(tái)葉輪所增加的重量為126.7Kg以上（未計(jì)合金耐磨層的重量）。這使得葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增大，也增加了風(fēng)機(jī)的軸動(dòng)率和耗電量。

在葉片及其他區(qū)域加焊防磨護(hù)板（一般厚度≥8mm），或在葉片上焊接鋼制附件并鑲嵌較厚的陶瓷元件（一般總厚度為8-14mm），或在葉片、護(hù)板上堆焊2－3mm的耐磨焊道和凹凸不平的耐磨層，除了會(huì)增加葉輪的自重外，還會(huì)使葉輪，尤其是排粉風(fēng)機(jī)葉輪原本狹窄的流道更加變窄，使得流道中氣固兩相流的流動(dòng)受阻，并干擾流體的正常流動(dòng)，使得流動(dòng)效率降低。

而最小單元為10mm×10mm×1.5mm的陶瓷元件，完全可順應(yīng)葉片的幾何型線，緊緊地貼合在葉片不同的曲面上，加之未受到高溫的作用，葉片的原始型線足以得到保持。而δ=1.5mm的陶瓷元件幾乎不會(huì)改變?nèi)~輪內(nèi)部的流道尺寸，故不會(huì)給風(fēng)機(jī)的流動(dòng)效率帶來(lái)負(fù)面的影響。

4.4 葉輪防磨無(wú)盲區(qū)

在電廠現(xiàn)場(chǎng)對(duì)離心式葉輪整體采用焊接或熱噴涂技術(shù)防磨，其防磨的區(qū)域和質(zhì)量與電焊鉗、噴槍槍體在葉輪中的空間位置、距離和角度密切相關(guān)。一般而言，這對(duì)大、中型引風(fēng)機(jī)葉輪及排粉風(fēng)機(jī)葉輪葉片的出口段，問(wèn)題不顯突出。但對(duì)于流道狹長(zhǎng)的排粉風(fēng)機(jī)葉輪葉片工作面入口段一定的區(qū)域及小型引風(fēng)機(jī)葉輪的葉片入口處，由于受到近距離相鄰葉片及前、后盤(pán)的阻礙，在以上兩個(gè)區(qū)域進(jìn)行電弧堆焊、碳弧堆焊、火焰噴焊和電弧噴涂時(shí)，存在焊接、噴涂（焊）角度受限，距離不足，熔池、“鏡面”觀察受阻，焊條、碳棒、粉末等到不了位，甚至無(wú)法實(shí)施的狀況，從而使用戶對(duì)該區(qū)域的防磨質(zhì)量提出了質(zhì)疑。

在應(yīng)用粘接的方法對(duì)葉輪的各區(qū)域進(jìn)行防磨處理時(shí)，只要在操作者手臂可以觸摸到的范圍均可將陶瓷元件牢固地粘接到位，并能確保其施工質(zhì)量，防磨區(qū)域幾乎不受任何的限制。顯而易見(jiàn)，在對(duì)流道狹窄的排粉風(fēng)機(jī)葉輪進(jìn)行防磨處理時(shí)，這具有非常重要的實(shí)際意義。

5 陶瓷耐磨葉輪的運(yùn)行業(yè)績(jī)

燃煤電廠風(fēng)機(jī)葉輪的磨損失效是沖蝕磨損和磨粒磨損聯(lián)合作用的結(jié)果。而上述幾種耐磨材料和氧化鋁陶瓷的磨損試驗(yàn)結(jié)果和相對(duì)耐磨性的關(guān)系，僅僅是在實(shí)驗(yàn)室單一的磨損類型條件下測(cè)出的幾組數(shù)據(jù)，不能表明氧化鋁陶瓷應(yīng)用到電廠風(fēng)機(jī)上后，葉輪最終的使用期限，只能說(shuō)明氧化鋁陶瓷的確要比幾種常用的耐磨材料在特定的磨損條件下，具有更高的抗磨損性能。超長(zhǎng)耐磨使用壽命：由于風(fēng)機(jī)葉輪工作表面復(fù)合陶瓷層硬度HRA≥86（增韌氧化鋁復(fù)合材料），局部磨損嚴(yán)重部位使用二次燒結(jié)氮化硅增韌陶瓷或氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷，最高可以達(dá)到HRA94以上，其耐顆粒沖刷磨損性能至少是普通碳化鎢堆焊、噴涂噴焊以及合金粉塊狀焊接等常規(guī)處理方式提高5倍以上，比基體16Mn鋼材高100倍以上；厚度為1.5mm陶瓷片實(shí)際使用己達(dá)五年，平均磨損不到0.2mm。

目前這項(xiàng)技術(shù)已受到越來(lái)越多的電廠用戶的認(rèn)可和歡迎。如圖4－圖6所示，即為最好的業(yè)績(jī)佐證。安全可靠效率高：由于采用了各種高技術(shù)復(fù)合陶瓷技術(shù)，以及先進(jìn)的無(wú)損探傷和修復(fù)技術(shù)，確保陶瓷與金屬?gòu)?fù)合層在葉輪高速運(yùn)轉(zhuǎn)下始終保持高達(dá)35MPa的抗剪強(qiáng)度；根據(jù)不同陶瓷復(fù)合工藝，耐溫最高可達(dá)450℃。根據(jù)理論計(jì)算，常規(guī) 1.5mm厚瓷片每平方米僅重5.5公斤，復(fù)合層為陶瓷層提供的結(jié)合剪切力是其最大向心力的100倍以上。而且復(fù)合層韌性極佳，可以適應(yīng)高溫及振動(dòng)工況。在90－160℃的工況下實(shí)際運(yùn)行達(dá)7年以上，粘貼各型風(fēng)機(jī)近2000多臺(tái)，沒(méi)有一次因陶瓷脫落而導(dǎo)致風(fēng)機(jī)非計(jì)劃停運(yùn)的事故，經(jīng)受住了高溫、長(zhǎng)時(shí)間及批量的考驗(yàn)。

為300MW機(jī)組2號(hào)爐乙側(cè)的2850/1800型軸流式引風(fēng)機(jī)葉輪的陶瓷耐磨動(dòng)葉片。該葉片原采用氧乙炔焰噴焊防磨處理，壽命提高到了約14個(gè)月。但經(jīng)噴焊后葉片型線有一定改變，且防磨的效果仍不太理想。后采用氧化鋁陶瓷防磨技術(shù)，徹底解決了葉片的變形問(wèn)題，而耐磨的效果更顯突出，圖中顯示經(jīng)過(guò)3年2個(gè)月的運(yùn)行，停爐檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)，動(dòng)葉片的壓力面和進(jìn)氣端前緣磨損甚微，預(yù)計(jì)還可運(yùn)行一個(gè)大修期以上。

為200MW機(jī)組6號(hào)爐A側(cè)φ=2000mm的排粉機(jī)葉輪。由于原葉輪磨損嚴(yán)重，停爐檢修時(shí)采用焊條補(bǔ)焊修復(fù)后，累計(jì)運(yùn)行約6個(gè)月即需更換新葉輪。后采用在葉片上加焊防磨護(hù)板，并在護(hù)板上堆焊耐磨焊道的防磨措施，其使用壽命亦勉強(qiáng)維持在1年半左右。由于曾發(fā)生過(guò)葉片與護(hù)板的連接焊縫被磨透，導(dǎo)致共有4片護(hù)板運(yùn)行時(shí)突然飛離葉輪擊穿機(jī)殼，幾乎傷人的惡性事故，現(xiàn)已將3臺(tái)爐共6個(gè)排粉機(jī)葉輪全部改為氧化鋁陶瓷防磨。圖中葉輪系運(yùn)行2年7個(gè)月后的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況。

為200MW機(jī)組3號(hào)爐甲側(cè)φ=2350mm雙吸引風(fēng)機(jī)葉輪。因電除塵器的原因葉輪磨損較大。電除塵器是火力發(fā)電廠必備的配套設(shè)備，它的功能是將燃灶或燃油鍋爐排放煙氣中的顆粒煙塵加以清除，從而大幅度降低排入大氣層中的煙塵量，這是改善環(huán)境污染，提高空氣質(zhì)量的重要環(huán)保設(shè)備。它的工作原理是煙氣通過(guò)電除塵器主體結(jié)構(gòu)前的煙道時(shí)，使其煙塵帶正電荷，然后煙氣進(jìn)入設(shè)置多層陰極板的電除塵器通道。由于帶正電荷煙塵與陰極電板的相互吸附作用，使煙氣中的顆粒煙塵吸附在陰極上，定時(shí)打擊陰極板，使具有一定厚度的煙塵在自重和振動(dòng)的雙重作用下跌落在電除塵器結(jié)構(gòu)下方的灰斗中，從而達(dá)到清除煙氣中的煙塵的目的。煙塵荷載、風(fēng)荷載，地震荷載作用下的靜、動(dòng)力分析電廠曾請(qǐng)人到現(xiàn)場(chǎng)對(duì)整體葉輪的葉片噴焊鎳基碳化鎢合金粉末，使得其壽命提高了近2倍。但在噴焊中曾發(fā)現(xiàn)葉片與中盤(pán)處的角焊縫出現(xiàn)過(guò)7條180—315mm的縱向焊趾裂紋，后經(jīng)清除、補(bǔ)悍和無(wú)損探傷得以修復(fù)。但經(jīng)整體噴焊后葉輪和葉片型線變化較大，風(fēng)機(jī)振動(dòng)值有所增加而運(yùn)行效率也有一定的下降。維修簡(jiǎn)單方便：采用特殊的陶瓷-金屬?gòu)?fù)合制造技術(shù)，可對(duì)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的異常陶瓷脫落，異常局部磨損，進(jìn)行快速及時(shí)地修補(bǔ)，同時(shí)不會(huì)對(duì)葉輪輸入熱量，防止葉輪變形，保證葉輪及附件及時(shí)投入運(yùn)行。

6 結(jié)論

試驗(yàn)和實(shí)踐證明，氧化鋁陶瓷具有一般金屬耐磨材料難以超越的抗磨損性能。粘接型陶瓷耐磨葉輪運(yùn)行的可靠性和耐磨性，關(guān)鍵取決于膠粘劑性能、粘接工藝、氧化鋁陶瓷質(zhì)量和風(fēng)機(jī)最高工作溫度四個(gè)因素，缺一不可。在風(fēng)機(jī)葉輪上選用MD-Ⅲ航空級(jí)高強(qiáng)韌性膠粘劑粘接氧化鋁陶瓷元件，可以成倍地延長(zhǎng)葉輪的使用壽命，是一項(xiàng)實(shí)用、安全和有效的防磨技術(shù)，是燃煤發(fā)電廠提高機(jī)組設(shè)備健康水平、降低發(fā)電成本、增強(qiáng)企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的良好途徑。