(华电忻州广宇煤电有限公司)
摘要：在排粉机叶轮磨损机理及防磨堆焊的分析中，了解到排粉机叶轮磨损机理，并且认为磨损部位呈现出犁沟状的情况，主要是因为使用劣质煤中的石英、长石颗粒等物，所以，就此问题提出使用选用D646耐磨焊条材质的电焊条堆焊叶轮，并且还对堆焊工艺、实施效果等进行可详细的介绍和分析。
关键词：排粉机叶轮；磨损机理；防磨堆焊；硬度
引言
排粉机叶轮在发电设备中运用时，通常其磨损程度是比较严重的，一般使用寿命不仅不超过一年，而且在这一年中，还经常使用焊接的方式对其进行不断的修复，从而保障其正常使用。本文就以国内某发电厂为研究对象，对其叶轮磨损部位、磨损机理、叶轮创新的原理、堆焊工艺，以及实施效果等进行探究和分析，进一步解决叶轮磨损问题，为企业发展提高效益。
一、叶轮的磨损部位和磨损机理
1.1叶轮的磨损部位
排粉机在运行的过程中，叶轮的磨损主要是因为高速的运转，主要是由风中的8%——15%的煤粉颗粒在冲蚀、切削的机械化作用下造成的，并且根据图1排粉机叶轮叶片磨损部位图可以看出，其磨损叶片的外观呈现出沟状，类似于冲蚀而成的谷沟，如图1阴影部分是叶片磨损几率较高的区域，空白区域是相对较为稳定的。
图1排粉机叶轮叶片磨损部位
1.2叶轮的磨损机理
1.2.1微观小犁沟产生机理
根据叶轮的磨损情况来看，在放大镜中的叶片表面上有一层类似于犁沟的形状，是因为该电厂主要是以劣质的煤为燃料，含灰量高达35.26%，而且在灰渣中主要是由长石和石英构成的。另外，当煤粉颗粒以较小的入射角度同叶片连接到一起，并且做相关的相对运动时，长石和石英等杂质不仅硬度高，而且棱角十分明显，而这个棱角在金属片上形成一个个犁沟，将金属分别推向犁沟的两侧，或者是前端区域，最终使得叶轮发生变形。另外，含有长石和石英的煤粉颗粒在不断地相对作用下，反复的出现变形、强化，到最终的拨离等，使得犁沟越来越显著，所以，如图1排粉机叶轮叶片磨损部位可以清晰地看到层状折痕。
1.2.2宏观小犁沟产生机理
在图1排粉机叶轮叶片磨损部位图中，不仅可以看到层状的折痕，而且还能够看到表面类似于台阶式的痕迹，从宏观的角度而言，是因为有长石和石英的煤粉颗粒在反复的作用下，经过塑变、强化、拨离等，形成犁沟，从微小的犁沟逐渐扩大成面积较大的犁沟，从而使其表面呈现出折痕式的形状。另外，叶片的出口端磨损最为严重，是因为叶轮越靠近出口，其线速度越大，同煤粉颗粒接触的几率就越高，从而磨损程度就越大也是必然的结果。由此可见，叶片的硬度起到了关键性的作用。
1.3磨损与材料硬度，以及磨料硬度之间的关系
磨损Hr与材料硬度Hm，以及磨料硬度Ha之间的比例关系是Hr=Hm/Ha，另外，在一定程度上，磨损还与磨粒的形状有关，因为带有棱状的磨粒其切削磨损的程度是最为严重的，而磨粒中常常伴有长石和石英，其硬度是高于叶轮材料硬度的，即石英的Hr是不高于0.15，长石的Hr是不高于0.2的。同时，煤粉对叶轮磨损是相反的，即煤粉的硬度大于叶轮材料硬度，而叶轮与煤粉的相对硬度却很高，即Hr是不低于5，如图2相对耐磨性ε与相对硬度Hr之间的关系图，由此可见，煤粉对叶轮磨损影响程度较小。
图2相对耐磨性ε与相对硬度Hr之间的关系
二、提高叶轮易磨损区硬度减少磨损的有效举措
2.1叶轮堆焊实验
在叶轮堆焊实验中，堆焊层的硬度Hv在713左右，如图2相对耐磨性ε与相对硬度Hr之间的关系图中，长石对堆焊层的磨损相对是比较轻的，而石英的磨损程度较为显著。所以，堆焊后的叶轮，煤粉的磨损程度几乎为零，之后是长石磨损较煤粉较大，石英磨损程度最为显著，而且在煤灰中，石英含量较低，使得磨损程度也大大的降低，因此，堆焊技术的应用，不仅达到了防磨的作用，而且还提高了叶轮的使用寿命。
2.2叶轮创新的原理
通过对叶轮叶片冲击面处使用耐磨焊条做堆焊处理，为叶片表面增加一层耐磨层，增强其耐磨性能，延长使用寿命，并通过定期检查、维护，最大限度的延长其使用寿命，甚至达到200%。
2.3叶轮堆焊工艺
在进行叶轮堆焊工艺操作时，首先，要尽可能的将叶片处在一种水平的状态，主要是为了能够进行焊接的工作；其次，在焊接之前，要采用钢丝刷将叶片的表面堆焊区域上的污渍进行清理，并且使用硬纸板按照叶片磨损的区域将其放在叶片上，保证焊接部位的一致性；再者，选用D646耐磨焊条，并且保证焊条干燥；之后，堆焊的过程中，要保证熔池温度一致，避开稀释度提高，堆焊层硬度降低的情况；最后，每一个叶片的堆焊层厚度和形状都要保持一致，因为具有差异性的叶片不仅会造成磨损度提高，而且还会导致叶轮发生振动。
三、叶轮材料要求和选择
3.1叶轮材料要求
由于排粉机叶轮的转速高达1485r/min，而且其扭矩和直径也比较大，所以，对于材料的韧性要求是非常高的，通常都会采用焊接结构的叶轮，主要是因为其硬度和耐磨性较高，使用寿命会相对较长。
3.2叶轮材料选择
因为在长期的实践中，发现碳化钨合金中含有大量的碳化钨颗粒物，分别分布在金属的基体之上，即D646耐磨焊条堆焊叶轮，其熔点达到了2600摄氏度，所以，这种材质的叶轮是不易熔化的，而且存在于焊缝之中，所以，首先，D646耐磨焊条堆焊叶轮自身耐磨性强以外，自身还具有一定的耐热性及耐冲击性；其次，工艺性较强、电弧稳定、成型也较为美观；最后，加工期间，烟尘较少，劳动力条件完善。
四、实施效果
4.1安全性和稳定性提升
排粉机长周期运行，叶轮叶片不断磨损，直接导致其使用寿命降低，一般最多为12个月，通过定期对排粉机叶轮叶片进行堆焊处理，可使叶轮的使用寿命延长至24-32个月，减轻维护工作量的同时降低了维护费用，保证了设备的长周期安全、稳定、经济运行。
4.2经济效益提升
首先，在排粉机返厂修复的时候，一个叶轮需24000元，运费3000元，及修复安装人工费3000元，每年每台排粉机仅更换叶轮就需要3万元，4台排粉机就是12万元；其次，检修期间需要降负荷，直接影响了发电量，平均每年每台排粉机更换一个叶轮需要48小时，影响发电量280万度，4台排粉机影响发电量1120万度（0.3538元/度），约396万元；再者，因为叶轮叶片的磨损，引起风机振动，必须做平衡试验才能保证机组的安全稳定运行，平均每台排粉机做一次动平衡需6小时，影响发电量36万度，每台排粉机需做3次平衡实验，4台排粉机影响发电量432万度（0.3538元/度），约153万元；最后，在对排粉机叶轮叶片进行堆焊处理后，排粉机叶片寿命基本为2-3年才更换，延长使用寿命1-2年，每年4台排粉机的维护费就可节约8万元。每台排粉机2-3年才更换一次叶轮，可节约电量1120万度，且每年每台排粉机仅需做2次平衡实验，节约电量144万度，每年共可节约电量1264万度（0.3538元/度），约447万元。通过对排粉机叶轮叶片进行改造，每年总共可以节约费用约455万元。
五、结语
综上所述，通过一次次的检修、维护，不断从中吸取经验、教训，积极的对设备进行检查、分析，从提升设备的经济性、稳定性、可靠性抓起，找到规律，抓住重点，针对排粉机叶轮叶片磨损严重的问题进行突击，迎难而上，通过不断实验，不仅攻克了排粉机叶轮叶片磨损严重的难题，而且还达到了理想的效果。
参考文献：
[1] 赵丽萍.耐磨损、耐腐蚀熔覆层的制备及其特性研究[D].华北电力大学，2012-07-12.
[2] 冯霖,岳佳全.梅县电厂排粉机节能改造[J].热力发电，2010-07-03.
[3] 江镇海.锅炉排粉机叶轮的切割改造[J].化工装备技术，2010-05-07.
论文作者:孟军
论文发表刊物:《电力设备》2017年第35期
论文发表时间:2018/5/10
标签：叶轮论文; 磨损论文; 叶片论文; 硬度论文; 犁沟论文; 长石论文; 万元论文; 《电力设备》2017年第35期论文;