離心通風機的耐磨研究

李芳環(huán) 韓一飛 陳愛平

(1.武昌工學院機械工程學院，湖北 武漢 430065；2.綠色風機制造湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北 武漢 430065)

0 引言

離心通風機在工廠、礦井、隧道等地方廣泛應(yīng)用，葉輪是通風機的關(guān)鍵部件。如果通風機在含塵的惡劣環(huán)境下，會對風機產(chǎn)生影響加快風機的葉輪磨損程度，促使葉輪使用時長大大縮短，從而嚴重影響通風機的使用年限。針對這種情況，需要對通風機進行合理的工藝處理和結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，并且通過對不同材質(zhì)的耐磨機理研究，找出在含塵環(huán)境下耐磨損時間長，且適于制造葉輪的材料，用來延長通風機的使用年限。

1 離心通風機的結(jié)構(gòu)和工作原理

1.1 離心通風機的結(jié)構(gòu)

離心通風機主要部件是進氣室、進氣口、葉輪、蝸殼、主軸、出氣口、出口擴壓器。在這些部件中最重要的是葉輪，葉輪使氣體獲得能量，蝸殼的功能主要是使氣體聚集，再把被聚集氣體的動壓最大化轉(zhuǎn)化為靜壓，最后將獲得能量的氣體從一個空間輸送到另外一個空間。

1.2 離心通風機的工作原理

氣體是通過進氣口進入離心通風機，氣體經(jīng)過進氣口后先軸向流動，然后流經(jīng)葉輪的葉片，軸向運動的氣體改變方向，氣體由軸向運動變?yōu)榇怪庇谳S的徑向運動，當氣體通過葉道的時候，氣體在葉片的推動下獲得能量，使流動氣體的壓力和動能增加。當氣體獲得了能量，能量大到能克服消耗的能量時，氣體就可以被輸送出去，通風機就是通過這樣的方式將氣體輸送到想輸送的地方。

2 離心通風機磨損的研究

2.1 粉塵

如果離心通風機工作的環(huán)境中存在大量的粉塵，那么離心通風機在運行過程中，大量的粉塵顆粒會以較快的速度和風機內(nèi)壁以及葉片表面發(fā)生摩擦碰撞，粉塵的積累，會破壞風機的運動平衡，致使通風機發(fā)生磨損變形，從而使風機內(nèi)流場改變，降低風機輸送性能，加劇風機磨損。

2.2 離心通風機結(jié)構(gòu)設(shè)計的缺陷

通風機結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理也是導(dǎo)致通風機磨損的主要原因，尤其是葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，會引起通風機運行的不穩(wěn)定，加劇通風機的磨損。

2.3 風機轉(zhuǎn)速過快

轉(zhuǎn)速過快也是風機發(fā)生磨損的重要因素。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)分析，風機磨損程度和風機本身的運轉(zhuǎn)速度呈正比例關(guān)系。所以在能夠滿足工作環(huán)境需求的情況下，要適當?shù)乜刂仆L機的轉(zhuǎn)速以降低通風機的磨損。

2.4 葉片耐磨強度不夠

葉片在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中材料的選擇和加工過程中耐磨性把控不夠。葉片的設(shè)計中沒有采取防磨措施，那么系統(tǒng)在運行中風機葉片發(fā)生磨損一定是不可避免的。

3 提高離心通風機耐磨的方法

3.1 葉片表面增加耐磨涂層

葉片表面噴涂耐磨涂層使葉片增加一層保護膜，保護膜隔絕了葉片與煙塵直接接觸，從而加強葉片的耐磨性。表面噴涂耐磨涂層法處理和操作比較簡便，并且它的價格也不高，就是表面涂層被磨損得很快，需要我們及時地對葉輪進行修補處理，就是重新對葉片的表面進行表面噴涂耐磨涂層。表面噴焊也是一種增加耐磨性的工藝，應(yīng)用的是加熱使合金粉末熔化，然后用設(shè)備將加熱的粉末噴射到需要加工的工件表面，使它形成一層耐磨損的保護膜。因為是噴射在工件的表面，所以和工件表面十分貼合，從而增強了工件的耐磨性。在這個工藝下工件的硬度得到提高，耐磨性和實用性也得到增強。這種噴涂耐磨材料和噴射耐磨材料的方法都可以提高葉片的耐磨性，只是需要經(jīng)常對葉片維護，耗時比較長。

3.2 葉片加焊襯板

在一些特定含塵環(huán)境下，通風機極其容易被磨損，特別是通風機的關(guān)鍵部件葉輪葉片，煙塵粒子容易對葉片的表面和葉片根部造成嚴重的磨損，針對這樣的磨損方式，我們可以在被磨損嚴重的部位，加一個保護板，使這層保護板代替易磨損處被粉塵磨損，而這層保護板就叫焊襯板，焊襯板可以保護葉片易磨損的位置，比如進口處和葉片根部，用這個方法不僅可以大大提高葉片的強度，也可以大大延長葉輪的使用壽命。比如，在葉片易磨損處堆焊耐磨材料，可使其磨損處的硬度達到55～58HRC。

3.3 優(yōu)化葉片的結(jié)構(gòu)

優(yōu)化葉片的結(jié)構(gòu)法是通過大量的研究和觀察發(fā)現(xiàn)以往葉片的設(shè)計缺陷，根據(jù)理論分析和實踐經(jīng)驗對葉片結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，從而使葉片的實際磨損降低。比如，我們可以把空心葉片換為實心葉片，因為空心葉片磨穿后會有塵粒進入，破壞風機的平衡，使風機壽命進一步縮短。換成實心葉片后，就不會出現(xiàn)磨穿粉塵進入葉片內(nèi)部的現(xiàn)象，達到提高葉輪壽命的作用。一般單直型葉片通風機比機翼型葉片通風機耐磨，后向式葉片通風機，比前向式葉片通風機耐磨。高效機翼型葉片通風機由于其壓力系數(shù)較低葉片直徑大，圓周速度高，磨損程度也大。所以，可以通過設(shè)計改變?nèi)~片型式和葉片角度，降低葉片磨損的程度。在葉片設(shè)計中，具體選擇什么樣的葉型還得根據(jù)離心通風機的應(yīng)用環(huán)境和需求而定。

3.4 添加防磨裝置

防磨裝置可以阻止粉塵對葉片的直接磨損，削弱粉塵對葉片的磨損強度，提升葉片使用壽命。比如添加前置防磨葉柵能夠使葉片耐磨性得到提升。

3.5 使用高效除塵裝置

離心風機正常工作的環(huán)境中若含有大量粉塵，粉塵會隨著空氣向通風機運動，磨損程度與含塵氣流的固粒濃度成正比，也就是說粉塵濃度越高磨損程度越重，反之粉塵濃度越低，就可以減少粉塵引起的磨損。所以說粉塵會加快風機磨損的速度，進而大大降低通風機葉片的使用壽命，而除塵裝置可以凈化空氣，降低風機葉片工作環(huán)境內(nèi)的粉塵粒子，從而降低葉片磨損的程度，使葉片壽命得到提升。

3.6 采用高強度耐磨鋼材料

高強度耐磨鋼種類繁多，大多數(shù)的耐磨鋼中加入了Cr、Mo、W、Nb、B、Ti、V等多種合金元素。耐磨鋼的生產(chǎn)方式和普通鋼材并沒有很大的區(qū)別，主要是熱處理的方式和表面處理的方法上有所不同。高強度耐磨鋼的屈服強度和拉伸強度比一般普通耐材要高，并且它的延展性也較好。使用高強度耐磨鋼作為葉輪或者葉片的材料，可以大大提高其使用壽命，使其耐磨性相比于普通結(jié)構(gòu)鋼大大增強，能更好地在含塵環(huán)境下運行工作。

4 結(jié)語

本文從離心通風機的應(yīng)用環(huán)境、結(jié)構(gòu)和工作原理上分析了離心通風機發(fā)生磨損的幾種可能性情況，最后重點講述了離心通風機從工藝和結(jié)構(gòu)設(shè)計上提高耐磨的幾種方法，這對做離心通風機研究的相關(guān)人員具有一定的參考價值。在選擇具體的耐磨方法的時候，必須結(jié)合離心通風機的使用環(huán)境和使用條件，合理地選擇性價比高的防磨措施。