一种长寿命、节能的离心式引风机叶轮表面耐磨处理方法

摘要

一种长寿命、节能的离心式引风机叶轮表面耐磨处理方法，属于叶轮的表面防磨技术和节能技术领域。根据现有离心式引风机的设计参数，选用离心式引风机叶轮焊接组装前所需防磨的结构部件，包括叶片、叶轮后盘等，在叶片、叶轮后盘的磨损区域采用专用粉芯丝直接制备高耐磨损金属陶瓷熔覆层；制备金属陶瓷熔覆层的方法是采用手持氩弧焊枪或等离子弧焊枪、手动送专用粉芯丝、单道和搭接熔覆的方法；所述的磨损部位包括叶片正面、叶片进口端面的磨损区域、后盘与叶片正面焊接区域及后盘上磨损区域。优点在于，叶轮寿命可达作常规耐磨处理叶轮寿命的6-10倍，叶轮自重降低至原来的80-90％；并且，工艺比较简单、工艺参数易于控制，成本低。

权利要求

1.一种用于火电厂和水泥厂的长寿命、节能离心式引风机叶轮表面耐磨处理方法，根据现有离心式引风机的设计参数，选用离心式引风机叶轮需要做防磨处理的结构部件，包括叶片、叶轮后盘；在叶片、后盘磨损部位采用专用粉芯丝制备高耐磨损金属陶瓷熔覆层；

其特征在于，采用手持氩弧焊枪或等离子弧焊枪，手动送专用粉芯丝、单道和搭接熔覆在叶轮磨损部位熔覆专用粉芯丝，形成高耐磨损金属陶瓷熔覆层；

所述的磨损部位包括叶片正面的磨损区域、叶片进口端面、后盘与叶片正面焊接区域及后盘上磨损区域；

所述专用粉芯丝中，复合粉末组分的质量分数为：钼粉：3-8％，二硼化钛粉：3-8％，碳化铌粉：10-15％，钛粉：30-50％，石墨碳粉：7.5-15％，铬粉：余量；以上粉末的纯度均在

99-99.8％范围；上述复合粉末中，碳/钛原子比为1-1.1范围；粉芯丝外皮为镍箔，其纯度在99.5-99.8％范围，复合粉末在粉芯丝中所占的质量分数为75-82％。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，在叶片正面磨损区域制备20-60道金属陶瓷熔覆层；单道金属陶瓷熔覆层高度为4-10mm、宽度为8-15mm，相邻金属陶瓷熔覆层的中心距为15-35mm，单道金属陶瓷熔覆层长度为叶片宽度的50-60％。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在叶片进口端面先用结构焊条焊接打底层，再在打底层上制备金属陶瓷熔覆层，金属陶瓷熔覆层平均高度为6-10mm。

4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，在后盘与叶片正面焊接区域及后盘上磨损区域制备20-60道金属陶瓷覆层，使后盘上每道金属陶瓷熔覆层与叶片上的金属陶瓷熔覆层搭接，单道金属陶瓷熔覆层高度为4-10mm、宽度为8-15mm。

说明书

一种长寿命、节能的离心式引风机叶轮表面耐磨处理方法

技术领域

[0001] 本发明属于叶轮的表面防磨技术和节能技术领域，特别是提供了一种用于水泥厂和火电厂的高耐磨损、节能的离心式引风机叶轮的表面耐磨处理方法。

背景技术

[0002] 引风机是水泥厂、火电厂生产过程的重要设备之一，也是消耗电量最大的设备之一。在水泥行业，电费成本已成为原材料成本、人工成本之后的第三大开支。水泥厂窑头3
常用引风机的工作温度为380～500℃，气体含尘浓度(标况)60～80g/m，引风机转速为
760-980r/min，引风机磨损十分严重，其检修周期常为30-180天左右。引风机磨损后，会造成叶轮振动、效率下降而电耗增加。

[0003] 由于火电厂所用锅炉排放的烟气中含有一定数量的粉尘，锅炉引风机普遍存在磨损问题，当除尘效果差时，引风机的磨损加剧。引风机叶轮磨损到一定程度时使叶轮振动、效率下降，并导致机组被迫降低出力运行；引风机严重磨损后还会导致风量不足，使锅炉正压运行的危险性增加。

[0004] 为了解决离心式引风机叶轮的磨损问题，常采用在叶片及后盘等易磨损部位覆盖防磨护板(见图1)、在防磨护板上堆焊耐磨材料、粘贴耐磨陶瓷板等方法。覆盖防磨护板的方法导致叶轮自重增加而增加电耗；由于防磨护板材料的硬度一般在35-55HRC范围，其耐磨性和可靠性远不能满足引风机长寿命工作的要求。由于引风机为高速旋转机械，如采用粘贴耐磨陶瓷板的方法，如何防止陶瓷片脱落是该方法中首要问题，因此对粘接胶的性能及粘接工艺要求很高；而对于水泥厂在较高温度下工作的引风机，其最高工作温度达500℃，这显著增加了粘贴耐磨陶瓷板方法的技术难度和风险。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供了一种用于火电厂和水泥厂的长寿命、节能离心式引风机叶轮的表面耐磨处理方法。其核心技术包括：取消叶片及后盘外加的防磨护板，在叶片正面磨损部位、叶片进口端面、叶片正面与后盘焊接区域及后盘磨损部位直接制备高耐磨损金属陶瓷熔覆层，从而达到延长叶轮寿命、避免风机因磨损而振动、减轻叶轮自重而有效降低风机电耗的目的。

[0006] 本发明采用的技术方案包含如下步骤：

[0007] 1、根据现有离心式引风机的设计参数，选用叶轮结构部件，包括叶片、叶轮后盘和前盘等。在叶片、后盘磨损部位采用专用粉芯丝直接制备高耐磨损金属陶瓷熔覆层，从而不需在叶轮上焊接防磨护板。制备高耐磨损金属陶瓷熔覆层的方法是采用手持氩弧焊枪或等离子弧焊枪、手动送专用粉芯丝、单道和搭接熔覆的方法；所述的磨损部位包括叶片正面的磨损区域、叶片进口端面、后盘与叶片正面焊接区域及后盘上磨损区域。

[0008] 2、选用基于氩弧焊枪或等离子弧焊枪熔覆法制备金属陶瓷覆层的专用粉芯丝，粉芯丝中复合粉末组分的质量分数为：钼粉(100-300目)：3-8％，二硼化钛粉(200-300目)：3-8％，碳化铌粉(100-300目)：10-15％，钛粉(100-300目)：30-50％，石墨碳粉(100-300目)：7.5-15％，铬粉(200-300目)：余量。以上粉末的纯度均在99-99.8％范围。上述复合粉末中，碳/钛原子比为1-1.1范围。按上述各种粉末的质量分数配制复合粉末，将复合粉末在100-200℃的干燥箱中干燥8-15小时，再放入行星式球磨机中混料5-8小时后便可形成成分均匀的复合粉末。用镍箔作为外皮包裹上述复合粉末形成粉芯丝，粉芯丝外皮所用镍箔的纯度在99.5-99.8％范围，厚度在60-150

[0009] μm范围，宽度在20-40mm范围。可采用手工包料的方法或制备粉芯丝的专用设备制备上述粉芯丝。复合粉末在粉芯丝中所占的质量分数为75-82％。粉芯丝的长度为200-350mm，粉芯丝单位长度重量为1-3g/cm。利用氩弧焊枪或等离子弧焊枪将粉芯丝熔覆在所需防磨的区域，粉芯丝在氩弧或等离子弧的加热作用下发生化学反应，原位反应生成TiC、Cr7C3等陶瓷相，所形成熔覆层中的主要相有TiC、Cr7C3、NbC、TiB2、Ni、Cr、Fe(基体元素Fe扩散到熔覆层)等。

[0010] 3、取消在叶片正面焊接防磨护板的工艺，直接在叶片正面磨损区域制备高耐磨损金属陶瓷熔覆层。采用手持氩弧焊枪或等离子弧焊枪、手动送丝、单道熔覆的方法，在叶片正面磨损区域直接制备20-60道金属陶瓷覆层(金属陶瓷熔覆层的总道数由叶片尺寸而定)；通过同一面积上重复熔覆2-4次，使单道金属陶瓷熔覆层高度为4-10mm、宽度为8-15mm，相邻金属陶瓷熔覆层的中心距为15-35mm。单道金属陶瓷熔覆层长度约为叶片宽度的50-60％。实施熔覆过程中，为了防止叶片在熔覆过程中的热变形，须将叶片置于与叶片翼型相同的金属模具上，并将叶片周边与模具点焊固定，点焊的点数为15-35点。叶片上金属陶瓷熔覆层见示意图2，图2中金属陶瓷熔覆层在叶片正面的磨损区域。

[0011] 4、叶片进口部位为磨损最严重的区域，金属陶瓷层厚度需达到6-10mm。在叶片进口端面先用结构焊条焊接打底层，采用手持氩弧焊枪或等离子弧焊枪、手动送丝、搭接熔覆的方法，再在打底层上熔覆金属陶瓷层；采用搭接熔覆的方法，并通过同一面积上重复熔覆3-4次，使金属陶瓷熔覆层的平均高度为6-10mm。叶片进口部位金属陶瓷熔覆层见示意图
3。

[0012] 5、采用常规的结构焊接工艺，将上述已制备金属陶瓷熔覆层的叶片与后盘、前盘焊接成叶轮本体。

[0013] 6、取消在后盘上焊接防磨护板的工艺，采用手持氩弧焊枪或等离子弧焊枪、手动送丝、单道熔覆的方法，在后盘与叶片正面焊接区域及后盘磨损区域(即图1中后盘防磨护板4所在的区域内)制备20-60道金属陶瓷覆层，使后盘上每道金属陶瓷熔覆层与叶片上的金属陶瓷熔覆层搭接；通过同一面积上重复熔覆2-4次，使单道金属陶瓷熔覆层高度为4-10mm、宽度为8-15mm；考虑到后盘进口处磨损最严重，而后盘出口处磨损轻微，因而后盘不同部位所需金属陶瓷熔覆层道的长度按下述方法计算：从叶片出口处起始，后盘上每道金属陶瓷熔覆层长度h＝ks，上式中，k的取值范围为0.25-0.45，s为叶片正面与后盘连接线的弧长，在叶片正面出口与后盘连接处s＝0，在叶片正面进口与后盘连接处s＝L，L为叶片与后盘连接线的总弧长。图4为完成上述步骤1-6后叶轮的整体效果图。

[0014] 本发明的优点在于，由于所应用的金属陶瓷熔覆层的耐冲刷磨损寿命约为叶轮常用耐磨护板材料的10-35倍，因而仅依靠金属陶瓷熔覆层，就可显著延长叶轮的寿命，叶轮寿命可达作常规耐磨处理叶轮寿命的6-10倍。由于叶轮耐磨损，可在较长的运行周期内保证叶片保持原有翼型而高效率运行。防磨护板的重量约为叶片重量的50-65％，取消防磨护板后，可将叶轮自重降低至原来的80-90％(不含轮毂和转动轴重量)，从而达到降低引风机电耗的目的。该制备工艺比较简单、工艺参数易于控制，成本低。采用本发明所处理的引风机叶轮，可产生延长检修周期、节约维修费用、降低电耗、提高设备安全可靠性等效益。

附图说明

[0015] 图1为常规加防磨护板叶轮示意图。其中，前盘1，叶片防磨护板2，后盘3，后盘防磨护板4。

[0016] 图2为叶片上金属陶瓷熔覆层示意图，图2中金属陶瓷熔覆层在叶片正面的区域内。其中，叶片上单道金属陶瓷熔覆层5。

[0017] 图3为叶片进口部位金属陶瓷熔覆层示意图(断面)。其中，叶片进口处端面金属陶瓷熔覆层6，叶片进口处端面打底层7，金属陶瓷熔覆层8(单道熔覆层局部效果图)。

[0018] 图4为具有金属陶瓷熔覆层叶轮的整体效果图。其中，后盘金属陶瓷熔覆层9。

具体实施方式

[0019] 实施例：

[0020] 选用型号为Y4-2×73-1No.25F-T水泥厂窑头引风机，其结构形式为双吸、单出、双支承，转速为760rpm。根据该引风机的几何及材料参数，选用引风机叶轮焊接组装前所需做防磨处理的结构部件(包括叶片、叶轮后盘)和前盘(不需做防磨处理)，具体实施步骤如下：

[0021] 1、选用专用粉芯丝中复合粉末的质量分数为：钼粉(+300～-200目)：7％，二硼化钛粉(+300～-200目：5％，碳化铌粉(+300～-200目)：12％，钛粉(+150～-100目)：45％，石墨碳粉(+300～-200目)：11.5％，铬粉(+300～-200目)：余量。以上粉末的纯度均为99.5％。按上述粉末质量分数配制复合粉末，将复合粉末在120℃的干燥箱中干燥
9小时，再放入行星式球磨机中混料6小时；采用手工包料的方法，用镍箔作为外皮包裹上述混料后的复合粉末形成粉芯丝，粉芯丝外皮所用镍箔的纯度为99.5％、厚度为100μm、宽度为25mm。复合粉末在粉芯丝中所占的质量分数为81％。粉芯丝的长度为300mm，粉芯丝单位长度重量为1.2g/cm。

[0022] 2、采用手持氩弧焊枪、手动送丝、单道熔覆的方法，在叶片正面磨损区域制备30道金属陶瓷覆层；通过同一面积上重复熔覆3次，使单道金属陶瓷熔覆层平均高度为8mm、平均宽度约为10mm，相邻金属陶瓷熔覆层的中心距为18mm。单道金属陶瓷熔覆层长度约为叶片宽度的60％。为了防止叶片在熔覆过程中的热变形，须将叶片置于与叶片翼型相同的金属模具上，并将叶片周边与模具点焊固定，点焊的点数为30点。

[0023] 3、在叶片进口端面先用D506结构焊条焊接打底层，再在打底层上制备金属陶瓷熔覆层；利用手持氩弧焊枪、手动送丝、搭接熔覆的方法，并通过同一面积上重复熔覆3次，使金属陶瓷熔覆层平均高度为8mm。

[0024] 4、采用常规的结构焊接工艺，将上述已制备金属陶瓷熔覆层的叶片与后盘、前盘焊接成叶轮本体。

[0025] 5、采用手持氩弧焊枪、手动送丝、单道熔覆的方法，在后盘与叶片正面焊接区域及后盘磨损区域制备30道金属陶瓷覆层，使后盘上每道金属陶瓷熔覆层与叶片上的金属陶瓷熔覆层搭接；通过同一面积上重复熔覆3次，使单道金属陶瓷熔覆层平均高度为8mm、宽度为10mm；从叶片出口处起始，后盘上每道金属陶瓷熔覆层长度按h＝0.4s计算，上式中，s为叶片与后盘连接线的弧长，在叶片出口与后盘连接处s＝0，在叶片进口与后盘连接处s＝0.534m。