離心通風(fēng)機(jī)的耐磨研究

李芳環(huán) 韓一飛 陳愛平

(1.武昌工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，湖北 武漢 430065；2.綠色風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)在工廠、礦井、隧道等地方廣泛應(yīng)用，葉輪是通風(fēng)機(jī)的關(guān)鍵部件。如果通風(fēng)機(jī)在含塵的惡劣環(huán)境下，會(huì)對(duì)風(fēng)機(jī)產(chǎn)生影響加快風(fēng)機(jī)的葉輪磨損程度，促使葉輪使用時(shí)長大大縮短，從而嚴(yán)重影響通風(fēng)機(jī)的使用年限。針對(duì)這種情況，需要對(duì)通風(fēng)機(jī)進(jìn)行合理的工藝處理和結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，并且通過對(duì)不同材質(zhì)的耐磨機(jī)理研究，找出在含塵環(huán)境下耐磨損時(shí)間長，且適于制造葉輪的材料，用來延長通風(fēng)機(jī)的使用年限。

1 離心通風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理

1.1 離心通風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)

離心通風(fēng)機(jī)主要部件是進(jìn)氣室、進(jìn)氣口、葉輪、蝸殼、主軸、出氣口、出口擴(kuò)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(dòng)壓最大化轉(zhuǎn)化為靜壓，最后將獲得能量的氣體從一個(gè)空間輸送到另外一個(gè)空間。

1.2 離心通風(fēng)機(jī)的工作原理

氣體是通過進(jìn)氣口進(jìn)入離心通風(fēng)機(jī)，氣體經(jīng)過進(jìn)氣口后先軸向流動(dòng)，然后流經(jīng)葉輪的葉片，軸向運(yùn)動(dòng)的氣體改變方向，氣體由軸向運(yùn)動(dòng)變?yōu)榇怪庇谳S的徑向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)氣體通過葉道的時(shí)候，氣體在葉片的推動(dòng)下獲得能量，使流動(dòng)氣體的壓力和動(dòng)能增加。當(dāng)氣體獲得了能量，能量大到能克服消耗的能量時(shí)，氣體就可以被輸送出去，通風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)磨損的研究

2.1 粉塵

如果離心通風(fēng)機(jī)工作的環(huán)境中存在大量的粉塵，那么離心通風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中，大量的粉塵顆粒會(huì)以較快的速度和風(fēng)機(jī)內(nèi)壁以及葉片表面發(fā)生摩擦碰撞，粉塵的積累，會(huì)破壞風(fēng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)平衡，致使通風(fēng)機(jī)發(fā)生磨損變形，從而使風(fēng)機(jī)內(nèi)流場改變，降低風(fēng)機(jī)輸送性能，加劇風(fēng)機(jī)磨損。

2.2 離心通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的缺陷

通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理也是導(dǎo)致通風(fēng)機(jī)磨損的主要原因，尤其是葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，會(huì)引起通風(fēng)機(jī)運(yùn)行的不穩(wěn)定，加劇通風(fēng)機(jī)的磨損。

2.3 風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速過快

轉(zhuǎn)速過快也是風(fēng)機(jī)發(fā)生磨損的重要因素。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)分析，風(fēng)機(jī)磨損程度和風(fēng)機(jī)本身的運(yùn)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(dāng)?shù)乜刂仆L(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速以降低通風(fēng)機(jī)的磨損。

2.4 葉片耐磨強(qiáng)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(jì)中沒有采取防磨措施，那么系統(tǒng)在運(yùn)行中風(fēng)機(jī)葉片發(fā)生磨損一定是不可避免的。

3 提高離心通風(fēng)機(jī)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(hù)膜，保護(hù)膜隔絕了葉片與煙塵直接接觸，從而加強(qiáng)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(jià)格也不高，就是表面涂層被磨損得很快，需要我們及時(shí)地對(duì)葉輪進(jìn)行修補(bǔ)處理，就是重新對(duì)葉片的表面進(jìn)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(hù)膜。因?yàn)槭菄娚湓诠ぜ谋砻?，所以和工件表面十分貼合，從而增強(qiáng)了工件的耐磨性。在這個(gè)工藝下工件的硬度得到提高，耐磨性和實(shí)用性也得到增強(qiáng)。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(duì)葉片維護(hù)，耗時(shí)比較長。

3.2 葉片加焊襯板

在一些特定含塵環(huán)境下，通風(fēng)機(jī)極其容易被磨損，特別是通風(fēng)機(jī)的關(guān)鍵部件葉輪葉片，煙塵粒子容易對(duì)葉片的表面和葉片根部造成嚴(yán)重的磨損，針對(duì)這樣的磨損方式，我們可以在被磨損嚴(yán)重的部位，加一個(gè)保護(hù)板，使這層保護(hù)板代替易磨損處被粉塵磨損，而這層保護(hù)板就叫焊襯板，焊襯板可以保護(hù)葉片易磨損的位置，比如進(jìn)口處和葉片根部，用這個(gè)方法不僅可以大大提高葉片的強(qiáng)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(dá)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(jì)缺陷，根據(jù)理論分析和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對(duì)葉片結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而使葉片的實(shí)際磨損降低。比如，我們可以把空心葉片換為實(shí)心葉片，因?yàn)榭招娜~片磨穿后會(huì)有塵粒進(jìn)入，破壞風(fēng)機(jī)的平衡，使風(fēng)機(jī)壽命進(jìn)一步縮短。換成實(shí)心葉片后，就不會(huì)出現(xiàn)磨穿粉塵進(jìn)入葉片內(nèi)部的現(xiàn)象，達(dá)到提高葉輪壽命的作用。一般單直型葉片通風(fēng)機(jī)比機(jī)翼型葉片通風(fēng)機(jī)耐磨，后向式葉片通風(fēng)機(jī)，比前向式葉片通風(fēng)機(jī)耐磨。高效機(jī)翼型葉片通風(fēng)機(jī)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(jì)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(jì)中，具體選擇什么樣的葉型還得根據(jù)離心通風(fēng)機(jī)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(duì)葉片的直接磨損，削弱粉塵對(duì)葉片的磨損強(qiáng)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(fēng)機(jī)正常工作的環(huán)境中若含有大量粉塵，粉塵會(huì)隨著空氣向通風(fēng)機(jī)運(yùn)動(dòng)，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(huì)加快風(fēng)機(jī)磨損的速度，進(jìn)而大大降低通風(fēng)機(jī)葉片的使用壽命，而除塵裝置可以凈化空氣，降低風(fēng)機(jī)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(qiáng)度耐磨鋼材料

高強(qiáng)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(qiáng)度耐磨鋼的屈服強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度比一般普通耐材要高，并且它的延展性也較好。使用高強(qiáng)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(qiáng)，能更好地在含塵環(huán)境下運(yùn)行工作。

4 結(jié)語

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