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蕪湖負壓風機測振儀在設備檢測中的重要作用簡析電廠風機葉輪表面
一、設備管理現狀
以前水泵、風機等大中型設備大、小修周期的確定一般有兩種：運行臺時累計或定期維修。根據設備實際運行小時數及設備實際運行狀況，確定設備的修理周期，周期到了，或設備運行狀況較差，通知檢修人員進行設備的大修，有些設備也根據多年的經驗，確定大小修周期，水泵一年為一個大修周期，每年生產高峰期，需較多冷卻水時，對所有的泵組進行檢修。而風機運行比較頻繁，為了提高凈化效率或保證電解槽的正常供料，檢修周期可能定為半年，無論是按臺時還是按年度確定大修周期的方法，都過于陳舊。要想從傳統的維修模式中走出來，必須依靠先進的科學儀器作為檢測手段。
二、測振儀配備
青海鋁業公司在設備管理機構中，根據工作分工的不同，分別配有不同的檢測儀器，對裝備能源部特別配有北京京航公司生產的HG一3518型儀器，有數據采集故障診斷工程，測量參數為加速度、速度、位移、溫度、轉速。對分廠點檢員，配有法國生產的4576DA多功能便攜式振動計，測量參數為加速度、速度、位移等，主要用于隨機檢測設備運行狀態。掌握基本參數的檢測維修人員，配有北京京航公司生產的HG一2506型袖珍式測振儀，適用于低頻率（5Hz）下測量加速度、速度、位移量等。
三、測振儀的使用情況
近幾年，很多企業在設備狀態監測方面使用脈沖測振儀、油質分析儀、多路計時儀等儀器。由于缺乏規范管理及技術上的指導，儀器下發到車間后，因為技術水平不一，儀器本身性能不穩定，操作不便捷等各方面的原因，使此項工作很難開展。但經過一段時間的摸索，中國鋁業公司各分公司推行了設備點檢，引進許多先進儀器，將振動檢測儀應用于設備狀態檢測中，在設備預防維修中起了重要的作用，促使設備管理工作邁上新臺階。
四、測量方法及判定依據
1、測點選擇：利用測振儀，對主要設備的軸承及軸向端點進行測試，并配有現場檢測記錄表，每次的測點必須相互對應。
2、測量周期：在設備剛剛大修后或接近大修時，需兩周測一次；正常運行時一個月測一次；如遇所測值與上一次測值有明顯變化時，應加強測試密度，以防突發事故而造成故障停機。
3、測量值判定依據：參照國際標準ISO2372。
轉速：600～1200r/min，振動測量范圍：10～1000Hz。
通常在設備正常運行時，其檢測速度值在4.5～11.2mm/s（75kW以上機組）范圍為監控使用，超過7.1mm/s以上就要考慮安排大修理。這個數值的確定除考慮設備電機容量外，還要考慮工作連續性強、安全可靠性高等方面。
公司通過測振儀在管理上的應用后，得到以下幾方面啟示：
1、應用測振儀對設備進行狀態檢測，雖不能作為設備大修周期確定的惟一依據，但作為參考條件確是非常必要的。由于水泵、風機等設備的轉速較低，因此，振動對其造成的危害不是惟一的。比如有些時候用測振儀檢測沒有問題，但葉輪腐蝕嚴重，也需做大修。所以，確定設備大修周期應從測振儀檢測結果、設備運行累計臺時及效率等諸方面情況來綜合考慮。
2、應用測振儀檢測，作為設備大修后的驗收手段同樣是非常必要的。需要指出的是，由于設備的新舊程度不一，故對其驗收的檢測值也不做統一規定，應以被驗收泵組大修前的檢測值為依據，修后值驗收的檢測值也不做統一規定，應以被驗收泵組大修前的檢測值為依據，修后值應低于修前值。另外，應用測振儀還可以發現泵組安裝問題（包括對中不好、地腳螺栓長期運行松動），以及機泵氣穴現象等。
總之，測振儀與其它檢測儀器配合使用，有利對設備的運行狀態進行分析。如測振儀與油質分析儀、電動機故障檢測儀、對中儀等儀器配合使用，能更準確地判斷設備的運行情況。
摘要：分析了目前電廠風機葉輪常用防磨技術的特點和存在的問題。根據幾種常用耐磨材料和氧化鋁陶瓷的磨損試驗以及高強韌性膠粘劑在各種溫度下的力學性能測試結果，結合風機的運行工況，對陶瓷耐磨葉輪的可靠性作了分析，闡述了其主要特點，并展示了優異的運行業績。
關鍵詞：風機；磨損；陶瓷葉輪
1. 葉輪常用防磨技術的特點和問題
1·1 葉輪常用防磨技術的特點
為了延長風機服役周期，降低發電成本，國內的燃煤電廠對排粉風機、引風機葉輪幾乎無一例外地要實施防磨處理。目前仍在采用，且具有一定效果的可分為熱態和冷態兩種防磨技術。實踐證明，僅就葉輪的防磨效果而言，前者優于后者。電廠風機葉輪常用防磨技術的分類和特點見表電廠風機葉輪常用防磨技術的分類和特點
1.2 熱態防磨技術存在的主要問題
1·2·1 裂紋傾向大
在對剛性或規格大的整體葉輪進行較大范圍的堆焊和噴焊防磨處理時，因熱輸入量大，工件受熱不均所形成的熱應力，會誘發葉輪上的承載焊縫產生裂紋；在高強度、低韌性的堆焊耐磨焊道和焊層上必有裂紋產生；在防磨工藝不當時，堆焊耐磨焊道上的裂紋極易向葉輪的母材中擴展；經多元共滲的護板，其周邊近縫區因滲入元素的污染及硬度值偏高，很不容易清理干凈。該區域打磨得過淺或過窄，護板組合焊接時難免出現裂紋。打磨得過深或過寬，又將影響到防磨效果。
1·2·2 變形無法控制
剛性或規格小的整體葉輪在進行熱態防磨處理時，無論采用對稱施焊，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，將對風機的運行帶來不利影響。
1·3 冷態防磨技術存在的主要問題
1·3·1 防磨效果有限
粘涂技術、火焰噴涂和電弧噴涂僅適應于引風機葉輪，但其效果不佳；高速電弧噴涂引風機葉輪的效果有限；噴涂工藝應用在排粉風機葉輪上幾乎沒有成功的實例。
1·3·2 耐磨保護層不牢固
粘涂耐磨層和鑲嵌陶瓷,因其物理性能、結合強度及結構形式的限制,當葉輪在一定溫度下高速旋轉時,易脫落和發生崩裂。
2. 陶瓷耐磨葉輪的關鍵技術
2.1 MD-Ⅲ航空級高強韌性膠粘劑簡介
氧化鋁陶瓷是已發現的最硬的無機化合物之一，具有一般金屬耐磨材料難以比擬的抗磨損性能。顯然，只要通過一種可靠的冷方法，將超耐磨的氧化鋁陶瓷復合連接在風機葉輪上，便可完全克服葉輪由常用防磨技術處理后所導致的裂紋、變形、耐磨效果不理想和耐磨層不牢固這幾種弊端。
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備上，采用粘接氧化鋁陶瓷元件進行防磨處理已經比較普遍。而把耐磨性優異的氧化鋁陶瓷應用在承受交變動載荷、有一定溫度、線速度大和可靠性要求高的風機葉輪上，雖早就有所嘗試，但成功的范例很少。要在高速旋轉的葉輪上牢固地粘接氧化鋁陶瓷元件，絕非是一項簡單的技術。利用自蔓延高溫合成技術、拱形原理、陶瓷橡膠復合工藝和焊接等方法，將氧化鋁陶瓷與葉輪上的平、弧面進行大面積復合連接，即不現實、不可靠亦不經濟。其實在二十多年前國外的一些公司，便采用粘接技術將工程陶瓷十分成功地運用到了電廠風漆葉輪上。由經驗和教訓可知，氧化鋁陶瓷的耐磨性決定葉輪的使用壽命，而膠粘劑的強韌性則決定了葉輪運行的可靠性。因此高強韌性膠粘劑是粘接型陶瓷耐磨葉輪關鍵技術中的核心內容。
根據電廠風機葉輪的工況條件，現場施工環境的要求，MD-Ⅲ高強韌性膠粘劑對鋼和陶瓷都應有優良的粘接性，工藝性和觸變性；可在室溫下固化；具有相當高的強度和韌性；具有較高的耐熱性和耐老化性；完全能在風機正常的工況和溫度條件下長期可靠地工作。
在MD-Ⅲ高強韌性膠粘劑的研制中，以鞏固其拉伸強度和拉伸剪切強度為基礎，摒棄傳統的增韌改性材料，通過組織變量系列試驗，選用能參與固化反應、相容性好、含有新型活化韌性因子的增韌劑，使膠粘劑的分子結構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緩解脆硬性。即改善了膠粘劑的沖擊韌性和固化時的內應力水平，又使其耐熱性（玻璃化溫度Tg）和模量維持不變。
2·2 MD-Ⅲ膠粘劑的靜態力學性能曲線
圖1中的兩條實線曲線，為根據《膠粘劑對接接頭拉伸強度的測定》（GB/T6329－1996）測出的，在8種不同溫度條件下， MD-Ⅲ高強韌性膠粘劑的拉伸強度，即σb－T曲線。及根據《膠粘劑拉伸剪切強度測定方法》（GB7124－86）測出的MD-Ⅲ高強韌性膠粘劑的拉伸剪切強度，既στ－T曲線。圖1中的兩條虛線曲線，為號稱“膠王”的CGJ高強韌性膠粘劑的 σb－T和στ－T曲線。由圖1可見，在溫度為100℃時，MD-Ⅲ高強韌性膠粘劑的拉伸強度σb達到最高值（48.8MPa），而在室溫至120℃范圍內, σb值波動不大。MD-Ⅲ高強韌性膠粘劑的拉伸剪切強度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，當溫度為170℃左右時，其στ值高達35.4MPa。而CGJ膠粘劑雖然在室溫條件下，它的στ值略低于MD-Ⅲ高強韌性膠粘劑，而它的σb值卻比MD-Ⅲ高強韌性膠粘劑還高出3.3Mpa。但隨著溫度的升高，CGJ 膠粘劑的σb、στ值均發生急劇下降，在溫度達到150℃時，與室溫條件下比較，其στ值下降了67.7％，而σb值的下降幅度達到了84%。
2·3 MD-Ⅲ膠粘劑的動態力學性能曲線
參照《膠粘劑剪切沖擊強度試驗方法》（GB/T6328－1999），粘接10mm×10mm×55mm的對接接頭試樣（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發生折斷。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高強韌性膠粘劑的αk值高。但當溫度升高到150℃時，CGJ膠粘劑的脆性驟然增大，其αk值降幅達到了72.7%。當溫度為170℃時，其αk值接近于零。而MD-Ⅲ高強韌性膠粘劑在室溫至200℃范圍，始終處于“增韌”的勢頭，其增幅達到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
離心式風機葉輪的板式葉片，多為其徑向尺寸大于軸向尺寸的圓弧窄葉片形式。在對葉片進行受力分析和強度計算時，可將整片葉片視為承受均布載荷的梁。當葉輪以角速度ω=πn/30高速轉動時，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的最大力P1，及氣固兩相流壓應力等作用。顯然只有保證P1>P時，葉片上的陶瓷元件才不會發生脫落。此時這個最大的離心力P=ω2 n2ρsδRmax/900(N)，式中：n—葉輪轉速，r/min；ρ－陶瓷元件的體積密度，Kg/m3；δ－陶瓷元件的厚度，m；S－陶瓷元件被粘接面的面積，m2；Rmax－葉輪中心至葉片出口處的最大半徑，m。考慮到現場大面積粘接施工條件和葉輪工作溫度等因素的影響，為安全穩妥起見，只將在實驗室條件下測定的膠粘劑拉伸剪切強度στ值的一半代入計算，即P1=Sστ/2，并引入安全系數K=P1/P，則有K=450στ/π2n2ρδRmax
在正常工況下排粉風機、引風機的工作溫度為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個月和3年9個月運行的兩種風機葉輪為例，通過安全系數的計算和實際業績的驗證，MD-Ⅲ高強韌性膠粘劑確有很高的粘接安全系數。只要風機工作溫度不突破該膠粘劑最高工作溫度的限制（Tmax≤175℃），施工質量和陶瓷元件質量達到一定的技術條件，則粘接型陶瓷耐磨葉輪就完全可以滿足電廠風機運行工況的要求。兩種粘接型陶瓷耐磨葉輪安全系數計算結果見表2。
2 兩種風機葉輪安全系數的計算結果
依照陶瓷耐磨葉輪須安全可靠運行的最基本原則，如果說DM-Ⅲ膠粘劑所具有的足夠高的強度指標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陶瓷元件與金屬材料的線膨脹系數差異較大，在溫度變化時兩者間產生的相對位移量給耐磨保護層帶來的不利影響，則是陶瓷與金屬復合連接技術中必須解決的重要課題。
由于物體受熱膨脹其長度的增加正比于物體的原始長度和溫度變化值Δ T ，已知在20℃-300℃范圍，氧化鋁陶瓷（Al2O3 95%）和Q345鋼的線膨脹系數分別為×10-6℃-1和10.99×10-6℃-1，一般在正常工況下，排粉風機和引風機葉輪的工作溫度不超過100℃和150℃，α、ΔT視為常數，因此陶瓷元件的設計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。因氧化鋁陶瓷優異的耐磨性能，陶瓷元件的厚度一般設計為1-2mm即可。考慮制作、施工諸多因素及實踐證明：風機葉輪通用型陶瓷元件的最佳量化單元是10mm×10mm×1.5mm。即使風機有150℃的溫度變化，這個最小陶瓷單元與葉片金屬間的相對位移量也僅為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℃內是隨溫度的升高而增加，對于6.6μm極其微小的位移量，通過高韌性的膠層便可以吸收。而陶瓷元件周邊存在微量縫隙，對溫度變化時所產生的位移或應力起到了削弱和阻隔作用，卻不會影響其防磨的效果（這與水電站為防止磨蝕對過流部件表面質量的要求截然不同）。
4 陶瓷耐磨葉輪的特點
4·1 運行安全可靠
因MD-Ⅲ高強韌性膠粘劑的固化一般在室溫條件下即可。有時為了縮短固化時間或為了改善粘接性能，其加熱固化溫
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