離心通風機的耐磨研究

李芳環 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同創新中心，湖北 武漢 430065)

0 引言

離心通風機在工廠、礦井、隧道等地方廣泛應用，葉輪是通風機的關鍵部件。如果通風機在含塵的惡劣環境下，會對風機產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構的優化設計，并且通過對不同材質的耐磨機理研究，找出在含塵環境下耐磨損時間長，且適于制造葉輪的材料，用來延長通風機的使用年限。

1 離心通風機的結構和工作原理

1.1 離心通風機的結構

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，氣體經過進氣口后先軸向流動，然后流經葉輪的葉片，軸向運動的氣體改變方向，氣體由軸向運動變為垂直于軸的徑向運動，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壁以及葉片表面發生摩擦碰撞，粉塵的積累，會破壞風機的運動平衡，致使通風機發生磨損變形，從而使風機內流場改變，降低風機輸送性能，加劇風機磨損。

2.2 離心通風機結構設計的缺陷

通風機結構設計不合理也是導致通風機磨損的主要原因，尤其是葉片結構設計不合理，會引起通風機運行的不穩定，加劇通風機的磨損。

2.3 風機轉速過快

轉速過快也是風機發生磨損的重要因素。據有關數據分析，風機磨損程度和風機本身的運轉速度呈正比例關系。所以在能夠滿足工作環境需求的情況下，要適當地控制通風機的轉速以降低通風機的磨損。

2.4 葉片耐磨強度不夠

葉片在生產環節中材料的選擇和加工過程中耐磨性把控不夠。葉片的設計中沒有采取防磨措施，那么系統在運行中風機葉片發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，應用的是加熱使合金粉末熔化，然后用設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

在一些特定含塵環境下，通風機極其容易被磨損，特別是通風機的關鍵部件葉輪葉片，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 優化葉片的結構

優化葉片的結構法是通過大量的研究和觀察發現以往葉片的設計缺陷，根據理論分析和實踐經驗對葉片結構的優化設計，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，就不會出現磨穿粉塵進入葉片內部的現象，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，可以通過設計改變葉片型式和葉片角度，降低葉片磨損的程度。在葉片設計中，具體選擇什么樣的葉型還得根據離心通風機的應用環境和需求而定。

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境內的粉塵粒子，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。耐磨鋼的生產方式和普通鋼材并沒有很大的區別，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構鋼大大增強，能更好地在含塵環境下運行工作。

4 結語

本文從離心通風機的應用環境、結構和工作原理上分析了離心通風機發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構設計上提高耐磨的幾種方法，這對做離心通風機研究的相關人員具有一定的參考價值。在選擇具體的耐磨方法的時候，必須結合離心通風機的使用環境和使用條件，合理地選擇性價比高的防磨措施。