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1、水泥磨选粉排风机叶轮变型设计和使用实践 作者：王庚科 山东铝业公司水泥厂 1 概述 山东铝业公司水泥厂组水泥磨系统是由两台 2.7m3.6m 的水泥磨串联组成。为了提 产改造,该水泥磨系统将原来的 5m 离心式选粉机改为 OSepa N-500 高效选粉机,1993 年 9 月正式动工,1994 年 9 月 5 日第二次试车。高效选粉机配 Y5-4712D 排风机,这台风机从 风量、风压等方面都基本满足了工艺生产的要求,使得整个生产工艺流程顺利通过。但是,也 存在不足之处,一是叶轮的积灰结疤现象特别严重,操作工不得不开几个小时车以后,就要停 机打开机壳上的人孔门对叶轮清理一次结疤,每个班至少一
2、次,否则,风机由于结疤会产生振 动。自 1994 年 9 月至 1995 年 2 月在短短五个月的时间内,混凝土基础三次被震裂。二是风 机叶轮的使用寿命短,一个新叶轮最多使用 20d。鉴于这些问题,我们经过认真地观察和测定,决定对该风机叶轮进行变型设计。1995 年元 月起我们对原风机叶轮各方面进行了测定、计算,作了大量的技术准备工作,然后根据测定的 数据对叶轮进行了重新设计,1995 年 2 月 6 日设计完毕,委托山东淄博风机厂制造了一个新 叶轮进行实验。1995 年 2 月 26 日把新叶轮安装到风机上使用,直至 1996 年 3 月份才对叶轮 进行了更换,安全运行了一年的时间。一年来风
3、机运行得非常平稳,彻底解决了叶轮积灰结疤 的问题,使用寿命也大大延长,达到了非常理想的效果。为此,我们把这次对风机叶轮进行变 型设计的全过程总结如下。 2 风机叶轮结疤及振动问题的浅析 2.1 外在因素水泥磨选粉排风机是磨制水泥过程中进入选粉机废气排出的唯一通道。含水泥粉尘浓度 大,细度又高,都在几十个微米以下,极小的粉尘微粒具有很强的活化性,有相互吸引结团的特 性。另外,在水泥磨制过程中加入含有少量水分的混合材,会产生少量的水蒸气,再加上我厂 是利用氧化铝厂的废渣做配料,水泥中含有 1.5% 以下的碱性物质,因而水泥粉尘在风机叶轮 的叶片表面产生较强的附着性,易形成积灰结疤现象。这是造成风机
4、叶轮结疤的外在因素。 2.2 内在因素Y54712D 型风机,风量为 3200068000m 3 /h, 风压为 3.210 4 4.810 4 Pa,转数为 1450r/min,电机功率为 75kW 。该风机叶轮是后倾式板式叶片。这种风机在输送含尘浓度较 大的气体时,在叶轮叶片的非工作面形成积灰而引起风机振动的现象,在许多技术资料中都有过记载。根据现象观察,叶片积灰在叶片背面靠近后盘的进口部位最为严重,并由此逐渐向外 发展,如图 1 所示。 图 1 叶片积灰位置 当叶轮叶片上的积灰达到一定厚度时,由于积灰本身重力和离心力的作用,某一个或某几 个叶片上的积灰难免会脱落,这样就造成风机运行中失去
5、平衡,从而使风机产生振动。风机本身结构是造成叶轮叶片积灰的根本原因,含尘质点在叶轮的风道运行中,尤其是在 叶轮后盘的进口部位,克服不了灰尘质点与钢板叶片之间的摩擦力而滞留在叶片上。下面我 们就灰尘质点在叶轮叶片背面的受力情况作一简单分析,灰尘质点的受力情况如图 2。 图 2 灰尘质点在叶片上的受力 如果忽略质点本身的重力不计,该质点受三个力的作用,这三个力为:离心力P、正压力 N、摩擦力f 。只有当Pcosf= N= Psin,即 tg 时,灰尘质点才能克服摩擦力沿着叶片的背面抛出叶 轮,否则将产生积灰结疤现象。因此,我们把 tg 称为叶轮叶片背面不积灰的判别式。 如图 3 所示,假设某一灰尘
6、质点所在的位置是r 1 和 1 ,当叶片的进口角 2 一定时,灰尘质点 所在的位置半径r 1 越小,角 1 则越大;当r 1 =r 时, 1 = 达到最大值,这种情况积灰最为严重。当变化叶片的进口角 2 时, 2 增大, 也增大,则越易积灰。 图 3 灰尘质点在叶片上的位置 3 设计与计算 值是在风机工作条件下粉尘颗粒与叶片钢板之间的摩擦系数,这个数值难于直接测定,我 们只好用间接换算的方法求得。我们使风机的原有叶轮在工作条件下运转一定时间后,停车 进行观测,测量出叶片的积灰点距轴线中心之最小半径r 的值,即可求出较准确的 值。Y5-4712D 型风机原型尺寸已测得:r 2 =600mm; 2
7、 =40;测得r=427mm根据公式 r 2 sin 2 =rsin =sin -1 ( ) 代入所测数据得 =sin -1 =64.62把 值代入公式 =tg ,得 tg=2.11, =0.474。 值确定以后,我们根据叶片不积灰判别式 tg 来改变 的值,使其达到不积灰的条件。 我们知道 的值是随叶片进口角 2 的变化而变化的。这样我们可以调整叶片的进口角 2 来满足不积灰的要求( 见表。) 叶片的进口角 2 和不积灰的判别式关系 2 值 40 39 38 37 36 35 34 值 85.49 77.34 72.65 68.91 65.68 62.78 60.11 tg 12.67 4.
8、45 3.20 2.59 2.21 1.94 1.74大小比较 2.11 2.11 2.11 2.11 2.11 2.11 2.11 结果 积灰 不积灰根据计算,进口角 2 35时,tg 时，tg 2 2.11 叶片都在不积灰的范围。我们根据计算结果,对原风机的叶轮叶片进行了变型设计,把叶轮叶片的进口角 2 由原来 的 40 改为 35,使其达到不积灰的要求,设计的新叶轮如图 4。 图 4 新设计叶轮的结构 根据现场观察,原叶轮磨损最严重的部位是沿着叶轮后盘与叶片相交的焊缝处。为了延长 叶轮的使用寿命,增强耐磨损的能力,我们采取了在此部位补强措施,在叶轮叶片的背面沿着 与后盘相交的焊缝处补焊了一条宽 60mm,厚 8mm 的钢板。根据以上对该叶轮变型设计的结果,我们对此叶轮的前后盘、叶片、轴安全率都进行了核 算,其结果完全符合设计要求(计算过程从略) 。 4 使用实践及效益 经过变型设计的叶轮于 1995 年 2 月 26 日安装使用,直到 1996 年 3 月 29 日更换,使用了 约一年之久( 设备的运转率约 70%), 使用寿命大大延长,从而节省了大量的备件消耗和检修费 用。自从换上新叶轮以后,风机在生产运行中一直非常平稳,彻底解决了因叶轮叶片结疤而引 起振动的弊端,深受操作工人的欢迎
