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1? 概述

??? 山東鋁業(yè)公司水泥廠Ⅲ組水泥磨系統(tǒng)是由兩臺(tái)Φ2.7m×3.6m的水泥磨串聯(lián)組成。為了提產(chǎn)改造,該水泥磨系統(tǒng)將原來的Φ5m離心式選粉機(jī)改為O—Sepa N-500高效選粉機(jī),1993年9月正式動(dòng)工,1994年9月5日第二次試車。高效選粉機(jī)配Y5-47№12D排風(fēng)機(jī),這臺(tái)風(fēng)機(jī)從風(fēng)量、風(fēng)壓等方面都基本滿足了工藝生產(chǎn)的要求,使得整個(gè)生產(chǎn)工藝流程順利通過。但是,也存在不足之處,一是葉輪的積灰結(jié)疤現(xiàn)象特別嚴(yán)重,操作工不得不開幾個(gè)小時(shí)車以后,就要停機(jī)打開機(jī)殼上的人孔門對(duì)葉輪清理一次結(jié)疤,每個(gè)班至少一次,否則,風(fēng)機(jī)由于結(jié)疤會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。自1994年9月至1995年2月在短短五個(gè)月的時(shí)間內(nèi),混凝土基礎(chǔ)三次被震裂。二是風(fēng)機(jī)葉輪的使用壽命短,一個(gè)新葉輪最多使用20d。
??? 鑒于這些問題,我們經(jīng)過認(rèn)真地觀察和測(cè)定,決定對(duì)該風(fēng)機(jī)葉輪進(jìn)行變型設(shè)計(jì)。1995年元月起我們對(duì)原風(fēng)機(jī)葉輪各方面進(jìn)行了測(cè)定、計(jì)算,作了大量的技術(shù)準(zhǔn)備工作,然后根據(jù)測(cè)定的數(shù)據(jù)對(duì)葉輪進(jìn)行了重新設(shè)計(jì),1995年2月6日設(shè)計(jì)完畢,委托山東淄博風(fēng)機(jī)廠制造了一個(gè)新葉輪進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。1995年2月26日把新葉輪安裝到風(fēng)機(jī)上使用,直至1996年3月份才對(duì)葉輪進(jìn)行了更換,安全運(yùn)行了一年的時(shí)間。一年來風(fēng)機(jī)運(yùn)行得非常平穩(wěn),徹底解決了葉輪積灰結(jié)疤的問題,使用壽命也大大延長(zhǎng),達(dá)到了非常理想的效果。為此,我們把這次對(duì)風(fēng)機(jī)葉輪進(jìn)行變型設(shè)計(jì)的全過程總結(jié)如下。

2? 風(fēng)機(jī)葉輪結(jié)疤及振動(dòng)問題的淺析

2.1? 外在因素
??? 水泥磨選粉排風(fēng)機(jī)是磨制水泥過程中進(jìn)入選粉機(jī)廢氣排出的唯一通道。含水泥粉塵濃度大,細(xì)度又高,都在幾十個(gè)微米以下,極小的粉塵微粒具有很強(qiáng)的活化性,有相互吸引結(jié)團(tuán)的特性。另外,在水泥磨制過程中加入含有少量水分的混合材,會(huì)產(chǎn)生少量的水蒸氣,再加上我廠是利用氧化鋁廠的廢渣做配料,水泥中含有1.5%以下的堿性物質(zhì),因而水泥粉塵在風(fēng)機(jī)葉輪的葉片表面產(chǎn)生較強(qiáng)的附著性,易形成積灰結(jié)疤現(xiàn)象。這是造成風(fēng)機(jī)葉輪結(jié)疤的外在因素。
2.2? 內(nèi)在因素
??? Y5—47№12D型風(fēng)機(jī),風(fēng)量為32000～68000m³/h,風(fēng)壓為3.2×10⁴～4.8×10⁴Pa,轉(zhuǎn)數(shù)為1450r/min,電機(jī)功率為75kW。該風(fēng)機(jī)葉輪是后傾式板式葉片。這種風(fēng)機(jī)在輸送含塵濃度較大的氣體時(shí),在葉輪葉片的非工作面形成積灰而引起風(fēng)機(jī)振動(dòng)的現(xiàn)象,在許多技術(shù)資料中都有過記載。根據(jù)現(xiàn)象觀察,葉片積灰在葉片背面靠近后盤的進(jìn)口部位最為嚴(yán)重,并由此逐漸向外發(fā)展,如圖1所示。

??? 當(dāng)葉輪葉片上的積灰達(dá)到一定厚度時(shí),由于積灰本身重力和離心力的作用,某一個(gè)或某幾個(gè)葉片上的積灰難免會(huì)脫落,這樣就造成風(fēng)機(jī)運(yùn)行中失去平衡,從而使風(fēng)機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)。
??? 風(fēng)機(jī)本身結(jié)構(gòu)是造成葉輪葉片積灰的根本原因,含塵質(zhì)點(diǎn)在葉輪的風(fēng)道運(yùn)行中,尤其是在葉輪后盤的進(jìn)口部位,克服不了灰塵質(zhì)點(diǎn)與鋼板葉片之間的摩擦力而滯留在葉片上。下面我們就灰塵質(zhì)點(diǎn)在葉輪葉片背面的受力情況作一簡(jiǎn)單分析,灰塵質(zhì)點(diǎn)的受力情況如圖2。 ???

??? 如果忽略質(zhì)點(diǎn)本身的重力不計(jì),該質(zhì)點(diǎn)受三個(gè)力的作用,這三個(gè)力為:離心力P、正壓力N、摩擦力f。
??? 只有當(dāng)Pcosα≥f=μN(yùn)=μPsinα,即≥tgα時(shí),灰塵質(zhì)點(diǎn)才能克服摩擦力沿著葉片的背面拋出葉輪,否則將產(chǎn)生積灰結(jié)疤現(xiàn)象。因此,我們把≥tgα稱為葉輪葉片背面不積灰的判別式。
??? 如圖3所示,假設(shè)某一灰塵質(zhì)點(diǎn)所在的位置是r₁和α₁,當(dāng)葉片的進(jìn)口角α₂一定時(shí),灰塵質(zhì)點(diǎn)所在的位置半徑r₁越小,角α₁則越大;當(dāng)r₁=r時(shí),α₁=α達(dá)到最大值,這種情況積灰最為嚴(yán)重。
??? 當(dāng)變化葉片的進(jìn)口角α₂時(shí),α₂增大,α也增大,則越易積灰。??

3? 設(shè)計(jì)與計(jì)算

??? μ值是在風(fēng)機(jī)工作條件下粉塵顆粒與葉片鋼板之間的摩擦系數(shù),這個(gè)數(shù)值難于直接測(cè)定,我們只好用間接換算的方法求得。我們使風(fēng)機(jī)的原有葉輪在工作條件下運(yùn)轉(zhuǎn)一定時(shí)間后,停車進(jìn)行觀測(cè),測(cè)量出葉片的積灰點(diǎn)距軸線中心之最小半徑r的值,即可求出較準(zhǔn)確的μ值。
??? Y5-47№12D型風(fēng)機(jī)原型尺寸已測(cè)得:
??? r₂=600mm;α₂=40°;測(cè)得r=427mm
??? 根據(jù)公式? r₂sinα₂=rsinα? α=sin^-1( )代入所測(cè)數(shù)據(jù)得α=sin^-1=64.62°
??? 把α值代入公式=tgα,得tgα=2.11,μ=0.474。
??? μ值確定以后,我們根據(jù)葉片不積灰判別式≥tgα來改變α的值,使其達(dá)到不積灰的條件。我們知道α的值是隨葉片進(jìn)口角α₂的變化而變化的。這樣我們可以調(diào)整葉片的進(jìn)口角α₂來滿足不積灰的要求(見表。)