山東錦工有限公司是一家專業生產羅茨鼓風機、羅茨真空泵、回轉風機等機械設備公司，位于有“鐵匠之鄉”之稱的山東省章丘市相公鎮，近年來，錦工致力于新產品的研發，新產品雙油箱羅茨風機、水冷羅茨風機、油驅羅茨風機、低噪音羅茨風機，贏得了市場好評和認可。
客戶鍋爐羅茨風機采用JGR450型羅茨鼓風機,該型風機屬于高效節能風機,其葉輪為三葉型空心葉輪,但是該型羅茨鼓風機的耐磨性能太低。我單位鍋爐房由于煤質差、除塵效果不好,工質中含有大量灰渣顆粒,致使葉輪磨損嚴重。尤其是葉輪頭部磨損最快,使用兩個多月即被磨漏,灰粒隨之進入葉輪內腔,因為磨損不均勻,葉輪進入灰塵多少也不同,結果使得葉輪的平衡遭到破壞,引起風機強烈震動,不能正常工作。為此我們對改型羅茨鼓風機的葉輪做了一些改造工作。經過幾個月運行考核,新的葉輪完全滿足了使用要求,其壽命大大提高。
通過分析發現,該型風機葉輪使用壽命短的主要原因是因為葉輪中空磨穿后進入灰塵不均所致。如果采用實心葉輪則不會使葉輪壞得如此之快。因此,我們決定針對改變空心葉輪做工作。
經過調查研究,我們對葉輪進行了第一次改造,將原空心葉輪做成等厚度的直板葉輪,考慮到葉輪進出口寬度太大,改成直板葉輪后,其強度剛度下降,會產生變形,在位于前盤與后盤中部兩個相鄰葉輪之間增設了加強筋板。增加葉輪的抗磨性能。在葉輪進出口部位堆焊了耐磨焊條,五氧化鐵。其葉輪形狀及有關尺寸如圖1所示。
改造后的葉輪隨即投入運行,經測試,羅茨風機的風量風壓有所下降,但是仍能夠滿足使用要求,一個月后檢查葉輪出口邊發生變形,中間部分凹進去15mm左右,加強筋板進口邊僅剩下2-3mm厚,最后該葉輪運行四個多月后由于其中一個加強筋板斷裂而停止使用。從這次改造的葉輪來看,雖然壽命比原來有所提高,但是仍不夠理想,葉輪的剛度不夠,為此又進行了第二次改進。
從大量的參考文獻中查到了一份關于羅茨鼓風機葉輪改造的資料,據介紹被改造的葉輪也出現過類似的葉輪變形,分析的結論是:變形是因為直板葉輪的寬度太大,由離心力的作用而引起的。這種離心力與葉輪的外徑、葉輪厚度以及轉速的平方成正比,而葉輪上最大應力則與離心力成正比,與葉輪寬度平方成正比,與葉輪厚度成反比,葉輪最大應力產生在與后盤連接處。最大撓度發生在葉輪寬度的中部。為了估計葉輪的強度和剛度是否能滿足要求,他們提供了綜合參數Kn。表達式為: Kn=??2b2(1)
其中,D2為葉輪外徑,δn為加強筋板的厚度(無加強筋板時δn取1),n為葉輪轉速,b2為葉輪出口寬度。為了使葉輪的強度剛度都滿足要求,使葉輪能夠可靠的工作,應當使綜合參數Kn≤250-260,如果這個條件不滿足,則需要增設加強筋板,加強筋板的尺寸一般應取為:厚度不小于葉輪的厚度,外徑應取D2=(0.75-0.85)D,據分析第一次改造的葉輪若不設加強筋板時根據公式(1)算出的綜合參數遠遠大于250-260,這說明增設加強筋板是合理的,但是存在兩個問題,其一是筋板的厚度太薄(小于葉輪厚度)。其二是加強筋板的位置不合理(直徑太小)。據此我們確定了第二次葉輪改造方案,如圖2所示。在葉輪的其他尺寸不變的情況下,筋板的厚度由原來的8mm改為10mm,其外徑改為?準1390mm,其內經改為?準1190mm,筋板的進口邊和靠近前盤一側以及葉輪的進出口磨損嚴重的部位,堆焊五氧化鐵耐磨焊條。
第二次改造的葉輪投入使用后羅茨風機的風量風壓都能滿足使用要求,風機運行平穩可靠,運行一個月后檢查,葉輪內葉輪及加強筋板沒有任何變形,磨損輕微。運行三個月后仍未見到有明顯變形情況,風機運行良好,加強筋板進口磨出倒角,葉輪出口工作面局部有磨損,磨損量最大約為2mm,運行到六個月風機工作一直正常,停機檢查,整個葉輪沒有產生任何變形這說明該葉輪強度及剛度完全滿足要求,加強筋板進口及葉輪靠近后盤處的出口磨損較大,磨損量約為3-4mm,但葉輪仍可使用據用戶反映根據這種磨損速度,該葉輪還可使用半年以上,第二次改造的葉輪滿足了生產急需,使用壽命大大提高,給用戶帶來了顯著的經濟效益,受到高度評價。
通過這次對鍋爐羅茨鼓風機葉輪的改造。我們有以下兩點體會:
(1)對于工質中含塵量較大的風機葉輪用直板葉輪代替空心葉輪,改變了該型葉輪的致命弱點,雖然在一般情況下,直板葉輪運行效率低但是在工作條件惡劣的條件下,直板葉輪由于其耐磨性好,使其綜合效率比機翼型葉輪高。
(2)所查資料中提出的葉輪加強筋板增加強度與剛度的經驗是一個成熟的經驗,提供的準則和經驗數據是合理可靠的,對羅茨鼓風機葉輪的改造是一個有益的借鑒。
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