1 概述
山东铝业公司水泥厂Ⅲ组水泥磨系统是由两台Φ2.7m×3.6m的水泥磨串联组成。为了提产改造,该水泥磨系统将原来的Φ5m离心式选粉机改为O—Sepa 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Y5-47№12D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。这是造成风机叶轮结疤的外在因素。
2.2 内在因素
Y5—47№12D型风机,风量为32000～68000m3/h,风压为3.2×104～4.8×104Pa,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。
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。
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Pcosα≥f=μN=μPsinα,即
≥tgα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
≥tgα称为叶轮叶片背面不积灰的判别式。
如图3所示,假设某一灰尘质点所在的位置是r1和α1,当叶片的进口角α2一定时,灰尘质点所在的位置半径r1越小,角α1则越大;当r1=r时,α1=α达到最大值,这种情况积灰最为严重。
当变化叶片的进口角α2时,α2增大,α也增大,则越易积灰。
3 设计与计算
μ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μ值。
Y5-47№12D型风机原型尺寸已测得:
r2=600mm;α2=40°;测得r=427mm
根据公式 r2sinα2=rsinα α=sin-1(
把α值代入公式
=tgα,得tgα=2.11,μ=0.474。
μ值确定以后,我们根据叶片不积灰判别式
≥tgα来改变α的值,使其达到不积灰的条件。我们知道α的值是随叶片进口角α2的变化而变化的。这样我们可以调整叶片的进口角α2来满足不积灰的要求(见表。)
叶片的进口角α2和不积灰的判别式关系
|
α2值 |
40° |
39° |
38° |
37° |
36° |
35° |
34° |
|
α值 |
85.49° |
77.34° |
72.65° |
68.91° |
65.68° |
62.78° |
60.11° |
|
tgα |
12.67 |
4.45 |
3.20 |
2.59 |
2.21 |
1.94 |
1.74 |
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大小比较 |
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2.11 |
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