山东锦工有限公司是一家专业生产罗茨鼓风机、罗茨真空泵、回转风机等机械设备公司，位于有“铁匠之乡”之称的山东省章丘市相公镇，近年来，锦工致力于新产品的研发，新产品双油箱罗茨风机、水冷罗茨风机、油驱罗茨风机、低噪音罗茨风机，赢得了市场好评和认可。
客户锅炉罗茨风机采用JGR450型罗茨鼓风机,该型风机属于高效节能风机,其叶轮为三叶型空心叶轮,但是该型罗茨鼓风机的耐磨性能太低。我单位锅炉房由于煤质差、除尘效果不好,工质中含有大量灰渣颗粒,致使叶轮磨损严重。尤其是叶轮头部磨损最快,使用两个多月即被磨漏,灰粒随之进入叶轮内腔,因为磨损不均匀,叶轮进入灰尘多少也不同,结果使得叶轮的平衡遭到破坏,引起风机强烈震动,不能正常工作。为此我们对改型罗茨鼓风机的叶轮做了一些改造工作。经过几个月运行考核,新的叶轮完全满足了使用要求,其寿命大大提高。
通过分析发现,该型风机叶轮使用寿命短的主要原因是因为叶轮中空磨穿后进入灰尘不均所致。如果采用实心叶轮则不会使叶轮坏得如此之快。因此,我们决定针对改变空心叶轮做工作。
经过调查研究,我们对叶轮进行了第一次改造,将原空心叶轮做成等厚度的直板叶轮,考虑到叶轮进出口宽度太大,改成直板叶轮后,其强度刚度下降,会产生变形,在位于前盘与后盘中部两个相邻叶轮之间增设了加强筋板。增加叶轮的抗磨性能。在叶轮进出口部位堆焊了耐磨焊条,五氧化铁。其叶轮形状及有关尺寸如图1所示。
改造后的叶轮随即投入运行,经测试,罗茨风机的风量风压有所下降,但是仍能够满足使用要求,一个月后检查叶轮出口边发生变形,中间部分凹进去15mm左右,加强筋板进口边仅剩下2-3mm厚,最后该叶轮运行四个多月后由于其中一个加强筋板断裂而停止使用。从这次改造的叶轮来看,虽然寿命比原来有所提高,但是仍不够理想,叶轮的刚度不够,为此又进行了第二次改进。
从大量的参考文献中查到了一份关于罗茨鼓风机叶轮改造的资料,据介绍被改造的叶轮也出现过类似的叶轮变形,分析的结论是:变形是因为直板叶轮的宽度太大,由离心力的作用而引起的。这种离心力与叶轮的外径、叶轮厚度以及转速的平方成正比,而叶轮上最大应力则与离心力成正比,与叶轮宽度平方成正比,与叶轮厚度成反比,叶轮最大应力产生在与后盘连接处。最大挠度发生在叶轮宽度的中部。为了估计叶轮的强度和刚度是否能满足要求,他们提供了综合参数Kn。表达式为: Kn=??2b2(1)
其中,D2为叶轮外径,δn为加强筋板的厚度(无加强筋板时δn取1),n为叶轮转速,b2为叶轮出口宽度。为了使叶轮的强度刚度都满足要求,使叶轮能够可靠的工作,应当使综合参数Kn≤250-260,如果这个条件不满足,则需要增设加强筋板,加强筋板的尺寸一般应取为:厚度不小于叶轮的厚度,外径应取D2=(0.75-0.85)D,据分析第一次改造的叶轮若不设加强筋板时根据公式(1)算出的综合参数远远大于250-260,这说明增设加强筋板是合理的,但是存在两个问题,其一是筋板的厚度太薄(小于叶轮厚度)。其二是加强筋板的位置不合理(直径太小)。据此我们确定了第二次叶轮改造方案,如图2所示。在叶轮的其他尺寸不变的情况下,筋板的厚度由原来的8mm改为10mm,其外径改为?准1390mm,其内经改为?准1190mm,筋板的进口边和靠近前盘一侧以及叶轮的进出口磨损严重的部位,堆焊五氧化铁耐磨焊条。
第二次改造的叶轮投入使用后罗茨风机的风量风压都能满足使用要求,风机运行平稳可靠,运行一个月后检查,叶轮内叶轮及加强筋板没有任何变形,磨损轻微。运行三个月后仍未见到有明显变形情况,风机运行良好,加强筋板进口磨出倒角,叶轮出口工作面局部有磨损,磨损量最大约为2mm,运行到六个月风机工作一直正常,停机检查,整个叶轮没有产生任何变形这说明该叶轮强度及刚度完全满足要求,加强筋板进口及叶轮靠近后盘处的出口磨损较大,磨损量约为3-4mm,但叶轮仍可使用据用户反映根据这种磨损速度,该叶轮还可使用半年以上,第二次改造的叶轮满足了生产急需,使用寿命大大提高,给用户带来了显著的经济效益,受到高度评价。
通过这次对锅炉罗茨鼓风机叶轮的改造。我们有以下两点体会:
(1)对于工质中含尘量较大的风机叶轮用直板叶轮代替空心叶轮,改变了该型叶轮的致命弱点,虽然在一般情况下,直板叶轮运行效率低但是在工作条件恶劣的条件下,直板叶轮由于其耐磨性好,使其综合效率比机翼型叶轮高。
(2)所查资料中提出的叶轮加强筋板增加强度与刚度的经验是一个成熟的经验,提供的准则和经验数据是合理可靠的,对罗茨鼓风机叶轮的改造是一个有益的借鉴。
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