Конструктивные мероприятия по защите от абразивного износа элементов дымососов

В настоящее время тягодутьевые машины эксплуатируются на тепловых электростанциях, в металлургическом производстве, в химической промышленности, в производстве строительных материалов, в установках газоочистки и пылеулавливания на промышленных предприятиях, в различных отраслях промышленности.

Основным видом повреждения рабочих колес и кожухов дымососов является абразивный износ при транспортировке запыленной среды из-за больших скоростей и высокой кон­центрации золы в дымовых газах. Этот износ имеет газоабразивный характер, который вызывается механическим действием твердых частиц, перемещаемых потоком газа. В этом случае разрушение металла происходит в результате срезания, выкрашивания, выбивания и многократного пластического деформирования его поверхностных микрообъемов. Износ лопаток и дисков роторов дымососов зависит от сорта сжигаемого топлива и качества работы золоулавливающих установок.

КОНСТРУКТИВНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ ПО ЗАЩИТЕ ОТ ИЗНОСА

В результате износа рабочего колеса воз­никает разбаланс, нарушающий нормальную работу машины. Для его устранения приходится останавливать машину и выпол­нять балансировку. При неудовлетворительной очистке дымовых газов от золы нередки слу­чаи, когда рабочие колеса приходится менять через 10–20 дней.

Однако на основании опыта эксплуатации дымососов четко выявливается зависимость аб­разивного износа не от окружной скорости, а от числа оборотов машины. Эту зависимость следует понимать так, что для заданных по­казателей машины по производительности и давлению при тяжелых условиях работы по из­носу ее следует выполнять по такой аэроди­намической схеме, которая обеспечит необхо­димые показатели при относительно неболь­шом числе оборотов. Так, например, приме­нявшиеся ранее дымососы типа Д-190, создававшие давление 400 кгс/м² при производи­тельности 300 000 м³/ч, по условиям износа оказались непригодными в эксплуатации вследствие высокого числа оборотов (960 в минуту). Окружная скорость рабочего колеса этих дымососов при d=1560 мм составляла всего 78 м/с.

Эти дымососы были заменены машинами типа Д 300/400 с рабочим колесом d=2200 мм которые обеспечивали примерно те же показа­тели при 730 об/мин, а окружная скорость со­ставляла при этом 85 м/с. Эти дымососы по­казали удовлетворительную работу в усло­виях золового износа.

Причина заключается в том, что в маши­не Д 300/400 вследствие более низкого числа оборотов, рабочее колесо имеет большие раз­меры (d=2200 мм), поэтому работа трения золовых частиц распределяется на большую площадь элементов рабочего колеса и улитки. Вместе с тем, очевидно, что при одинако­вом типе лопаток колеса и прочих равных условиях, т. е. при одинаковом числе оборо­тов, одинаковой производительности, концен­трации и физических свойствах твердых ча­стиц, высоконапорная машина будет изнаши­ваться интенсивнее, чем низконапорная, и в этом смысле износ будет определяться ве­личиной окружной скорости рабочего колеса.

Износу подвержены детали рабочего ко­леса и кожуха машины. Абразивные частицы, проходя через рабочее колесо, отклоняются к основному диску. Поэтому износ захватывает меньшую часть входной кромки лопатки и большую часть ее выходной кромки (рис. 1).

Рисунок 1. Износ лопаток и основного диска рабочего колеса

Изнашивается также и основной диск в ме­стах примыкания к нему лопаток.

В кожухе наибольшему износу подверже­на улитка и в меньшей степени изнашиваются боковые листы.Карманы дымососов и всасывающие ворон­ки практически не подвержены износу, так как скорости газового потока в них относи­тельно невелики.

Нерациональная компоновка мо­жет привести к усиленному износу даже в тех частях машины, которые обычно почти не изнашиваются. В качестве примера на рисунке 2 показана крайне неудачная компоновка дымососа с изломом линии тракта при входе в карман. Вследствие изменения на­правления газового потока зола отклоняется к стенке кармана, вызывая его износ.

При более правильной компоновке (рис. 3) износ карманов почти отсутствует.

Рисунок 2. Неправильная компоновка дымососа, при которой зола изнашивает всасывающие карманы

Рисунок 3. Правильная компоновка дымососа

В автореферате Путиловой И.В. «Абразивный износ трубопроводов пневмотранспортных установок систем золошлакоудаления и пылеприготовления ТЭС» по результатам исследования приведены оптимальные данные по форме и углам поворота трубопроводов тягодутьевой машины, позволяющие существенно снизить абразивный износ и уменьшить аэродинамические потери [6, с.6].

Для защиты от абразивного износа в конструкции машин обычно предусматривают спе­циальные меры. Иногда для защиты лопаток и основного диска рабочего колеса от износа идут на увеличение их толщины. При этом утяжеляется рабочее колесо, растет нагрузка на вал и опоры и не достигается в достаточ­ной степени преследуемая цель.

Более правильной и распространенной ме­рой борьбы с износом является защита изнашиваемой поверхности при помощи накладок или наплавки. Защитные накладки не приви­лись в конструкциях рабочих колес и полу­чили преимущественное распространение в улитках в виде броневых листов, выполняе­мых из стали или чугуна. Выбор конкретного материала для защиты осуществляется на основе его устойчивости к износу по различным признакам. Определить нужный материал можно используя данные из автореферата Беговой А.Н. «Разработка метода определения абразивной износостойкости сталей по механическим признакам» [1, с.14].

В отдельных случа­ях защита кожуха от абразивного износа вы­полняется путем бетонирования его внутрен­ней поверхности слоем толщиной 20–30 мм.

Для лопаток широкое применение нашла наплавка рабочих поверхностей твердым спла­вом, который накладывается слоем от 2 до 4 мм. Наплавка выполняется при помощи элек­тродов марки Т-590, имеющих следующий состав обмазки: 90% феррохрома, 5% карбида бора, 5% графита серебристого. Обмазка на­носится на проволоку марки 08НЗ, которая имеет следующий состав:0,08% С; 0,17–0,35%Si; 0,4–0,65%Мп; <0,025%S; < 0,03%Р; 3–3,6%Ni.Во избежание выгорания легирующих эле­ментов покрытия сварку следует вести при токе 220А электродами d–4 мм и 220–240А электродами d–5 мм. Твердость поверх­ности, наплавленной электродами Т-590, со­ставляет 52–58Rc [3]. При наплавке значительно повышается срок службы рабочего колеса (по данным в 2–4 раза). Несмотря на трудоем­кость выполнения наплавки в условиях экс­плуатации, она вполне окупается.

При выборе толщины наплавляемых лопа­ток, помимо вопросов прочности, следует учи­тывать также необходимую устойчивость ло­паток от коробления при наплавке, что дости­гается толщиной лопаток в пределах 6–8 мм.

Также был разработан метод полуавтоматической наплавки при помощи плоских электродов. Этот метод в основном применяется в заводских условиях. На рис. 4. Показана лопатка дымососа типа 25х2Ш, которая после наплавки подвергнута горячей штамповке.

Рисунок 4. Лопатка дымососа Д 25 x 2Ш, где 1 – слой твердого сплава Т-620 толщиной 2–3 мм, направленный полуавтоматическим способом на заготовку лопатки

Полуавтоматическая наплавка дает воз­можность получить равномерный слой твердо­го слоя на заготовке, который прочно удержи­вается и позволяет осуществлять последующую горячую штамповку лопаток. Сравнительнос ручным способом полуавтоматическая на­плавка дает существенное повышение произ­водительности труда при одновременном улуч­шении качества, так как наплавленная поверх­ность получается плотной, и достаточно глад­кой, а благодаря значительному выделению тепла уменьшается количество трещин. Кроме того, благодаря сравнительно малой глубине проплавления достигается более сильное леги­рование наплавленного металла.

Защита дисков в месте примыкания к ним лопаток осуществляется специальными защит­ными козырьками, которые привариваются к среднему диску и лопаткам, как это пока­зано на рис.5.

Рисунок 5. Защита от износа основного диска рабочего колеса дымососа Д20X2.1 – основной диск; 2 – лопатки; 5 – защитные козырьки

Защитные козырьки применяются как при наплавленных, так и при ненаплавленных ло­патках. В первом случае на лопатке оставляет­ся ненаплавленная полоска, необходимая для наложения сварного шва. Накладывать шов по наплавке недопустимо, так как качество его будет чрезвычайно низким вследствие легиро­вания примесями, содержащимися в наплав­ленном слое [5, c.67].

Защита улитки и боковых листов от износа осуществляется обычно при помощи накла­док—броневых листов. Броневые листы выполняются обычно из стали, но для тяжелых условий работы рационально выполнять их литыми из чугуна толщиной около 40 мм.Большей частью защи­щают только торцовый лист. Наиболее рас­пространенный способ крепления броневых листов - приварка, но при этом за­труднена смена изношенных листов. Более правильно выполнять крепление броневых листов при помощи специальных болтов (рис 6).

Рисунок 6. Защита боковых и торцового листа улитки дымососа броней, прикрепленной на болтах

Также для защиты от износа используются композитные и полимерные материалы. Вопросы их использования, а также интенсивность износа при эксплуатации рассматривается в статье Ищенко А.А., Дашко Е.В. «Определение интенсивности абразивного износа защитного полимерного покрытия» [4, с.86].

Таким образом, борьба с абразивным износом тягодутьевых машин является весьма актуальной задачей. Игнорирование вопросов износа может привести к невозможности нормальной работы установки, так как нередки случаи, когда рабочие колеса приходится за­менять ежемесячно, а иногда и чаще.

Предохранение машин от износа до некото­ройстепени зависит от конструктора, так как припроектировании он должен предусмотреть необходимые меры защиты. Однако наиболее эффективным способом борьбы с износом является рациональная компоновка и особенно тщательная очистка газов от твердых абра­зивных фракций. На электростанциях, где этот вопрос решен удовлетворительно, рабочие ор­ганы дымососов практически не требуют ремон­та, так как они почти не изнашиваются [2].

Учитывая перспективы все большего при­менения в качестве энергетического топлива мазута и газа, а также возрастающие требо­вания к эффективности работы золоулавли­вающих устройств можно считать оправданным выпуск заводами-изготовителями дымосо­сов с ограниченной защитой от износа, т. е. без наплавки лопаток.

Необходимо предъявлять более жесткие требования к золоулавливающим установкам электростанций с тем, чтобы они обеспечивали эффективную очистку газов. Единовременные затраты на установку эффективно действую­щих золоуловителей вполне окупятся экономи­ей на ремонте дымососов, не говоря уже о са­нитарных условиях.В настоящее время ведется тема №16059В «Исследование инновационного газоочистного оборудования», в которой рассматривается как новый тип золоуловителя, так и борьба с возможным абразивным износом элементов проточной части установки. Теоретически, методика борьбы с абразивным износом может быть применена и к золоулавливающей установке, что в ближайшем времени планируется рассчитать на компьютере по соответствующим программам.