离心通风机的耐磨研究

李芳环 韩一飞 陈爱平

(1.武昌工学院机械工程学院，湖北 武汉 430065；2.绿色风机制造湖北省协同创新中心，湖北 武汉 430065)

0 引言

离心通风机在工厂、矿井、隧道等地方广泛应用，叶轮是通风机的关键部件。如果通风机在含尘的恶劣环境下，会对风机产生影响加快风机的叶轮磨损程度，促使叶轮使用时长大大缩短，从而严重影响通风机的使用年限。针对这种情况，需要对通风机进行合理的工艺处理和结构的优化设计，并且通过对不同材质的耐磨机理研究，找出在含尘环境下耐磨损时间长，且适于制造叶轮的材料，用来延长通风机的使用年限。

1 离心通风机的结构和工作原理

1.1 离心通风机的结构

离心通风机主要部件是进气室、进气口、叶轮、蜗壳、主轴、出气口、出口扩压器。在这些部件中最重要的是叶轮，叶轮使气体获得能量，蜗壳的功能主要是使气体聚集，再把被聚集气体的动压最大化转化为静压，最后将获得能量的气体从一个空间输送到另外一个空间。

1.2 离心通风机的工作原理

气体是通过进气口进入离心通风机，气体经过进气口后先轴向流动，然后流经叶轮的叶片，轴向运动的气体改变方向，气体由轴向运动变为垂直于轴的径向运动，当气体通过叶道的时候，气体在叶片的推动下获得能量，使流动气体的压力和动能增加。当气体获得了能量，能量大到能克服消耗的能量时，气体就可以被输送出去，通风机就是通过这样的方式将气体输送到想输送的地方。

2 离心通风机磨损的研究

2.1 粉尘

如果离心通风机工作的环境中存在大量的粉尘，那么离心通风机在运行过程中，大量的粉尘颗粒会以较快的速度和风机内壁以及叶片表面发生摩擦碰撞，粉尘的积累，会破坏风机的运动平衡，致使通风机发生磨损变形，从而使风机内流场改变，降低风机输送性能，加剧风机磨损。

2.2 离心通风机结构设计的缺陷

通风机结构设计不合理也是导致通风机磨损的主要原因，尤其是叶片结构设计不合理，会引起通风机运行的不稳定，加剧通风机的磨损。

2.3 风机转速过快

转速过快也是风机发生磨损的重要因素。据有关数据分析，风机磨损程度和风机本身的运转速度呈正比例关系。所以在能够满足工作环境需求的情况下，要适当地控制通风机的转速以降低通风机的磨损。

2.4 叶片耐磨强度不够

叶片在生产环节中材料的选择和加工过程中耐磨性把控不够。叶片的设计中没有采取防磨措施，那么系统在运行中风机叶片发生磨损一定是不可避免的。

3 提高离心通风机耐磨的方法

3.1 叶片表面增加耐磨涂层

叶片表面喷涂耐磨涂层使叶片增加一层保护膜，保护膜隔绝了叶片与烟尘直接接触，从而加强叶片的耐磨性。表面喷涂耐磨涂层法处理和操作比较简便，并且它的价格也不高，就是表面涂层被磨损得很快，需要我们及时地对叶轮进行修补处理，就是重新对叶片的表面进行表面喷涂耐磨涂层。表面喷焊也是一种增加耐磨性的工艺，应用的是加热使合金粉末熔化，然后用设备将加热的粉末喷射到需要加工的工件表面，使它形成一层耐磨损的保护膜。因为是喷射在工件的表面，所以和工件表面十分贴合，从而增强了工件的耐磨性。在这个工艺下工件的硬度得到提高，耐磨性和实用性也得到增强。这种喷涂耐磨材料和喷射耐磨材料的方法都可以提高叶片的耐磨性，只是需要经常对叶片维护，耗时比较长。

3.2 叶片加焊衬板

在一些特定含尘环境下，通风机极其容易被磨损，特别是通风机的关键部件叶轮叶片，烟尘粒子容易对叶片的表面和叶片根部造成严重的磨损，针对这样的磨损方式，我们可以在被磨损严重的部位，加一个保护板，使这层保护板代替易磨损处被粉尘磨损，而这层保护板就叫焊衬板，焊衬板可以保护叶片易磨损的位置，比如进口处和叶片根部，用这个方法不仅可以大大提高叶片的强度，也可以大大延长叶轮的使用寿命。比如，在叶片易磨损处堆焊耐磨材料，可使其磨损处的硬度达到55～58HRC。

3.3 优化叶片的结构

优化叶片的结构法是通过大量的研究和观察发现以往叶片的设计缺陷，根据理论分析和实践经验对叶片结构的优化设计，从而使叶片的实际磨损降低。比如，我们可以把空心叶片换为实心叶片，因为空心叶片磨穿后会有尘粒进入，破坏风机的平衡，使风机寿命进一步缩短。换成实心叶片后，就不会出现磨穿粉尘进入叶片内部的现象，达到提高叶轮寿命的作用。一般单直型叶片通风机比机翼型叶片通风机耐磨，后向式叶片通风机，比前向式叶片通风机耐磨。高效机翼型叶片通风机由于其压力系数较低叶片直径大，圆周速度高，磨损程度也大。所以，可以通过设计改变叶片型式和叶片角度，降低叶片磨损的程度。在叶片设计中，具体选择什么样的叶型还得根据离心通风机的应用环境和需求而定。

3.4 添加防磨装置

防磨装置可以阻止粉尘对叶片的直接磨损，削弱粉尘对叶片的磨损强度，提升叶片使用寿命。比如添加前置防磨叶栅能够使叶片耐磨性得到提升。

3.5 使用高效除尘装置

离心风机正常工作的环境中若含有大量粉尘，粉尘会随着空气向通风机运动，磨损程度与含尘气流的固粒浓度成正比，也就是说粉尘浓度越高磨损程度越重，反之粉尘浓度越低，就可以减少粉尘引起的磨损。所以说粉尘会加快风机磨损的速度，进而大大降低通风机叶片的使用寿命，而除尘装置可以净化空气，降低风机叶片工作环境内的粉尘粒子，从而降低叶片磨损的程度，使叶片寿命得到提升。

3.6 采用高强度耐磨钢材料

高强度耐磨钢种类繁多，大多数的耐磨钢中加入了Cr、Mo、W、Nb、B、Ti、V等多种合金元素。耐磨钢的生产方式和普通钢材并没有很大的区别，主要是热处理的方式和表面处理的方法上有所不同。高强度耐磨钢的屈服强度和拉伸强度比一般普通耐材要高，并且它的延展性也较好。使用高强度耐磨钢作为叶轮或者叶片的材料，可以大大提高其使用寿命，使其耐磨性相比于普通结构钢大大增强，能更好地在含尘环境下运行工作。

4 结语

本文从离心通风机的应用环境、结构和工作原理上分析了离心通风机发生磨损的几种可能性情况，最后重点讲述了离心通风机从工艺和结构设计上提高耐磨的几种方法，这对做离心通风机研究的相关人员具有一定的参考价值。在选择具体的耐磨方法的时候，必须结合离心通风机的使用环境和使用条件，合理地选择性价比高的防磨措施。