1、風機的磨損機理
1.1風機磨損的原因
風機葉輪磨損，實際上是一種噴砂型的固體粒
子對靶材表面的沖蝕。固體粒子沖擊到靶材表面
上，一般都會造成靶材的沖蝕破壞。靶材的耐磨性
或耐沖蝕性反比于一定工作環境下單位重量的磨
粒沖擊材料表面造成的靶材重量或體積損失。
風機葉片的磨損形式通常分為侵蝕磨損、化學磨損、疲勞磨損和磨粒磨損等。風機工作時，含塵氣流中塵粒與氣體分兩相流動，氣體從風機入口向出口流動時偏轉900，由于塵粒具有動量，質量較大的塵粒進人流道后加速向葉片工作面與后盤的交界處、葉片工作面流動，也有少量的塵粒向葉片非工作面流動。粉塵粒子進入葉輪后與壁面相互作用，在離心流道的進口區域和整個軸向流道內，基本上是在氣流的夾帶及自身慣性的綜合作用下以非零攻角碰撞壁面，然后又反彈進入流道內，這樣引起的壁面材料的磨損是典型的沖蝕磨損；而在離心流道的出口區域內，塵粒在流道內運動了較長一段距離，大部分和壁面發生過多次碰撞，基本上沿著壓力表面滑動或滾動，并對壁面有著一定的壓力作用，這樣造成背面材料的磨損屬于擦傷式磨粒磨損，塵粒在壓力面附近區域的集中更加劇了磨粒磨損的危害程度。葉片磨損主要由固粒對葉片的沖蝕磨損和固粒在葉片表面運動的擦傷式磨粒磨損組成，前者主要發生在葉片前部，后者則主要發生在葉片尾部。磨損的具體情況視葉輪材料的物理性能和機械性能、塵粒的硬度、形狀、流速、入射角而定。
1.2磨損率與壽命
對于金屬材料的摩擦，葉片的磨損率定義為單位時間界面被磨蝕的平均厚度，可用式(1)表示。
2、影響風機磨損的因素
影響離心風機磨損的因素很多，有風機本身的因素，也有系統的因素。
(1)氣體中塵粒的硬度
塵粒對金屬的磨損是由塵粒對金屬的撞擊和擦傷兩種作用構成的，但其先決條件是塵粒被壓入金屬，使之形成一個塑性的凹坑，在大量塵粒的連續作用下，這些凹坑將逐漸形成一個塑性變形的薄層。當塵粒的作用負荷超過塑性變形層的極限強度時，這一表層即被破壞而掉落，造成磨損。當塵粒的硬度較高并超過風機流道部件的硬度時，就會打擊或磨損其所接觸的流道壁面，如同銼刀在工件上銼削一樣。塵粒硬度越高，風機中的流道壁面就被磨損得越快。
塵粒硬度對葉輪的磨損影響可用粉塵硬度Ha與葉片材料硬度hm的比值描述，HJH越大，葉輪的磨性率越大。HJHm≤0.64時表現為軟料磨損，葉輪的磨損率較低；HJHm> 0.64時表現為硬磨料磨損，葉輪的磨損率較大。
(2)葉輪的材質
葉輪耐磨性能與其材料的硬度關系很大，一般而言，葉輪材料的硬度越高，則抗沖擊能力越強，耐磨性能越好。但葉輪的耐磨性不僅取決于材料硬度，而且還與材料成分有關。經過熱處理后的各種不同成分的鋼，雖然硬度相同，卻有不同的耐磨性。如40鋼和16Mn熱處理后硬度相近，但16Mn比40鋼耐磨性強得多。由此可見，提高材料的耐磨性，既要提高材料硬度，也要選用合適的材料。
(3)氣體的含塵濃度和速度
葉輪的磨損量F與氣體含塵濃度和速度的關系可用式(3)表示。
F=cvn (3)
式中，F-葉輪的磨損量，m;r—氣體含塵濃度，kg/m3；v—氣體的速度，m/s; n-速度指數，一般取n=2.0~3.0。
葉輪的磨損量與氣體的含塵濃度成正比，粉塵濃度越大，單位時間內固體顆粒撞擊葉輪葉片壁面次數和頻率越高，葉輪葉片磨蝕越嚴重；葉輪的磨損量與氣體運動速度的n次方成正比，速度越大，塵粒的離心力和動能越大，對葉輪的沖擊越大，磨損越嚴重。
(4)塵粒的入射角
粉塵粒子的入射角是影響磨損量的一個重要參數，磨損量隨入射角的變化規律如圖1。對于脆性材料，塵粒入射角越大則磨損量越大，入射角為90°時磨損率達到峰值，主要是疲勞脫落；對于塑性材料，入射角為150～250時磨損量最大，主要是切削磨損。因此，確定入射角時要避開兩峰值對應的入射角，選擇最佳入射角，以期達到減少磨損的目的。
(5)塵粒的粒徑與形狀
塵粒的沖擊能量E與其粒徑d的立方成正比，即，塵粒的直徑越大，沖擊能量越大，粒子的能量增加容易擊穿被磨材料的表面，使葉輪的磨損速率增加。但當粒度在50～lOOμm以上時，磨損量就不再以正比例關系增加了，而趨于一定值。
塵粒在風機流道中具有壓入鋼板的能力，其能力不僅取決于它的硬度，還與塵粒的幾何形狀和大小有關。具有棱錐或其它刃尖凸出表面形狀的物體往往能在本身形狀不被破壞的情況下，較表面圓滑的塵粒更容易壓入硬度比它軟的物體。
(6)葉片的形狀
葉輪葉片形狀對磨損的程度有著重要的影響。一般單直型葉片通風機，比機翼型葉片通風機耐磨，后向式葉片通風機，比前向式葉片通風機耐磨。高效機翼型葉片通風機由于其壓力系數較低，葉片直徑大，圓周速度高，磨損程度也大。因此，通過設計改變葉片型式和葉片角度，可以減少或避免葉輪葉片的磨損。
(7)吸附現象舊
粉塵中因含“濕”或分子吸附以及顆粒的摩擦或碰撞引起的靜電吸引，使粒徑較小的塵粒粘附于流道壁面上。氣固兩相流風機中，微粒的粘附大多出現在葉輪的出口處或突出處，它的出現會改變流道，惡化風機性能，腐蝕葉輪葉片。
3、風機的防磨措施
3.1提高除塵系統的效果
煙氣中的粉塵顆粒是導致風機磨損的根源，提高除塵設備效率，降低粉塵濃度，是防止風機磨損最有效的方法。對于產塵設備和產塵點，必須設置高效率的除塵系統，決不能采取只設通風機而不設置凈化設備的排塵方式。在除塵系統中，一般應將通風機安裝在除塵設備之后運行，以保證風機在凈化后的氣流中工作，消除磨損條件。在條件允許的情況下，應盡量采用效率高的除塵設備，提高氣體的凈化程度。對于除塵設備，還要根據其結構特點，定期進行維護和檢修，確保其正常的工作條件。
3.2控制合理的運行工況點
風機運行工況的變化，對葉輪內氣固兩相流動具有較大影響。當流量偏離風機的設計流量時，風機內顆粒的運動軌跡將發生變化，粉塵粒子對盤蓋和葉片的碰撞位置前后移動，磨損量相應地發生改變。總的來說，當實際流量向小流量偏移時，有利于減少葉輪的磨損；偏離設計工況較多時，風機的磨損狀況將惡化。因此，必須優化和合理控制風機的運行工況。對某個特定條件風機，一般最小流量等于設計流量的80%時，對減少葉輪的磨損較有利。
3.3選擇耐磨風機
不同類型的風機耐磨程度不同，一般大而低速的風機抗磨性好，單板或空心翼形葉片的離心風機總比軸流風機耐磨性好。與軸流風機相比．離心風機通常可提供4-5倍的抗磨性。目前我國已生產制造出幾種型號的耐磨風機，如C4-73型，適用于抽排含塵氣體，M7-29型，適用于粉粒物質的輸送。耐磨風機的蝸殼部分用鋼板焊接，內襯有護板，以便磨損后更換。葉輪全部采用碳素彈簧焊接，葉片系前向型。在粉塵氣流中工作的風機，應優先選擇具有一定耐磨特性的風機。
3.4降低風機轉速
從前面的分析知道，風機的磨損受其轉速的影響較大，轉速越高，磨損越嚴重。在滿足了系統流量、壓力要求的前提下，選擇低比轉數的風機，可降低風機轉速以減輕磨損。
3.5提高葉片的耐磨性
(1)葉片表面進行防護處理
對葉片表面進行滲碳、滲硼、涂刷防磨涂料、噴焊耐磨合金等工藝處理，使金屬表面形成硬而耐磨的保護層，可提高葉片的抗磨性。常用的是葉片表面滲碳處理，使金屬表面形成硬而耐磨的碳化鐵層，并保持鋼材芯部的韌性。由于鋼材在組織狀態呈奧氏體時，吸收碳的能力最強，所以在滲碳過程中，必須把葉片加熱到能使內部組織轉變為奧氏體所需要的溫度。但溫度不宜過高，否則，易引起晶粒變大和表面層含碳過高而出現脆性，致使葉片容易產生裂紋。一般滲碳溫度應控制在900℃左右。滲碳層越深，防磨效果越好，但脆性越大，葉片易斷裂。實際滲碳時，滲碳層的厚度和部位，要根據葉片厚度和磨損情況以及滲碳工藝決定。
(2)葉片表面設防磨塊
由于粉塵粒子在磨損部位的基本運動方式是沿著葉片的表面滑動或滾動，并對表面有一定的壓力作用，在葉片工作面上沿軸向加裝突出橫條，可阻擋這種運動，改變粉塵粒子的運動方向，從而使粉塵粒子跳離葉片表面，如同氣流在葉片工作面上形成一空氣墊對其起保護作用，可以延長風機使用壽命1～2倍。在葉片工作面上加裝錯列的突起小塊，也能起到防磨作用。風機葉片加焊防磨小塊后，應對風機葉輪作靜平衡和動平衡校正，以保證葉輪運轉平穩。對于小型風機，可不作動平衡校正，僅作靜平衡校正。
(3)葉片表面加防磨襯板
在葉片的易磨損區加防磨襯板或堆焊耐磨層，同樣可防止葉片磨損。一般可在葉片工作面、非工作面、葉片頭易磨損區加16Mn低合金襯板。工作面由于磨損嚴重，還可在襯板上堆焊耐磨層來提高其耐磨性能。如在葉片工作面的防磨襯板上可堆焊條狀耐磨層，在葉片頭的一定區域內堆焊3~5mm厚的耐磨層；非工作面磨損很小，僅加襯板即可。防磨襯板需要預制成與葉片形狀一致，以免組裝時產生焊接應力。在堆焊耐磨層之前，要對襯板進行除銹、預熱處理．焊條要烘干，以防止耐磨層產生裂紋、氣孔等缺陷。
(4)葉片表面粘接耐磨陶瓷
陶瓷材料具有高耐磨、高耐腐蝕、低密度、低摩擦系數、高硬度的優點。在沖角較小時，陶瓷和金屬、橡膠相比磨損最小。在葉片表面粘接陶瓷材料，即在葉片易磨損部位粘接厚度1.5 mm陶瓷片，對提高葉片抗磨損能力非常有效。由于陶瓷片厚度小，對葉輪質量增加很小，不影響葉輪設計強度和風機啟動時的慣性矩。值得注意的是，陶瓷材料與鋼材料的膨脹差大，葉片的工作溫度不能太高；必須保證粘接的復合強度，防止耐磨陶瓷在運行中的脫落；要保證葉片表面平整，沒有噴涂層。
(5)設置耐磨刃口
風機葉片的頭部一般磨損較為嚴重，提高葉片頭部抗磨性能非常關鍵。采用由復合硼化鐵組成的燒結硬質合金耐磨葉片前緣是一項有效措施。為了使風機具有良好的空氣動力性能，前緣刃口的外形應制造精確，耐磨刃口可以用擴散結合電子束焊接技術制造。
3.6改進風機的結構
(1)合理選用進風口
從氣一固兩相流運動規律出發，分析粒子的運動及磨損機理，從氣動角度改變風機中粒子的運動軌跡，是一種從設計方面改善風機磨損的方法。合理選用風機進風口就是改善風機的進氣條件和含塵氣流運動方式，降低風機磨損。實踐證明，當采用普通圓柱形進風口時，風機磨損嚴重，且不均勻；當改裝喇叭型進風口以后，葉片進口磨損變輕，且磨損均勻。
(2)變中空葉片為實心葉片
這種方法主要針對的是機翼型葉片。由于機翼型葉片是中空的，所以當葉片磨穿后會有塵粒進入，破壞風機的平衡，使風機壽命進一步縮短。為了避免這一現象，可將空心葉片做成等厚度實心直板葉片。但當葉片進出口寬度太大時，改成直板葉片后其強度和剛度會有所下降，會產生變形，此時可在位于前盤與后盤中部兩個相鄰葉片之間增設加強筋板（如圖2）。為增加葉片的抗磨性能，在葉片進出口部位可再堆焊耐磨焊條FeO5。
(3)選用較窄的葉片
葉片的磨損率與其自身的安裝角和氣流的流入角有密切的關系。對于硬度較低的塑性材料，磨損量最大發生在撞擊角150—300之間，其影響程度又與葉片形狀有關。當葉片的壓力面是圓弧形時，通常存在與塵粒構成最不利的撞擊角部位，使這部位的切削能力加強，形成磨損最嚴重的地方。而對于較窄的直板葉片離心風機，只要合理設計葉片安裝角，磨損則相對較輕。
(4)采用前置防磨葉柵或增加導向葉片
風機的磨損部位之所以很不均勻，其原因是氣流中固體粒子分布不均勻，濃度大的地方磨損嚴重，濃度小的地方磨損輕。采用前置防磨葉柵或增加導向葉片都是從氣體動力學的角度出發，控制粒子運動使其均勻分布，從而降低磨損的方法。當葉輪安裝了前置防磨葉柵后，葉輪運轉時前置葉柵隨之轉動，產生一股可驅散粒子束的氣流，強制使其軌道半徑減少，阻止粒子向后盤及葉根處運動，使固體粒子沿葉輪進口邊比較均勻的分布，從而將粒子的集中磨損轉化為均勻磨損，提高葉輪耐磨性，延長風機使用壽命。
4、風機的抗磨改造實踐
某磚瓦企業一旋風除塵器配套一離心引風機，型號為№6-12。使用中發現葉輪葉片后盤部位磨損嚴重．平均1個月左右修理或更換一件葉輪，維護費用高，影響工藝生產。為了提高葉輪的抗磨性，決定對葉輪進行改造。本著減少投資的原則，改造中利用了原風機機殼、電機、軸及傳動裝置，并保持風機的流量、風壓、轉數等參數不變，僅改進葉輪結構及配套集流器。具體如下：
(1)葉輪改為鋸齒形中盤直板葉片型葉輪(如圖3)。這種葉輪的特點是葉片工作面出口處沒有中盤，而使整個中盤呈鋸齒形。煙氣從左右前盤入口進入葉輪后，煙氣中塵粒不與中盤相撞，而是隨左右側氣流匯合后共同到達出口。左右側氣流匯合后使部分塵粒還未來得及到達葉輪工作面就已經飛出了葉輪，避免大量塵粒與中盤相撞而集中磨損。盡管有一部分塵粒由于與對側的氣流及塵粒相撞而消耗了能量，在離心力的作用下到達葉片對葉輪產生磨損，但是數量大為減少。因磨損面積由原來中盤根部擴展到大部分的葉片工作面，所以單位面積的磨損量減少了，且對葉片均勻磨損。
(2)改變氣流中塵粒的入射角。葉片出口安裝角從原30。提高到55。，使氣體塵粒的入射角盡量避開葉片磨損最嚴重的200～300角，提高葉輪的壽命。
(3)增加葉片防磨襯板。在葉片上焊接6Mn材料的村板，增強葉片的抗磨損性能。
新葉輪使用一個修理周期（半年）以后，葉片中盤根部僅有輕微的磨損，且磨損均勻，經局部補焊校驗平衡后仍可繼續使用。可見，鋸齒形葉輪的改造應用，較好地解決了葉輪磨損不均勻的現象，同時也大幅度地減輕了葉輪的磨損。
5、結束語
磚瓦工業風機大多數為氣一同兩相流風機。氣一固兩相流風機磨損的原因很多，有風機本身的原因，如風機結構形式、材質等；也有除塵系統狀態原因，如粉塵性質、濃度等。風機的防磨損措施，大體可分為兩大類：被動防磨和主動防磨。被動防磨是選取適當的耐磨材料或對被磨材料進行適當的耐磨處理。雖然被動防磨方法在防磨方面起到了一定的作用，但卻不從根本上消除和緩解磨損的發生。主動防磨也稱為氣動防磨，主要是從氣一固兩相流的動力學特征人手，對流體機械本身進行抗磨損等的優化設計，對流動參數進行控制與優化配置。氣動防磨才是解決帶粒流磨損問題的根本。
