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  【摘要】分析了大型電站鍋爐鼓引風機主軸采用焊接空心軸的可行性。介紹了空心軸焊接的具體工藝方法。指出了其實用效果及經(jīng)濟效益。 前言 隨著電站單機容量的增加，離心通風機的尺寸、重量將大大增加。平輿電廠60萬kw機組采用的Y4-2X73№37F型雙吸離心式引風機，其葉輪直徑達3.7m，主軸軸頸為360mm，全長為11195mm，重量達23700kg。這不僅給制造、運輸、安裝、運行及維修帶來困難，而且還提高了制造成本和設(shè)備價格。 由于主軸較重需采用滑動軸承，相應(yīng)的配有潤滑油站、高位油箱及盤車裝置等許多輔助設(shè)備，既增加了設(shè)備的投資，又占用了較大的生產(chǎn)場地。因此，在大型通風機中采用空心軸是一個急需解決的大問題。 目前，國產(chǎn)大型通風機采用空心主軸結(jié)構(gòu)的甚少，而部分進口離心式引風機普遍采用了空心軸的結(jié)構(gòu)，并且運行良好。如清河、馬頭、神頭3個電廠從前蘇聯(lián)引進的7臺20萬kw燃煤鍋爐，其中14臺Ⅱ25x2ⅢB型離心式引風機均采用了空心主軸的結(jié)構(gòu)，黃臺電廠從日本引進的1臺30萬kw燃煤鍋爐所配置的離心式引風機也采用了空心軸結(jié)構(gòu)；成都電力機械廠為煙臺電廠20萬kw燃煤鍋爐研制了鍛造空心軸（即鍛造后再掏空）已經(jīng)安全運轉(zhuǎn)6年，實踐證明，在大型通風機設(shè)計上采用空心軸結(jié)構(gòu)是完全可行的。 焊接空心軸的主要工作 空心軸在工藝方面需闖三關(guān)。即焊接關(guān)、車工關(guān)及裝配關(guān)。而焊接關(guān)是決定空心軸能否成功的關(guān)鍵。 空心軸焊接結(jié)構(gòu)的設(shè)計 確定Y4-2X73№28.5F引風機中的主軸用空心軸。該風機是雙吸入雙支撐形式，根據(jù)軸的幾何形狀和尺寸，設(shè)計、工藝共同確定了空心軸的結(jié)構(gòu)。主軸中間大部分為厚壁無縫鋼管，空心管的兩端為實心軸頭，實心軸頭與空心管采用焊接的方式連接在一起。 采用這種結(jié)構(gòu)形式的空心軸關(guān)鍵在于：a、空心軸的材料及性能b、焊接坡口的形式及工藝試驗c、空心軸的焊接  2）空心軸的材料及性能 空心軸所用鋼管是從德國進口的無縫鋼管，材料為12C1MoV。此材料為耐熱鋼，在引風機200℃煙氣下工作其機械性能變化不大；且材料的機械性能可以滿足設(shè)計要求；在焊接方面，只要采取合理的工藝措施是可以焊接的。 3）軸頭的材料及性能 軸頭采用16Mn鍛件，材料的機械性能見下表，粗加工后調(diào)質(zhì)處理 &Dela;b（MPa） &Dela;s（MPa &Dela;s（%） ψ（%） Ak（J/cm2） ≥490 ≥245 ≥15 ≥40 ≥50 3）焊接坡口的形式及工藝試驗 焊接坡口形式的確定 要想保證空心軸焊后強度，首先要確定合理的焊接坡口形式，根據(jù)坡口形式去做具體的工藝試驗，采用的坡口形式為下圖，這種坡口形式的優(yōu)點在于，當施焊人員對U型槽底進行氬弧焊封底時，靠鐵水子熔，很容易焊透鋼管與軸頭的接合處。另外，在鋼管距坡口中心處鉆通氬氣保護的通氣孔，在軸頭處鉆出排氣孔。利用氬氣進行封底保護有利于焊縫成型，防止焊縫金屬氧化。這對主軸在運轉(zhuǎn)過程中，因接合處而發(fā)生的疲勞擴散有一定的抑制作用。通過焊接工藝試驗，證明了這種坡口形式是科學(xué)合理的。 焊接工藝試驗 要保證空心軸焊接成功，一定要做必要的工藝試驗，通過試驗做到心中有數(shù)，從而編制出合理的焊接工藝。 12C1MoV鋼抗焊接氫致裂紋敏感性的評定：進行插銷試驗和鐵研試驗。這兩種試驗均采用φ4mm，R317焊條手動電弧焊，焊條經(jīng)過350℃X2h烘干處理。焊接速度：150mm/min，電流170A，電弧電壓：22~25V。 試驗結(jié)果：從插銷試驗和鐵研試驗的結(jié)果，預(yù)熱溫度100℃和150℃對氫裂紋不敏感，沒有氫脆問題。所以確認12C1MoV鋼的預(yù)熱溫度為100~150℃。 12C1MoV鋼埋弧焊焊接接頭抗旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞性能的評定：埋弧焊工藝及焊絲、焊劑。埋弧焊采用雙U型坡口，板厚40mm，手工埋弧焊打底，雙面采用φ4mm，H08CMoVA焊絲，HJ350焊劑。 工藝參數(shù)包括手工氬弧焊和埋弧焊。 手工氬弧焊 電弧電壓：11V焊接電流：180A焊接速度：15.4m/h氬氣流量：9L/min不填焊絲。 埋弧焊 焊接電壓：37V焊接電流：500A焊接速度21m/h試板焊后石棉布保溫緩冷，經(jīng)650~700熱處理 試驗后的結(jié)果表明，旋轉(zhuǎn)疲勞極限343MPa，這一結(jié)果對12C1MoV的材料來說是比較高的。因為工作應(yīng)力不會超過屈服極限395MPa，因此是安全的，用埋伏焊焊接的焊縫不會產(chǎn)生疲勞裂紋。 4）用耐熱鋼R317焊條做斜Y型坡口焊接裂紋試驗，通過這種試驗看其熱影響區(qū)是否產(chǎn)生冷裂紋，也可看出焊縫冷裂紋、熱裂紋或再熱裂紋。 5)通過鋼性固定對接試驗看其焊縫是否產(chǎn)生熱裂紋或再熱裂紋，也可檢驗熱影響區(qū)是否產(chǎn)生冷裂紋。 6)選用R317焊條做焊接接頭機械性能試驗，各項指標均達到設(shè)計要求，證明所選焊接材料、工藝規(guī)范各項參數(shù)的正確性。 7）鎢極氬弧焊封底試驗。按其焊縫的結(jié)構(gòu)形式模擬加工出焊接時的坡口形式驚醒氬弧焊封底試驗，由此選擇出封底焊的最佳焊接規(guī)范，確定封底電流，從而獲得理想的封底效果。 4、焊前準備工作    1）焊接轉(zhuǎn)胎的調(diào)試 選擇本廠自制10噸轉(zhuǎn)胎，通過調(diào)試使轉(zhuǎn)胎運轉(zhuǎn)過程緩慢、平穩(wěn)，與焊接時的速度相匹配。運轉(zhuǎn)一周，軸的軸向、縱向位置不竄動，周而復(fù)始保持焊縫中心位置不變。 2）焊接加熱器的調(diào)試 由于軸的長度（近10m）所限，只能預(yù)熱一端焊一端。選擇φ670mm紅外線加熱器，用電控柜進行控制加溫，主要預(yù)熱焊縫兩側(cè)，致使溫度保持在150~200℃之間；選用φ330mm的紅外線加熱器，用交流電焊機做電源控制，主要加熱軸頭靠近焊縫側(cè)。這種加熱方法，使軸頭的熱膨脹伸長量走向焊縫，有利焊縫的封底、焊接，保證焊接不產(chǎn)生裂紋。 3）焊接電源的調(diào)試 a、氬弧焊封底所采用的焊接設(shè)備為我廠購置美國Mille公司的焊接設(shè)備。該焊機經(jīng)過調(diào)試，電壓基本不受網(wǎng)絡(luò)電壓影響而波動，焊接時所選用的焊接電流一旦固定，整個焊接封底過程中，電流波動為±1A，保證了封底時既能焊透又成型美觀。 b、多頭式子母焊機是封底后手工電弧焊的設(shè)備。該設(shè)備是通過變阻器來調(diào)節(jié)電流大小的，通過調(diào)試，電流可達預(yù)想的效果。 4）焊工的培訓(xùn) a、對氬弧焊封底的焊工培訓(xùn)。試板的坡口形式與空心軸的坡口形式相同。采用正式焊接的規(guī)范進行操作練習(xí)，工藝人員從理論上、實際操作上進行現(xiàn)場指導(dǎo)，使焊工掌握要領(lǐng)，焊接后對試件檢查、確認，使焊工真正掌握氬弧焊封底要領(lǐng)，為空心軸焊接氬弧焊封底打下堅實基礎(chǔ)。 b、焊工培訓(xùn)的另一個重點是手工電弧焊，在封底后檢查合格的試件上，用R317焊條施焊各層。在焊接過程中，注意坡口兩側(cè)要充分熔合，避免夾渣、未焊透、未熔合等缺陷發(fā)生。在確認工藝規(guī)范的同時，提高焊接技術(shù)，為空心軸一次焊接成功奠定基礎(chǔ)。 三、空心軸的焊接程序 1）拼裝點固 先裝一端軸頭，檢查合格后趁熱裝，將6塊拉筋（40X100X400 Q235A）等分對稱焊至鋼管與軸頭兩側(cè)。 焊條牌號：J427焊條直徑φ4mm 焊接電源：直流反接焊接電流：160~180A 焊腳高度：不大于10mm 然后再熱裝另一端軸頭，按上述要求焊一端軸頭與鋼管的拉筋。 2）焊前準備 a核對按圖樣尺寸要求核對焊接坡口尺寸及空心軸的拼裝點固焊接質(zhì)量。 b清洗將焊接坡口內(nèi)及距焊縫坡口50mm內(nèi)的外表面的油、繡等污物，用丙酮、酒精清洗干凈。 c、安裝好充背氬的沖氬氣系統(tǒng)。 d、將R317焊條：φ4、φ5mm焊條經(jīng)350℃x2h烘干處理；將HJ350焊條經(jīng)350~400℃x2h烘焙處理；將H08CMoVA焊絲：φ4mm焊絲清除油、銹。 e、包保溫材料：將兩焊縫的兩側(cè)分別用無堿玻璃絲棉布包扎好，放到滾輪胎上 f、預(yù)熱將紅外線加熱器根據(jù)主軸距地面高度，調(diào)到合適的位置，并用角鋼做支架，放好焊牢，使主軸能自由轉(zhuǎn)動。預(yù)熱溫度為200~250℃。 g、調(diào)試紅外線預(yù)熱器接通電源，調(diào)試好埋弧自動焊操作架，檢查滾輪轉(zhuǎn)胎啟動是否正常，確保無誤后再正式焊接。 h、充背氬氣流量：3~5L/min；確?？招妮S內(nèi)的空氣完全排出 3)鎢極氬弧焊封底 1、焊接工藝焊接電源為AVE350焊接電流為10~12A氬氣流量為8~12L/min熔池形成時間為5秒，焊接速度為2.52m/h氬氣滯后時間為3~5秒，鎢極自己為φ3mm焊嘴尺寸為φ10mm。焊接時要對稱施焊。 2、后熱將封底焊好的焊縫加熱到350~400℃保溫2~3小時后，緩冷至室溫。 3、檢查對焊縫進行著色探傷檢查。 4、氬弧焊封底焊接另一端焊縫。 5、后熱另一端 6、檢查對焊縫進行著色探傷檢查 4）焊接 1、手工電弧焊將工件用紅外線加熱器預(yù)熱后做手工電弧焊焊條牌號317焊條直徑φ4~5 2、氣割將焊縫處的拉筋用乙炔氣割，割掉。切割時，不可將工件表面割傷。 3、埋弧自動焊將工件用紅外線加熱器預(yù)熱后做埋弧自動焊焊劑：HJ350焊絲：H08CMoVA   焊絲直徑：φ4 4、后熱將焊縫處加熱到350~400℃/2h做消氫處理 5、按上訴工藝手工電弧焊，焊接另一端焊縫 6、氣割另一端的拉筋 7、按上述工藝埋弧自動焊，焊接另一端焊縫 8、檢查按圖樣要求，對焊縫做超聲波檢查，然后再檢查拉筋處的焊縫，若有咬肉、割傷，要進行補焊，補焊工藝與正式焊接工藝相同 5）消應(yīng)力 檢查合格后做消應(yīng)力處理 空心軸的焊接時在有充分的準備，萬事俱備的條件下進行的，焊接過程中，注意坡口兩側(cè)充分熔合，嚴防夾渣、未熔合。焊后清渣，除去焊瘤、飛濺。由于焊工操作認真，工藝人員跟班指導(dǎo)，進行每道焊縫的檢查、認可，從而使空心軸焊后超聲波探傷100%合格，達到國家標準。 空心軸焊接的實用性及經(jīng)濟效益 原實心軸重13600kg，改為空心軸重6660kg，減少重量6940kg，減輕重量達51%。該空心軸在河南安陽電廠運行6年，情況良好?？捎糜?0萬kw發(fā)電機組以上的鍋爐送引風機和150m2以上大型燒結(jié)引風機等風機上。在不計煙氣中粉塵磨損情況下，引風機主軸壽命大于5年，送風機壽命大于8年。經(jīng)計算，各項技術(shù)指標均滿足設(shè)計要求，故可靠性與實心軸基本相同，且臨界轉(zhuǎn)速有所提高，實心軸為960/min，空心軸臨界轉(zhuǎn)速為1089/min，提高11.7%。     原實心軸單價約50萬元，現(xiàn)空心軸單價約15萬元，扣除空心軸廠內(nèi)制造成本略高和首次試制的因素，每根主軸至少可節(jié)約25萬元以上，可見在保證實心軸風機相同利潤的前提下，可降低風機成本，增強了市場的競爭力。  

載塵對通風機特性的影響： (1)粉塵對風機特性線的影響 文獻4證實,通風機的流體載塵對風機的全壓曲線走勢無影響,由于風機載塵濃度和粉塵流量的影響,因而載塵風機實耗功率增大了。當兩種氣體含塵濃度不同流量相同比較中,風機載塵的功率曲線與風機清潔空氣的功率曲線相比,前者走勢明顯上移使功率增大,與此同時載塵風機的全壓效率曲線與清潔空氣的全壓效率曲線相比,前者走勢顯著下降而效率降低。 (2)粉塵對流體阻力的影響 由于流體載塵使管網(wǎng)壓力損失增加,導(dǎo)致流體載塵使筆直傾斜的管網(wǎng)阻力特性線與無變化的載塵風機全壓曲線相交點左移。與此同時載塵風機功率曲線平行在清潔空氣功率曲線之上,致使載塵風機實耗功率不足而迫于減少,使效率下降,最終運行結(jié)果導(dǎo)致額定流量顯著減少。 (3)功率與壓力損失的附加問題討論 文獻[4還提出了載塵風機増加功率與管網(wǎng)阻力附加值,筆者認為的欠缺說明載塵量數(shù)據(jù)的試驗,也沒有表明定量試驗數(shù)據(jù)結(jié)果,只能作為定性說明。 此外20世紀50年代的前蘇聯(lián)《暖通設(shè)計手冊》和日本的井伊谷鋼一主編的《濾袋除塵手冊》(1976年)中,鈴木昭明指出:“除塵工程輸氣管道設(shè)計的含塵濃度在30gNm以下時,除塵管道壓力損失的影響可忽略不計&dquo;。 筆者認為:通風機在管網(wǎng)中工作時,由于葉輪轉(zhuǎn)速、風機導(dǎo)流器可調(diào)葉片或進口導(dǎo)葉節(jié)流調(diào)節(jié)、輸氣溫度、大氣壓力的改變,因此引起通風機特性線改變。但是試驗和實踐證明: 輸氣含塵濃度F&g;30gNim的高載塵流量的增加會使通風機特性線發(fā)生急劇改變。