一種煤氣排送鼓風(fēng)機(jī)的國產(chǎn)化技術(shù)總結(jié)

張旭朋+劉軍+顧春榮

摘 要：針對(duì)國外某煤氣風(fēng)機(jī)價(jià)格昂貴且供貨周期長等問題，對(duì)此產(chǎn)品的國產(chǎn)化進(jìn)行了可行性分析及實(shí)施，闡述了國產(chǎn)化方案的實(shí)施過程與技術(shù)改進(jìn)，為風(fēng)機(jī)國產(chǎn)化提供了依據(jù)與指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：煤氣風(fēng)機(jī)；國產(chǎn)化；焦?fàn)t煤氣；焊接應(yīng)力

中圖分類號(hào)：TQ545 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.05.088

某鋼鐵廠一至三期工程使用的煤氣排送鼓風(fēng)機(jī)由日本生產(chǎn)，擔(dān)負(fù)著該公司焦?fàn)t煤氣輸送的重任，其主要技術(shù)參數(shù)為：工作介質(zhì)為焦?fàn)t煤氣，工作溫度32 ℃（最高為35 ℃），風(fēng)量為65 000 N·m3/h，轉(zhuǎn)速為5 116～7 308 rpm，升壓為20.58 kPa。

風(fēng)機(jī)自投入運(yùn)作以來，其零部件的供應(yīng)一直依賴于日本廠家，產(chǎn)品價(jià)格昂貴且供貨周期較長。為打破國外煤氣排送風(fēng)機(jī)的技術(shù)壟斷，降低風(fēng)機(jī)的采購成本，決定對(duì)此煤氣風(fēng)機(jī)進(jìn)行國產(chǎn)化技術(shù)攻關(guān)，并將國產(chǎn)化后的風(fēng)機(jī)應(yīng)用于該公司新建焦?fàn)t。

1 煤氣風(fēng)機(jī)國產(chǎn)化的可行性分析

1.1 技術(shù)可行性論證

為了評(píng)價(jià)進(jìn)口煤氣風(fēng)機(jī)國產(chǎn)化的制造技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，需要分析國內(nèi)加工制造技術(shù)水平，明確加工的精度與性能能否滿足要求。制造煤氣鼓風(fēng)機(jī)的技術(shù)關(guān)鍵是要解決鍛造、加工精度和焊接應(yīng)力的消除等問題。經(jīng)過調(diào)研分析，結(jié)合我國在風(fēng)機(jī)材料、密封等方面的技術(shù)水平現(xiàn)狀，目前，國內(nèi)的大型風(fēng)機(jī)公司完全具備制造類似煤氣風(fēng)機(jī)的能力，此類風(fēng)機(jī)的國產(chǎn)化工作在技術(shù)上是可行的。

1.2 經(jīng)濟(jì)效益可行性分析

進(jìn)口煤氣風(fēng)機(jī)的國產(chǎn)化需要進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益的可行性分析，了解進(jìn)口產(chǎn)品價(jià)格和國產(chǎn)化生產(chǎn)成本，并評(píng)估進(jìn)口和國產(chǎn)產(chǎn)品的使用壽命，從而比較進(jìn)口與國產(chǎn)產(chǎn)品之間的性價(jià)比。此外，還要著重考慮交貨周期等因素。通過詢價(jià)和計(jì)算，國產(chǎn)風(fēng)機(jī)制造所需的成本僅為進(jìn)口風(fēng)機(jī)價(jià)格的1/5～1/4；在使用壽命方面，采用高強(qiáng)度材料后，國產(chǎn)化煤氣風(fēng)機(jī)將比進(jìn)口風(fēng)機(jī)壽命更長，備件方面也更加便宜。

2 測繪與試驗(yàn)

由于國外對(duì)進(jìn)口煤氣風(fēng)機(jī)的核心零部件信息封鎖，只能依靠對(duì)進(jìn)口樣機(jī)的測繪來完成資料的準(zhǔn)備工作。測繪原則為：在對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行測繪的基礎(chǔ)上，采用國內(nèi)相關(guān)離心風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)模型進(jìn)行校核后再設(shè)計(jì)。該風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，但對(duì)機(jī)加工的精度要求較高，因此，風(fēng)機(jī)的測繪工作將直接影響其工作性能。

2.1 材質(zhì)的選取

對(duì)于風(fēng)機(jī)主要零部件的選材，通過查閱相關(guān)使用說明書以及對(duì)材質(zhì)進(jìn)行金相化驗(yàn)，可獲得其各零部件的材質(zhì)。隨著技術(shù)的進(jìn)步和工程領(lǐng)域高參數(shù)需求的發(fā)展，經(jīng)過多年的引進(jìn)與吸收，目前，國內(nèi)滿足煤氣風(fēng)機(jī)葉輪強(qiáng)度等級(jí)要求的材料有雙相不銹鋼鋼、鈦合金和低合金結(jié)構(gòu)鋼。此次國產(chǎn)化過程中葉輪選用的材質(zhì)為雙相不銹鋼，主軸材質(zhì)為42CrMo。

2.2 幾何尺寸測繪

測繪過程并不是一個(gè)簡單的測量過程，對(duì)復(fù)雜、關(guān)鍵零部件幾何尺寸的精確測繪是煤氣風(fēng)機(jī)國產(chǎn)化工作的第一要求。機(jī)殼、葉輪等零部件的型線是三維的，其測繪必須依靠高端測備，以保證測繪的精度。

2.3 試驗(yàn)

作為轉(zhuǎn)動(dòng)部件，煤氣風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子在設(shè)計(jì)、加工與裝配等過程中不可避免地存在誤差，進(jìn)而在運(yùn)作時(shí)產(chǎn)生離心慣性力，引發(fā)振動(dòng)、噪聲，甚至破壞性事故。因此，需要對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)，使其達(dá)到允許的平衡精度。

考慮到要國產(chǎn)化轉(zhuǎn)子的高速性能要求和在高速條件下材質(zhì)力學(xué)性能的變化，對(duì)轉(zhuǎn)子的出廠試驗(yàn)采用了超速性能試驗(yàn)，轉(zhuǎn)速達(dá)12 320 rpm。

由于風(fēng)機(jī)工作介質(zhì)為焦?fàn)t煤氣，殼體必須具備良好的密封性能，因此，對(duì)殼體進(jìn)行了水壓試驗(yàn)，保證無滲漏。

3 技術(shù)關(guān)鍵與改進(jìn)措施

進(jìn)口風(fēng)機(jī)的國產(chǎn)化工作不是簡單的測繪仿造，而是要針對(duì)設(shè)計(jì)和試用過程中發(fā)現(xiàn)的問題加以改進(jìn)和完善。

3.1 機(jī)殼鑄件的密封與支承

機(jī)殼經(jīng)過測繪、設(shè)計(jì)、鑄造加工，進(jìn)入工廠測試。在進(jìn)行水壓試驗(yàn)時(shí)，機(jī)殼本體與冷鐵結(jié)合部分發(fā)生了泄漏。針對(duì)這個(gè)情況，現(xiàn)場停止了下一步的裝配，與制造公司的加工技術(shù)人員對(duì)此進(jìn)行了討論，以尋求解決方法。

針對(duì)機(jī)殼泄露問題，相關(guān)技術(shù)人員提出了采用膠補(bǔ)的解決方法。通過查閱資料及討論，確定了此方案的可行性，最終通過此方法解決了機(jī)殼滲水問題。

3.2 葉輪效率的提高

葉輪采用三元流葉輪，效率高，半開式無前盤，葉片附加離心力小。材料為鍛制不銹鋼，五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工中心整體銑制加工而成。

3.3 集流器防爆設(shè)計(jì)

作為煤氣風(fēng)機(jī)，防爆是必須考慮的，同時(shí)，還要考慮強(qiáng)度、耐腐蝕性、生產(chǎn)成本等各種因素。由于國外風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間較長，集流器表面被煤焦油覆蓋，僅能看到材質(zhì)為鑄鐵，如何防爆無從知曉。因此，金通靈公司成立科研攻關(guān)小組，將此項(xiàng)作為一個(gè)重點(diǎn)進(jìn)行研究，最終采用了鑄鐵集流器，并在表面澆注防爆材料的設(shè)計(jì)方案。

3.4 工作介質(zhì)的密封

由于風(fēng)機(jī)的工作介質(zhì)為煤氣，因此，決定了風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)與制造中存在諸多技術(shù)難點(diǎn)與關(guān)鍵點(diǎn)，尤其是風(fēng)機(jī)軸端的密封問題。目前，風(fēng)機(jī)常用的密封方式有迷宮式密封、浮環(huán)密封、機(jī)械密封、干氣密封等，根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際需求，采用迷宮+水密封的方式對(duì)煤氣進(jìn)行隔絕，以防煤氣的泄漏。此外，為了防止水通過密封流入到機(jī)體，在密封處設(shè)置了擋水盤，通過離心力的作用將水甩出，實(shí)現(xiàn)了工作介質(zhì)的密封。

4 運(yùn)行效果和經(jīng)濟(jì)效益

煤氣風(fēng)機(jī)的國產(chǎn)化設(shè)計(jì)過程中充分運(yùn)用了先進(jìn)的設(shè)計(jì)理論，采用單級(jí)高速、雙進(jìn)氣、雙支撐及防爆設(shè)計(jì)技術(shù)，國產(chǎn)化風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)流量為61 200 m3/h，壓升為30 kPa，產(chǎn)品實(shí)測效率比國內(nèi)現(xiàn)有多級(jí)鼓風(fēng)機(jī)產(chǎn)品提高了5%以上，比進(jìn)口產(chǎn)品效率高2%左右。目前，風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)良好，現(xiàn)場檢測結(jié)果達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

對(duì)于本次煤氣風(fēng)機(jī)國產(chǎn)化的費(fèi)用，通過與日本風(fēng)機(jī)進(jìn)行對(duì)比，國產(chǎn)風(fēng)機(jī)制造所需的成本僅為進(jìn)口風(fēng)機(jī)價(jià)格的1/5～1/4.此外，國產(chǎn)化風(fēng)機(jī)制作周期為進(jìn)口供貨周期的1/3.

煤氣風(fēng)機(jī)國產(chǎn)化的成功實(shí)施有效保證了鋼廠冶金系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，降低了公司的設(shè)備采購和維護(hù)成本，同時(shí)，對(duì)此類風(fēng)機(jī)的國產(chǎn)化工作具有重要的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

[1]張宴欣，劉維民，孫寶東.煤氣鼓風(fēng)機(jī)的選擇[J].燃料與化工，2009（05）.

[2]于德梅，劉桂艷.大型焦?fàn)t煤氣風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)[J].通用機(jī)械，2014（08）.

〔編輯：張思楠〕