張旭朋+劉軍+顧春榮

摘 要：針對國外某煤氣風(fēng)機價格昂貴且供貨周期長等問題，對此產(chǎn)品的國產(chǎn)化進行了可行性分析及實施，闡述了國產(chǎn)化方案的實施過程與技術(shù)改進，為風(fēng)機國產(chǎn)化提供了依據(jù)與指導(dǎo)。

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

中圖分類號：TQ545 文獻標(biāo)識碼：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)機由日本生產(chǎn)，擔(dān)負著該公司焦?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)機自投入運作以來，其零部件的供應(yīng)一直依賴于日本廠家，產(chǎn)品價格昂貴且供貨周期較長。為打破國外煤氣排送風(fēng)機的技術(shù)壟斷，降低風(fēng)機的采購成本，決定對此煤氣風(fēng)機進行國產(chǎn)化技術(shù)攻關(guān)，并將國產(chǎn)化后的風(fēng)機應(yīng)用于該公司新建焦?fàn)t。

1 煤氣風(fēng)機國產(chǎn)化的可行性分析

1.1 技術(shù)可行性論證

為了評價進口煤氣風(fēng)機國產(chǎn)化的制造技術(shù)風(fēng)險，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)機公司完全具備制造類似煤氣風(fēng)機的能力，此類風(fēng)機的國產(chǎn)化工作在技術(shù)上是可行的。

1.2 經(jīng)濟效益可行性分析

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

2 測繪與試驗

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

2.1 材質(zhì)的選取

對于風(fēng)機主要零部件的選材，通過查閱相關(guān)使用說明書以及對材質(zhì)進行金相化驗，可獲得其各零部件的材質(zhì)。隨著技術(shù)的進步和工程領(lǐng)域高參數(shù)需求的發(fā)展，經(jīng)過多年的引進與吸收，目前，國內(nèi)滿足煤氣風(fēng)機葉輪強度等級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簡單的測量過程，對復(fù)雜、關(guān)鍵零部件幾何尺寸的精確測繪是煤氣風(fēng)機國產(chǎn)化工作的第一要求。機殼、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

作為轉(zhuǎn)動部件，煤氣風(fēng)機轉(zhuǎn)子在設(shè)計、加工與裝配等過程中不可避免地存在誤差，進而在運作時產(chǎn)生離心慣性力，引發(fā)振動、噪聲，甚至破壞性事故。因此，需要對轉(zhuǎn)子進行動平衡試驗，使其達到允許的平衡精度。

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，對轉(zhuǎn)子的出廠試驗采用了超速性能試驗，轉(zhuǎn)速達12 320 rpm。

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

3 技術(shù)關(guān)鍵與改進措施

進口風(fēng)機的國產(chǎn)化工作不是簡單的測繪仿造，而是要針對設(shè)計和試用過程中發(fā)現(xiàn)的問題加以改進和完善。

3.1 機殼鑄件的密封與支承

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

針對機殼泄露問題，相關(guān)技術(shù)人員提出了采用膠補的解決方法。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

作為煤氣風(fēng)機，防爆是必須考慮的，同時，還要考慮強度、耐腐蝕性、生產(chǎn)成本等各種因素。由于國外風(fēng)機運行時間較長，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，將此項作為一個重點進行研究，最終采用了鑄鐵集流器，并在表面澆注防爆材料的設(shè)計方案。

3.4 工作介質(zhì)的密封

由于風(fēng)機的工作介質(zhì)為煤氣，因此，決定了風(fēng)機設(shè)計與制造中存在諸多技術(shù)難點與關(guān)鍵點，尤其是風(fēng)機軸端的密封問題。目前，風(fēng)機常用的密封方式有迷宮式密封、浮環(huán)密封、機械密封、干氣密封等，根據(jù)現(xiàn)場的實際需求，采用迷宮+水密封的方式對煤氣進行隔絕，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，實現(xiàn)了工作介質(zhì)的密封。

4 運行效果和經(jīng)濟效益

煤氣風(fēng)機的國產(chǎn)化設(shè)計過程中充分運用了先進的設(shè)計理論，采用單級高速、雙進氣、雙支撐及防爆設(shè)計技術(shù)，國產(chǎn)化風(fēng)機設(shè)計流量為61 200 m3/h，壓升為30 kPa，產(chǎn)品實測效率比國內(nèi)現(xiàn)有多級鼓風(fēng)機產(chǎn)品提高了5%以上，比進口產(chǎn)品效率高2%左右。目前，風(fēng)機運行狀態(tài)良好，現(xiàn)場檢測結(jié)果達到了設(shè)計要求。

對于本次煤氣風(fēng)機國產(chǎn)化的費用，通過與日本風(fēng)機進行對比，國產(chǎn)風(fēng)機制造所需的成本僅為進口風(fēng)機價格的1/5～1/4.此外，國產(chǎn)化風(fēng)機制作周期為進口供貨周期的1/3.

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

參考文獻

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[2]于德梅，劉桂艷.大型焦?fàn)t煤氣風(fēng)機設(shè)計[J].通用機械，2014（08）.

〔編輯：張思楠〕