羅茨風(fēng)機(jī)缺陷分析

山東錦工有限公司是一家專業(yè)生產(chǎn)羅茨鼓風(fēng)機(jī)、羅茨真空泵、回轉(zhuǎn)風(fēng)機(jī)等機(jī)械設(shè)備公司，位于有“鐵匠之鄉(xiāng)”之稱的山東省章丘市相公鎮(zhèn)，近年來，錦工致力于新產(chǎn)品的研發(fā)，新產(chǎn)品雙油箱羅茨風(fēng)機(jī)、水冷羅茨風(fēng)機(jī)、油驅(qū)羅茨風(fēng)機(jī)、低噪音羅茨風(fēng)機(jī)，贏得了市場(chǎng)好評(píng)和認(rèn)可。

羅茨風(fēng)機(jī)是一種容積式空氣壓縮機(jī)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、風(fēng)機(jī)內(nèi)腔不需要潤(rùn)滑油、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于石化、建材、電力產(chǎn)業(yè)等諸多領(lǐng)域。風(fēng)機(jī)主要由機(jī)體和兩個(gè)“8”字形葉輪組成，通過一對(duì)同步齒輪，兩轉(zhuǎn)子呈反方向等速旋轉(zhuǎn)，并依靠葉輪與葉輪之間、葉輪與墻板之間以及葉輪與機(jī)殼之間的較小間隙，使吸氣腔和排氣腔基本隔絕。在進(jìn)氣腔室中葉輪葉片分離，產(chǎn)生負(fù)壓而吸入空氣；在排氣腔室葉輪葉片嚙合，對(duì)空氣產(chǎn)生擠壓作用，從而實(shí)現(xiàn)升壓排氣。
秦山核電除鹽水系統(tǒng)中，共設(shè)置兩臺(tái)風(fēng)量為2.5m3/min的BK5003型羅茨風(fēng)機(jī)，設(shè)計(jì)為室外安裝，其作用是為化學(xué)廢水池爆氣攪拌裝置提供氣源。本文針對(duì)該型羅茨風(fēng)機(jī)的典型故障與缺陷，從設(shè)備結(jié)構(gòu)原理以及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，分別提出了切實(shí)有效的解決方法。
裝配間隙調(diào)整
裝配間隙分析
羅茨風(fēng)機(jī)中，兩葉輪之間以及葉輪與機(jī)殼之間的間隙稱為徑向間隙，葉輪端部與板墻之間的間隙為軸向間隙。為了保證羅茨風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，必須使兩間隙值合適。若間隙過大，則會(huì)出現(xiàn)被壓縮后的氣體經(jīng)由間隙部分倒流回來的現(xiàn)象，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)效率降低、出力不足；反之若回裝時(shí)間隙過小，則易造成轉(zhuǎn)子卡死，羅茨風(fēng)機(jī)無法運(yùn)行。
隨著機(jī)組正常運(yùn)轉(zhuǎn)后整體溫度的上升，各部件將產(chǎn)生不同程度的受熱膨脹。葉輪由于體積相對(duì)較大，并且處于溫度核心位置而溫升大，因此膨脹量較大；而墻板和機(jī)殼能夠提交相對(duì)較小，并且處于外部而能夠得到大氣的及時(shí)冷卻，所以膨脹量較葉輪要小。由此可以看出，羅茨風(fēng)機(jī)的軸向間隙與徑向間隙，均存在隨著運(yùn)行溫度的升高而減小的趨勢(shì)。
另外，羅茨風(fēng)機(jī)的兩葉輪均靠齒輪端的雙列深溝球軸承來進(jìn)行軸向定位，調(diào)節(jié)該定位軸承與機(jī)殼的相對(duì)位置，可以實(shí)現(xiàn)葉輪軸向間隙的調(diào)節(jié)。從結(jié)構(gòu)上可以分析出，在膨脹累加的作用下，驅(qū)動(dòng)端葉輪板墻間隙的縮小量要大于齒輪端葉輪板墻間隙的縮小量。因此在裝配工作中需要注意，應(yīng)該盡量保證能夠自由伸縮的驅(qū)動(dòng)端齒輪板墻間隙稍大。
軸向間隙調(diào)整
該型羅茨鼓風(fēng)機(jī)并未設(shè)置軸向定位軸承的軸向調(diào)整裝置，因此不具備轉(zhuǎn)子軸向間隙調(diào)整功能。此項(xiàng)缺陷可以通過添加軸向定位軸承調(diào)整墊來解決：
加工厚度合適的調(diào)整墊圈，并將其裝配到軸向定位軸承外圈與軸承座之間或者內(nèi)圈與轉(zhuǎn)子軸肩之間，通過改變調(diào)整墊厚度的方法來調(diào)整葉輪與墻板的軸向間隙。當(dāng)齒輪端葉輪與板墻間隙偏大，而驅(qū)動(dòng)端葉輪與板墻間隙偏小時(shí)，說明葉輪相對(duì)往驅(qū)動(dòng)端偏移，只需更換成更厚的墊圈；反之，只需要將墊圈磨削掉相應(yīng)厚度即可。
齒輪箱脹裂問題與解決方法
該型羅茨風(fēng)機(jī)的放油堵頭及呼吸器螺孔，均設(shè)計(jì)為錐形螺紋，通過螺紋擠壓來實(shí)現(xiàn)壓緊密封。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、密封性能好，但一般需要配合使用生料帶或密封膠來輔助密封。一方面生料帶的使用會(huì)增加錐形螺紋的直徑，增加脹緊力；另一方面齒輪油箱一般為鑄鐵材質(zhì)且壁厚較薄，脆性較大，在薄邊處非常容易開裂。因此，在應(yīng)力較大的螺紋孔部位多次出現(xiàn)脹裂問題，嚴(yán)重影響設(shè)備檢修工作。此問題可以從以下幾個(gè)方面來著手解決。
修補(bǔ)裂紋
由于運(yùn)行過程中，齒輪油箱脹裂處無明顯較大應(yīng)力，因此可以通過填充粘接的方式處理?，F(xiàn)場(chǎng)將裂紋略微銼寬后，使用金屬修補(bǔ)劑填滿裂紋，帶修補(bǔ)劑變性成形后，修補(bǔ)多余毛刺。回裝后，齒輪油箱無泄漏現(xiàn)象，運(yùn)行良好。與此類似，也可以采取焊接修補(bǔ)的方式處理。
將碳鋼放油堵頭替換成聚四氟乙烯螺栓
齒輪油箱脹裂的直接原因在于碳鋼放油堵頭的不可壓縮性。而聚四氟乙烯材料具有相對(duì)較大的可壓縮性，與鑄鐵材質(zhì)的齒輪油箱可以實(shí)現(xiàn)良好的螺紋密封并且制造方便。因此，四氟螺栓是碳鋼放油堵頭的良好替代品。現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)過更換處理后，再無齒輪油箱脹裂現(xiàn)象。
將錐管螺紋密封技改為平行螺紋
將錐管螺紋機(jī)加工為平行螺紋后，齒輪箱上的母螺紋孔只承擔(dān)軸向的拉緊應(yīng)力，不存在徑向的張力作用，因而可以從根本上消除齒輪箱脹裂風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于堵頭的密封，將錐形螺紋密封替換為螺栓頭的端面壓力密封，同時(shí)配合橡膠墊圈或密封橡膠圈，完全可以保證零泄漏。該技術(shù)將極大地提高設(shè)備可靠性，同時(shí)降低檢修難度，尤其適合泵與風(fēng)機(jī)類設(shè)備的薄壁厚潤(rùn)滑油箱結(jié)構(gòu)。
嚴(yán)格控制檢修技術(shù)方法
從人員檢修操作上，一方面固化生料帶的使用方法：只纏繞兩到三圈，并且需要露出螺栓端頭的1至2圈螺紋，同時(shí)不需要再額外使用螺紋密封劑；另一方面規(guī)定把緊力矩：手動(dòng)把緊后，再使用扳手把緊半圈，嚴(yán)格禁止過度把緊。
潤(rùn)滑油乳化問題及解決方法
該羅茨風(fēng)機(jī)的齒輪箱潤(rùn)滑油乳化變質(zhì)頻繁，平均每月需要換油一次，影響設(shè)備的正常運(yùn)行，加劇了軸承及傳動(dòng)齒輪的機(jī)械磨損。經(jīng)分析，找到以下漏水部位。
齒輪箱呼吸器
呼吸器內(nèi)部加工有孔道，使齒輪箱直接與大氣聯(lián)通，作用是平衡齒輪箱內(nèi)部的壓力波動(dòng)，減小軸封受力。從結(jié)構(gòu)上分析，呼吸器存在雨水直接由通道進(jìn)入齒輪箱的可能，因此需要采取防雨措施。
主動(dòng)葉輪和從動(dòng)葉輪的軸封
該羅茨風(fēng)機(jī)在室外運(yùn)行，如果在降雨時(shí)啟動(dòng)，則進(jìn)氣中將攜帶大量雨水。而雨水不可壓縮，在葉輪咬合過程中，將被壓縮到軸封附近，對(duì)軸封產(chǎn)生較大沖擊力，加劇軸封的磨損。一旦軸封損壞，水分將沿軸封與齒輪箱潤(rùn)滑油接觸，而直接導(dǎo)致潤(rùn)滑油的乳化變質(zhì)。因此，一方面需要提高油封環(huán)強(qiáng)度；另一方面需要增設(shè)吸入口防雨措施。
針對(duì)秦山核電羅茨風(fēng)機(jī)在運(yùn)行維護(hù)中出現(xiàn)的各類缺陷，如無法調(diào)整軸向間隙、齒輪箱易脹裂以及潤(rùn)滑油乳化頻繁等，綜合分析設(shè)備結(jié)構(gòu)原理與運(yùn)行環(huán)境，得出以下改進(jìn)措施：增設(shè)入口過濾器以及齒輪箱呼吸閥防雨罩；增設(shè)軸向間隙調(diào)整墊片；將放油堵頭等處的錐形螺紋技改為平行螺紋；將碳鋼放油堵頭更換為聚四氟乙烯螺栓。

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