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罗茨风机缺陷分析

罗茨风机缺陷分析

山东锦工有限公司是一家专业生产罗茨鼓风机罗茨真空泵回转风机等机械设备公司,位于有“铁匠之乡”之称的山东省章丘市相公镇,近年来,锦工致力于新产品的研发,新产品双油箱罗茨风机、水冷罗茨风机、油驱罗茨风机、低噪音罗茨风机,赢得了市场好评和认可。

罗茨风机是一种容积式空气压缩机,具有结构简单、风机内腔不需要润滑油、运转平稳、性能稳定等优点,已被广泛应用于石化、建材、电力产业等诸多领域。风机主要由机体和两个“8”字形叶轮组成,通过一对同步齿轮,两转子呈反方向等速旋转,并依靠叶轮与叶轮之间、叶轮与墙板之间以及叶轮与机壳之间的较小间隙,使吸气腔和排气腔基本隔绝。在进气腔室中叶轮叶片分离,产生负压而吸入空气;在排气腔室叶轮叶片啮合,对空气产生挤压作用,从而实现升压排气。
秦山核电除盐水系统中,共设置两台风量为2.5m3/min的BK5003型罗茨风机,设计为室外安装,其作用是为化学废水池爆气搅拌装置提供气源。本文针对该型罗茨风机的典型故障与缺陷,从设备结构原理以及运行经验出发,分别提出了切实有效的解决方法。
装配间隙调整
装配间隙分析
罗茨风机中,两叶轮之间以及叶轮与机壳之间的间隙称为径向间隙,叶轮端部与板墙之间的间隙为轴向间隙。为了保证罗茨风机的正常运转,必须使两间隙值合适。若间隙过大,则会出现被压缩后的气体经由间隙部分倒流回来的现象,导致风机效率降低、出力不足;反之若回装时间隙过小,则易造成转子卡死,罗茨风机无法运行。
随着机组正常运转后整体温度的上升,各部件将产生不同程度的受热膨胀。叶轮由于体积相对较大,并且处于温度核心位置而温升大,因此膨胀量较大;而墙板和机壳能够提交相对较小,并且处于外部而能够得到大气的及时冷却,所以膨胀量较叶轮要小。由此可以看出,罗茨风机的轴向间隙与径向间隙,均存在随着运行温度的升高而减小的趋势。
另外,罗茨风机的两叶轮均靠齿轮端的双列深沟球轴承来进行轴向定位,调节该定位轴承与机壳的相对位置,可以实现叶轮轴向间隙的调节。从结构上可以分析出,在膨胀累加的作用下,驱动端叶轮板墙间隙的缩小量要大于齿轮端叶轮板墙间隙的缩小量。因此在装配工作中需要注意,应该尽量保证能够自由伸缩的驱动端齿轮板墙间隙稍大。
轴向间隙调整
该型罗茨鼓风机并未设置轴向定位轴承的轴向调整装置,因此不具备转子轴向间隙调整功能。此项缺陷可以通过添加轴向定位轴承调整垫来解决:
加工厚度合适的调整垫圈,并将其装配到轴向定位轴承外圈与轴承座之间或者内圈与转子轴肩之间,通过改变调整垫厚度的方法来调整叶轮与墙板的轴向间隙。当齿轮端叶轮与板墙间隙偏大,而驱动端叶轮与板墙间隙偏小时,说明叶轮相对往驱动端偏移,只需更换成更厚的垫圈;反之,只需要将垫圈磨削掉相应厚度即可。
齿轮箱胀裂问题与解决方法
该型罗茨风机的放油堵头及呼吸器螺孔,均设计为锥形螺纹,通过螺纹挤压来实现压紧密封。其优点是结构简单、密封性能好,但一般需要配合使用生料带或密封胶来辅助密封。一方面生料带的使用会增加锥形螺纹的直径,增加胀紧力;另一方面齿轮油箱一般为铸铁材质且壁厚较薄,脆性较大,在薄边处非常容易开裂。因此,在应力较大的螺纹孔部位多次出现胀裂问题,严重影响设备检修工作。此问题可以从以下几个方面来着手解决。
修补裂纹
由于运行过程中,齿轮油箱胀裂处无明显较大应力,因此可以通过填充粘接的方式处理。现场将裂纹略微锉宽后,使用金属修补剂填满裂纹,带修补剂变性成形后,修补多余毛刺。回装后,齿轮油箱无泄漏现象,运行良好。与此类似,也可以采取焊接修补的方式处理。
将碳钢放油堵头替换成聚四氟乙烯螺栓
齿轮油箱胀裂的直接原因在于碳钢放油堵头的不可压缩性。而聚四氟乙烯材料具有相对较大的可压缩性,与铸铁材质的齿轮油箱可以实现良好的螺纹密封并且制造方便。因此,四氟螺栓是碳钢放油堵头的良好替代品。现场经过更换处理后,再无齿轮油箱胀裂现象。
将锥管螺纹密封技改为平行螺纹
将锥管螺纹机加工为平行螺纹后,齿轮箱上的母螺纹孔只承担轴向的拉紧应力,不存在径向的张力作用,因而可以从根本上消除齿轮箱胀裂风险。对于堵头的密封,将锥形螺纹密封替换为螺栓头的端面压力密封,同时配合橡胶垫圈或密封橡胶圈,完全可以保证零泄漏。该技术将极大地提高设备可靠性,同时降低检修难度,尤其适合泵与风机类设备的薄壁厚润滑油箱结构。
严格控制检修技术方法
从人员检修操作上,一方面固化生料带的使用方法:只缠绕两到三圈,并且需要露出螺栓端头的1至2圈螺纹,同时不需要再额外使用螺纹密封剂;另一方面规定把紧力矩:手动把紧后,再使用扳手把紧半圈,严格禁止过度把紧。
润滑油乳化问题及解决方法
该罗茨风机的齿轮箱润滑油乳化变质频繁,平均每月需要换油一次,影响设备的正常运行,加剧了轴承及传动齿轮的机械磨损。经分析,找到以下漏水部位。
齿轮箱呼吸器
呼吸器内部加工有孔道,使齿轮箱直接与大气联通,作用是平衡齿轮箱内部的压力波动,减小轴封受力。从结构上分析,呼吸器存在雨水直接由通道进入齿轮箱的可能,因此需要采取防雨措施。
主动叶轮和从动叶轮的轴封
该罗茨风机在室外运行,如果在降雨时启动,则进气中将携带大量雨水。而雨水不可压缩,在叶轮咬合过程中,将被压缩到轴封附近,对轴封产生较大冲击力,加剧轴封的磨损。一旦轴封损坏,水分将沿轴封与齿轮箱润滑油接触,而直接导致润滑油的乳化变质。因此,一方面需要提高油封环强度;另一方面需要增设吸入口防雨措施。
针对秦山核电罗茨风机在运行维护中出现的各类缺陷,如无法调整轴向间隙、齿轮箱易胀裂以及润滑油乳化频繁等,综合分析设备结构原理与运行环境,得出以下改进措施:增设入口过滤器以及齿轮箱呼吸阀防雨罩;增设轴向间隙调整垫片;将放油堵头等处的锥形螺纹技改为平行螺纹;将碳钢放油堵头更换为聚四氟乙烯螺栓。

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