羅茨風(fēng)機振動故障分析及處理

劉小飛

1.概述

易門銅業(yè)有限公司ZO-6500型VPSA制氧系統(tǒng)一臺羅茨鼓風(fēng)機，型號為ARG500，轉(zhuǎn)速742r/min，排氣壓力49kPa。該風(fēng)機最高振動值從2009年4月15日起開始逐漸變大，由表1可看出，水平振動速度有效值超出了15mm/s的允許范圍，垂直振動速度有效值也有所上升。造成系統(tǒng)多次聯(lián)鎖停機，嚴(yán)重影響了風(fēng)機安全運行。由于該制氧系統(tǒng)使用的風(fēng)機出口壓力每隔24s都要完成一個從31～41kPa加壓過程，風(fēng)機的出口壓力波動頻繁，振動值隨壓力也相應(yīng)發(fā)生變化，給分析和查找振動原因帶來了一定困難。為此，對風(fēng)機振動進行了全面的測試和分析，找出了故障原因，并進行了處理，保證了風(fēng)機的安全運行。

表1 風(fēng)機振動趨勢 mm/s

2.羅茨鼓風(fēng)機振動原因分析及特征

引起風(fēng)機振動大的因素較多，主要原因有以下幾種。

（1）地腳螺栓松動，主要表現(xiàn)在垂直方向振動較大。

（2）聯(lián)軸器找正不合格，表現(xiàn)在：軸向振動較大，與聯(lián)軸器靠近的軸承振動較大，振動程度與負荷關(guān)系較大。

（3）風(fēng)機基礎(chǔ)剛度差，故障特征為：振動頻率為工頻，振動時域波形為正弦波；垂直方向振動速度異常。

（4）與風(fēng)機連接的管道配置不合理，主要是與風(fēng)機連接的防振接頭老化，管道與風(fēng)機形成共振。

（5）同步齒輪嚙合間隙大，齒面接觸精度不夠，也可導(dǎo)致水平振動超標(biāo)。

（6）轉(zhuǎn)子不平衡，振動表現(xiàn)為：水平方向振動較大，且振動頻率與轉(zhuǎn)速同頻；振動大小與機組負荷無關(guān)。

（7）軸承損壞及軸系零件松動，主要表現(xiàn)在：軸承溫度高并有異響；水平、軸向、垂直振動都有異常。

3.故障查找

根據(jù)以上分析，分別對風(fēng)機地腳螺栓、聯(lián)軸器、風(fēng)機基礎(chǔ)及與風(fēng)機連接的管道進行了檢查，未發(fā)現(xiàn)異常。并且在2007年因振動大對風(fēng)機基礎(chǔ)進行過重新加固澆灌，因此也可以排除風(fēng)機基礎(chǔ)剛度差的原因。軸承溫度無變化以及未發(fā)現(xiàn)異常聲音。

為查清原因，5月3日用振通908簡易測振儀對風(fēng)機水平、垂直、軸向振動進行測量，風(fēng)機出口壓力在31～41kPa運行時測量結(jié)果見表2，由表2可看出，后軸承比前軸承振動值大3mm/s左右，說明振動是從后軸承引起。為檢查是否存在轉(zhuǎn)子動不平衡，對風(fēng)機出口壓力下降到21～34kPa和升到35～45kPa分別進行了測量，振動值無明顯變化。因此可以肯定，風(fēng)機轉(zhuǎn)子不存在動不平衡，振動源出在風(fēng)機后端,可能是軸承及軸系零件松動造成。

表2 修理前后振動值 mm/s

風(fēng)機后端裝配有同步齒輪、軸承、調(diào)整墊及軸承定位襯套，為排除故障，決定對風(fēng)機后端拆開檢查，發(fā)現(xiàn)同步齒輪嚙合良好，齒面處于磨合狀態(tài)，無明顯磨損現(xiàn)象，初步排除了齒面接觸精度不夠原因。拆除同步齒輪后，發(fā)現(xiàn)兩個轉(zhuǎn)子的軸承鎖緊螺母非常松，軸承明顯跑內(nèi)圈，拆下軸承后測量軸已磨損0.5mm。并且軸承定位襯套的定位銷掉了，襯套處軸也磨損嚴(yán)重。產(chǎn)生振動的原因可以確定：由于軸承鎖緊螺母松動，造成軸承跑內(nèi)圈，軸承定位襯套出現(xiàn)相對運動，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子徑向間隙及同步齒輪嚙合間隙大，振動值增大。

4.故障處理

該風(fēng)機葉輪與軸采用熱裝，無法更換軸，而購買一套轉(zhuǎn)子費用較高，時間較長，是生產(chǎn)經(jīng)營所不允許的。經(jīng)分析研究決定對軸進行修復(fù)，為防止轉(zhuǎn)子產(chǎn)生彎曲變形，使表面粗糙度達到要求，采用激光熔覆新技術(shù)和表面噴鍍方法。

激光熔覆技術(shù)可以解決手工電弧焊、氬弧焊、噴涂、鍍層等傳統(tǒng)修復(fù)方法無法解決的材料選用局限性、工藝過程熱應(yīng)力、熱變形、材料晶粒粗大、基體材料結(jié)合強度難以保證等問題。激光熔覆層與基體為冶金結(jié)合，結(jié)合強度不低于原基體材料的90%，基體材料在激光加工過程中僅表面微熔，微熔層為0.05～0.1mm，基體熱影響區(qū)一般為0.1～0.2mm,溫升不超過80℃,激光加工后無熱變形。且覆層組織致密,晶體小、無孔洞、無夾渣裂紋等缺陷。

修復(fù)工作委托昆鋼聯(lián)合激光公司進行，利用一臺2kW的激光機，對所需修復(fù)部位進行手工熔覆修復(fù)。在修復(fù)中要求選用合理的熔鑄金屬，以保證修復(fù)部位的金屬機械性能。在各部位激光修復(fù)后再進行金切加工，然后對軸承配合部位進行耐磨層噴涂（鈷基鎳鉻合金），恢復(fù)到受損前的原始尺寸。修復(fù)后對轉(zhuǎn)子作動平衡檢驗，剩余不平衡量左為10.05g、右為6.107g（合格值為小于 50g）。

5月12日處理完裝配試車各振動數(shù)據(jù)見表2，羅茨鼓風(fēng)機振動大大降低，確保了設(shè)備安全正常運行。

5.結(jié)論

（1）設(shè)備故障診斷技術(shù)是提高設(shè)備檢修質(zhì)量和效率的有效手段。

（2）診斷測點及方向的選定對提高診斷的準(zhǔn)確性有舉足輕重的作用，監(jiān)測測點應(yīng)盡量地反映機器可能出現(xiàn)的各類故障信息。

（3）機械設(shè)備振動故障形式多種多樣，各不相同，原因是復(fù)雜和交錯影響的，振動故障源也可能是多源頭的，所以應(yīng)綜合采用多種監(jiān)測技術(shù)和手段。

（4）激光熔覆新技術(shù)加表面噴鍍對大型風(fēng)機軸修復(fù)經(jīng)濟、實用、可靠。

W10.02-27