羅茨風機振動故障分析及處理

劉小飛

1.概述

易門銅業有限公司ZO-6500型VPSA制氧系統一臺羅茨鼓風機，型號為ARG500，轉速742r/min，排氣壓力49kPa。該風機最高振動值從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。造成系統多次聯鎖停機，嚴重影響了風機安全運行。由于該制氧系統使用的風機出口壓力每隔24s都要完成一個從31～41kPa加壓過程，風機的出口壓力波動頻繁，振動值隨壓力也相應發生變化，給分析和查找振動原因帶來了一定困難。為此，對風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，保證了風機的安全運行。

表1 風機振動趨勢 mm/s

2.羅茨鼓風機振動原因分析及特征

引起風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，主要表現在垂直方向振動較大。

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

（3）風機基礎剛度差，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）與風機連接的管道配置不合理，主要是與風機連接的防振接頭老化，管道與風機形成共振。

（5）同步齒輪嚙合間隙大，齒面接觸精度不夠，也可導致水平振動超標。

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

（7）軸承損壞及軸系零件松動，主要表現在：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

根據以上分析，分別對風機地腳螺栓、聯軸器、風機基礎及與風機連接的管道進行了檢查，未發現異常。并且在2007年因振動大對風機基礎進行過重新加固澆灌，因此也可以排除風機基礎剛度差的原因。軸承溫度無變化以及未發現異常聲音。

為查清原因，5月3日用振通908簡易測振儀對風機水平、垂直、軸向振動進行測量，風機出口壓力在31～41kPa運行時測量結果見表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。為檢查是否存在轉子動不平衡，對風機出口壓力下降到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，風機轉子不存在動不平衡，振動源出在風機后端,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

風機后端裝配有同步齒輪、軸承、調整墊及軸承定位襯套，為排除故障，決定對風機后端拆開檢查，發現同步齒輪嚙合良好，齒面處于磨合狀態，無明顯磨損現象，初步排除了齒面接觸精度不夠原因。拆除同步齒輪后，發現兩個轉子的軸承鎖緊螺母非常松，軸承明顯跑內圈，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，襯套處軸也磨損嚴重。產生振動的原因可以確定：由于軸承鎖緊螺母松動，造成軸承跑內圈，軸承定位襯套出現相對運動，導致轉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

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

激光熔覆技術可以解決手工電弧焊、氬弧焊、噴涂、鍍層等傳統修復方法無法解決的材料選用局限性、工藝過程熱應力、熱變形、材料晶粒粗大、基體材料結合強度難以保證等問題。激光熔覆層與基體為冶金結合，結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。

修復工作委托昆鋼聯合激光公司進行，利用一臺2kW的激光機，對所需修復部位進行手工熔覆修復。在修復中要求選用合理的熔鑄金屬，以保證修復部位的金屬機械性能。在各部位激光修復后再進行金切加工，然后對軸承配合部位進行耐磨層噴涂（鈷基鎳鉻合金），恢復到受損前的原始尺寸。修復后對轉子作動平衡檢驗，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據見表2，羅茨鼓風機振動大大降低，確保了設備安全正常運行。

5.結論

（1）設備故障診斷技術是提高設備檢修質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確性有舉足輕重的作用，監測測點應盡量地反映機器可能出現的各類故障信息。

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

（4）激光熔覆新技術加表面噴鍍對大型風機軸修復經濟、實用、可靠。

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