罗茨风机振动分析及处理.doc

罗茨风机振动故障分析及处理
刘小飞
（易门铜业有限公司 云南易门 651100）

摘要：通过对易门铜业有限公司ZO—6500型VPSA制氧系统的一台罗茨鼓风机异常振动的分析与测试，找出了故障特征和成因，并采取激光熔覆新技术和表面喷镀方法对转子轴磨损进行修复，把振动值降到风机允许范围内，确保设备正常运行。
关键词： 罗茨鼓风机 振动 故障
1前言
易门铜业有限公司ZO—6500型VPSA制氧系统的一台罗茨鼓风机，风机型号为ARG500，转速为742r/min，排气压力49KPa。该风机最高振动值从2009年4月15日起开始逐渐变大，由表1可看出，水平振动速度有效值超出了15mm/s的允许范围，垂直振动速度有效值也有所上升。造成系统多次联锁停机，严重影响了风机安全运行。由于该制氧系统使用的风机出口压力每隔24s都要完成一个从31—41KPa加压过程，风机的出口压力波动频繁，振动值随压力也相应发生变化。给分析和查找振动原因带来了一定困难。为此，对罗茨鼓风机振动进行了全面的测试和分析，找出了故障原因，并进行了处理，保证了罗茨鼓风机的安全运行。
表1（风机出口压力31—41KPa） 单位：mm/s

4月10日
4月15日
4月20日
4月28日
5月2日
水平
10.9～12.6
11.3～13.2
11.8～13.5
12.8～15.1
13.2～17.2
垂直
7.5～8.8
7.7～9.4
7.9～9.8
8.5～11.5
9.2～12.5
1罗茨鼓风机振动原因分析及特征
引起罗茨鼓风机振动大的因素较多，主要原因有以下几种：
1.1地脚螺栓松动，主要表现在垂直方向振动较大。
1.2联轴器找正不合格，表现有三点：一是轴向振动较大，二是与联轴器靠近的轴承振动较大，三是振动程度与负荷关系较大。
1.3风机基础刚度差，故障特征为：一是振动频率为工频，振动时域波形为正弦波，二是垂直方向振动速度异常。
1.4与风机连接的管道配置不合理，主要是与风机连接的防振接头老化，管道与风机形成共振。
1.5同步齿轮啮合间隙大，齿面接触精度不够，也可导致水平振动超标。
1.6转子不平衡，振动表现为：一是水平方向振动较大，且振动频率与转速同频，二是振动大小与机组负荷无关。
1.7轴承损坏及轴系零件松动，主要表现在：一是轴承温度高并有异响，二是水平、轴向、垂直振动都有异常。
2故障查找
对照以上分析情况，分别对风机地脚螺栓、联轴器、风机基础及与风机连接的管道进行了检查，未发现异常。并且在2007年因振动大对风机基础进行过重新加固浇灌，因此也可以排除风机基础刚度差的原因。轴承温度无变化以及未发现异常声音。
为查清原因，5月3日用振通908简易测振仪对风机水平、垂直、轴向振动进行测量，风机出口压力在31—41KPa运行时结果如表2，由测量结果可看出，后轴承端比前轴承端振动值大3mm/s左右，说明振动是从后轴承端引起。为检查是否存在转子动不平衡，对风机出口压力下降到21--34KPa和升到35—45KPa分别进行了测量，振动值无明显变化。因此可以肯定，风机转子不存在动不平衡，振动源出在风机后端,可能是轴承及轴系零件松动造成。
表二 （风机出口压力31—41KPa） 单位：mm/s

前轴承端
后轴承端
水平
13.2～17.3
15.8～20.1
垂直
9.2～12..5
11.5～14.1
轴向
11.5～13.1
14.4～167
风机后端装配有同步齿轮、轴承、调整垫及轴承定位衬套，为排除故障，决定对风机后端拆开检查，发现同步齿轮啮合良好，齿面处于磨合状态，无明显磨损现象，初步排除了齿面接触精度不够原因。拆除同步齿轮后，发现两个转子的轴承锁紧螺母非常松，轴承明显跑内圈，拆下轴承后测量轴已磨损0.5mm。并且轴承定位衬套的定位销掉，衬套处轴也磨损严重。产生振动的原因可以确定，与以上分析相啮合，由于轴承锁紧螺母松动，造成轴承跑内圈，轴承定位衬套出现相对运动，导致转子径向间隙及同步齿轮啮合间隙大，振动值增大。
3故障处理
ARG500罗茨鼓风机叶轮与轴采用热装，无法更换轴，而购买一套转子费用较高，时间较长，是生产经营所不允许的。经分析研究决定对轴进行修复，为防止转子产生弯曲变形，以及表面粗糙度达到要求，采用激光熔覆新技术和表面喷镀方法。
3.1激光熔覆技术的原理及特点
激光熔覆，通常采用预置涂层或喷吹送粉的方法加入熔铸金属，利用激光束聚焦能量极高的特点，在瞬间将基体表面仅微熔。同时使基体表面预置的熔覆层金属粉末（与基体材料相同或相近）全部熔化。当激光离出后快速凝固，获得与基体冶金结合的致密覆层。从而达到使零件表面恢复几何尺寸和表面涂层强化的作用。
激光熔覆技术可以解决手工电弧焊、氩弧焊、喷涂、镀层等传统修复方法无法解决的材料选用局限性、工艺过程热应力、热变形、材料晶粒粗大、基体材料结合强度难以保证等问题。激光熔覆层与基体为冶金结合，结合强度不低于原基体材料的90%，基体材料在激光加工过程中仅表面微熔，微熔层为0.05～0.1ｍｍ，基体热影响区一般为0.1～０.2ｍｍ,温升不超过80℃,激光加工后无热变形。且覆层组织致密,晶体小、无孔洞、无夹渣裂纹等缺陷。
3.2修复过程
修复工作委托昆钢联合激光公司进行，利用一台2KW的激光机，对所需修复部位进行手工熔覆修复。在修复中要求选用合理的熔铸金属，以保证修复部位的金属机械性能。在各部位激光修复后再进行金加工，然后对轴承配合部位进行耐磨层喷涂（钴基镍铬合金）。恢复到受损前的原始尺寸。修复后对转子作动平衡检验，剩余不平衡量左为10.05克、右为6.107克，检验合格（合格值为小于50克）。
5月12日处理完装配试车各振动数据见表3，罗茨鼓风机振动大大降低，确保了设备安全正常运行。
表三 （风机出口压力31—41KPa） 单位：mm/s

前轴承端
后轴承端
水平
9.2～11.3
10.5～12.1
垂直
6.8～8..3
7.2～8.5
轴向
9.7～11.1
10.4～12.7
4结论
4.1设备故障诊断技术是提高设备检修质量和效率的有效手段。
4.2诊断测点及方向的选定对提高诊断的准确性有举足轻重的作用，监测测点应尽量地反映机器可能出现的各类故障信息。
4.3机械设备振动故障形式多种多样，各不相同，原因是复杂和交错影响的，振动故障源也可能是多源头的，所以应综合采用多种监测技术和手段。
4.4激光熔覆新技术加表面喷镀对大型风机轴修复经济、实用、可靠。