浅析RAS罗茨风机的修复及技术改进

　　摘　要：阐述了进口罗茨风机机组技术消化吸收，通过自控自修掌握若干修理技术，并进行了部分技术改造。
　　关键词：罗茨风机；修复技术；短轴；轴
　　1　前言
　　邯郸钢铁集团公司动力厂（以下简称：邯钢动力厂）变压吸附制氧机的主体设备是采用美国普莱克斯公司生产的真空变压吸附（VPSA）制氧装置，根据VPSA制氧装置基本特点选用了大型罗茨风机作为原料风机和抽氮气真空风机，用于空气原料压送至吸附床进行氧气产品的制造，以及空气经吸附后解释出氮气的抽真空。
　　进口的RAS罗茨鼓风机和国产罗茨鼓风机相比，其突出的特点是体积小，设备重量轻和效率高。正是由于这些特点，使之零部件制造、加工精度高，装配间隙要求严，因此维修难度较大。邯钢动力厂变压吸附制氧4台进口罗茨鼓风机均属于大型罗茨鼓风机，其特点是一台西门子电机同时拖动原料风机和真空风机，该结构造成修理更加困难，再者，国内无同类型罗茨鼓风机可参照。一旦某一台风机出现问题，整套VPSA制氧装置将停产。
　　2001年10月2^#VPSA原料风机故障检修，因在保质期内，由制造厂家负责，整个风机大修用了50多天，严重影响了邯钢的生产经营。同时，其配套的西门子电机滑动轴承频繁发生故障（平均1～2个月一次），造成风机与电机对中不良，风机振动高自停，即造成检修工作量大，又影响正常生产秩序。
　　鉴于上述原因，2002年元月邯钢把该型机组的技术改造和修复技术作为一项重点攻关项目，并成立了攻关小组。
　　2　设备结构简介
　　2.1 机组特点简介
　　（1）由一台电动机同时拖动原料空气及抽真空压缩机，如下图1；
　　（2）装配精度高、修理较困难；
　　（3）效率高。
　　2.2 原料风机及真空风机内部结构简介：
　　原料风机及真空风机内部结构如图2。
　　RAS罗茨鼓风机的主要零部件：壳体、轴承箱盖（2件）、转子一对（2件）、短轴（4件）、滚动轴承（4付）、齿轮一对、齿轮锁紧装置（2套）、联轴器（2套）、 油密封及气密封（4组）等主要零件。
　　3　主要发现、发明或技术创新点
　　通过近3年来的的自检自修，完成了如下修复技术和技术改造任务。
　　（1）制定了罗茨风机的修理规程、技术标准和拆装程序。
　　（2）设计制作了罗茨风机的专用拆装工具。 
　　（3）对西门子电机滑动轴承（轴瓦）的结构进行了改造。（此项技术已经申报专利。专利号：ZL2004 20029730.6） 
　　（4）国内在该类型设备上设计加装了在线轴承温度监测系统。
　　（5）应用摩圣技术，改善风机运行状况，延长风机使用寿命。
　　（6）采用喷涂技术，修复了设备制造厂专家确认的报废件即短轴。
　　4　RAS罗茨风机修复技术的实施
　　因为该工艺是两台罗茨风机（原料风机和真空风机）共用一台功率为2235KW的西门子电机驱动，再者属大型罗茨风机。因此，设备解体拆装和各部间隙调整、对中调整难度较大。
　　4.1 设备解体拆装
　　2003年4月28日变压吸附制氧2^#原料风机机组过载自停，原因原料风机主动轴非传动端工艺孔盖脱落，造成润滑油（飞溅润滑）大量泄露，轴承得不到充分润滑，从而使轴承和短轴烧损抱死造成电机过载自停。为保证生产，我们决定按照已制定的修理规程和技术标准，依靠自己的力量进行设备抢修攻关。
　　因无设备装配图纸，而本次抢修需要将设备内部所有零部件拆出。为确保组装工作万无一失，设专人负责记录标记所拆下的每一零部件的件号和顺序。在拆装过程中，针对该风机的特殊结构，我们设计制作了大量拆装专用工具，共计5套32件。包括：
　　（1）RAS罗茨风机轴承、轴承座拆装专用工具2套。
　　（2）同步齿轮及齿轮锁紧装置拆装工具一套。
　　（3）密封装配专用工具一套。
　　（4）转子短轴销孔加工专用工具一套。 
　　设备专用拆装工具的成功制作，保证了拆装工作方便快捷地顺利进行，同时也避免了风机零部件的损坏。 
　　预先购买了带厚度标记的带钢（普通塞尺太短不能用），厚度分别为：0.05mm；0.10mm；0.20mm；30mm；0.50mm。剪成1m长，代替塞尺用于调整间隙时测量使用。
　　4.2 间隙调整
　　调整步骤如下：
　　4.2.1 首先调整转子端面间隙
　　通过调整非传动端轴承座处的垫片，来达到靠齿轮侧间隙为总间隙的2/3，另一端为总间隙的1/3。
　　4.2.2 再调整两转子之间间隙
　　测量前后面间隙并将其相加为总间隙，注意： 
　　（1）要沿转子全部长度进行，而且要测量主轴旋转360°的各处间隙；
　　（2）测量时要用木楔楔住转子，以防转动；
　　（3）要在实际转子旋转方向测量间隙。
　　（4）从动齿轮的锁紧螺栓，不要紧固。 
　　将总间隙的2/3作为前面间隙，用相当2/3总间隙厚度的特制塞尺两组塞入转子之间前面位置并盘车数次，确认无误后，紧固从动齿轮的锁紧螺栓。
　　4.3　对中调整
　　由于一台电机拖动两台风机，首先，要把电机盘车至磁力线对中位置，再分别确定两台风机传动轴端面与电机轴端面之间距离（6-6.5mm），两端距离合计为12-13mm。然后，调整对中（以电机为基准）达到同轴度（径向）≤0.065mm，轴端面倾斜度（轴向）≤0.25mm。注意：调整对中时要调完一端再调另一端。
　　4.4 修复技术的实施效果
　　2003年4月份的抢修任务仅用了14天时间就圆满地完成，并且一次试车成功，原料风机的主要参数指标都达到并超过设备制造厂家的技术要求。2^#原料风机运转参数如表1所示。
　　2004年8月14日对1^#罗茨风机进行了修理，自主修理技术再次得以应用，由于熟练程度提高，只用8天时间完成了任务，一次试车成功，原料风机的主要参数指标都达到并超过设备制造厂家的技术要求。
　　5　技术改造实施过程及效果
　　5.1 西门子电机滑动轴承（轴瓦）结构改造，解决了此类轴承存在的缺陷（此项技术已经申报专利，专利号：ZL2004 20029730.6）。
　　针对电机轴承背面绝缘层磨损的问题，对电机轴瓦结构进行了创新改进。于2003年6月将该型两台电机4付轴瓦逐个改造。电机运行状况良好，轴承的使用周期由原来的1～2个月延长到1年。
　　5.2 国内在该类型设备上设计加装了在线轴承温度监测系统
　　5.2.1 硬件的安装
　　根据测量数据选择测量元件的类型和规格，在类型的选择上充分考虑到罗茨鼓风机振动大的特点，选取了耐振性强的铠装式热电偶。分度号选择T型，在此测量范围内灵敏度和精确度高。为了方便安装，在安装方式上选择了卡套式可动螺纹连接方式，探头部分的插入深度随不同的测量位置可调。
　　5.2.2 运行实效
　　投入运行后，避免了2004年8月14日设备事故，当时操作人员发现TI501异常升高，再观察历史趋势曲线属于一个随时间逐步升高的过程，断定轴承已有问题，立刻停机，进行了处理。此次攻关项目的完成，为风机的安全运行提供了可靠的保证。
　　5.3 应用摩圣技术，改善风机运行状况，延长风机使用寿命。
　　由于摩圣技术具有上述优点，应用摩圣技术可以大大延长滚动轴承使用寿命。邯钢动力厂变压吸附制氧装置的4台罗茨鼓风机能否长期稳定运行，轴承的寿命是关键。邯钢动力厂对4台风机采用了摩圣技术，提高设备运转周期。
　　邯钢动力厂先后于2003年初开始对VPSA的四台罗茨鼓风机进行摩圣处理，从使用效果来看，采用摩圣技术运行一段时间统计，风机的轴振动、滚动轴承的温度都有明显的下降。随机资料中罗茨风机轴承的使用寿命为2年，由于我们采用了摩圣表面再生技术，延长了轴承的使用寿命。1^#原料风机累计运行3年零3个月（2^#原料风机未发生过意外故障），两台真空风机自2001年6月投运以来，至今运行良好。
　　5.4 采用喷涂技术，修复了设备制造厂专家确认的报废件即短轴。
　　在2003年4月变压吸附制氧2^#原料风机机组抢修中，短轴轴径严重磨损，设备制造厂专家确认已报废。我们对短轴尺寸进行测量，平均磨损尺寸比标准尺寸减少了0.2mm。决定采用喷涂技术对磨损的短轴轴径进行修复。并制定了下述修复方案：
　　5.4.1 喷涂工艺的选择
　　为了保证短轴修理后的尺寸和机械性能，反复查看有关资料后，决定采用电弧喷涂处理，再磨削加工。
　　电弧喷涂的主要优点：
　　（1）结合强度高； 
　　（2）没有可燃气体，大大改善安全性；
　　（3）可以获得“假合金”涂层。
　　5.4.2 工艺方案的制定及应用：
　　（1）表面清洗；
　　（2）表面预加工；
　　（3）喷涂；
　　（4）机加工。
　　5.4.3 实施的效果
　　此修复方法在该型设备上是先例，利用修复好的短轴，及时对2^#罗茨鼓风机组装，确保生产所需，至今运行良好。邯钢动力厂在风机短轴修复上对喷涂技术的尝试，取得了良好的效果，节约了备件费用，又保证了生产所需，将设备故障造成的损失降到了Z低。并且为我们今后在其它设备上使用喷涂表面修复技术提供了实践经验。
　　6　结束语
　　与当前国内外同类研究的学术水平、同类技术主要参数、效益、市场竞争力的比较。
　　（1）目前国内只有我厂对大型美国RAS罗茨风机制定了修理规程和技术标准，设计制作了罗茨风机的专用拆装工具，从而实现了该机组的自检自修，并且一次试车成功，修复后风机的运行参数达到了投运以来Z佳值，全部符合技术标准要求。此技术在国内同类机组中处于领先水平；
　　（2）国内在该类型设备上设计加装了在线轴承温度监测系统。完善了预报警机制，实现了安全可靠的状态检修。
　　（3）对RAS罗茨风机的驱动电机（西门子）滑动轴承的结构进行了改造。（此项技术已经申报专利。专利号：ZL2004 2 0029730.6）延长了轴承的使用寿命。此项技术创新具有国内领先水平。
　　（4）采用喷涂技术，对进口部件（短轴）进行了修复（设备制造厂专家已确认短轴报废）。
　　（5）在RAS罗茨风机上成功应用摩圣技术，延长该机组使用寿命。综合以上创新型工作，经专家共同评定，邯钢美国RAS罗茨风机技术改造和修复技术达到了国内同类型设备领先水平。