易門銅業(yè)有限公司ZO—6500型VPSA制氧系統(tǒng)的一臺(tái)羅茨鼓風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)型號(hào)為ARG500，轉(zhuǎn)速為742r/min，排氣壓力49KPa。該風(fēng)機(jī)最高振動(dòng)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(dòng)速度有效值超出了15mm/s的允許范圍，垂直振動(dòng)速度有效值也有所上升。造成系統(tǒng)多次聯(lián)鎖停機(jī)，嚴(yán)重影響了風(fēng)機(jī)安全運(yùn)行。由于該制氧系統(tǒng)使用的風(fēng)機(jī)出口壓力每隔24s都要完成一個(gè)從31—41KPa加壓過(guò)程，風(fēng)機(jī)的出口壓力波動(dòng)頻繁，振動(dòng)值隨壓力也相應(yīng)發(fā)生變化。給分析和查找振動(dòng)原因帶來(lái)了一定困難。為此，對(duì)羅茨鼓風(fēng)機(jī)振動(dòng)進(jìn)行了全面的測(cè)試和分析，找出了故障原因，并進(jìn)行了處理，保證了羅茨鼓風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行。
1羅茨鼓風(fēng)機(jī)振動(dòng)原因分析及特征
引起羅茨鼓風(fēng)機(jī)振動(dòng)大的因素較多，主要原因有以下幾種：
1.1地腳螺栓松動(dòng)，主要表現(xiàn)在垂直方向振動(dòng)較大。
1.2聯(lián)軸器找正不合格，表現(xiàn)有三點(diǎn)：一是軸向振動(dòng)較大，二是與聯(lián)軸器靠近的軸承振動(dòng)較大，三是振動(dòng)程度與負(fù)荷關(guān)系較大。
1.3風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)剛度差，故障特征為：一是振動(dòng)頻率為工頻，振動(dòng)時(shí)域波形為正弦波，二是垂直方向振動(dòng)速度異常。
1.4與風(fēng)機(jī)連接的管道配置不合理，主要是與風(fēng)機(jī)連接的防振接頭老化，管道與風(fēng)機(jī)形成共振。
1.5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(dòng)超標(biāo)。
1.6轉(zhuǎn)子不平衡，振動(dòng)表現(xiàn)為：一是水平方向振動(dòng)較大，且振動(dòng)頻率與轉(zhuǎn)速同頻，二是振動(dòng)大小與機(jī)組負(fù)荷無(wú)關(guān)。
1.7軸承損壞及軸系零件松動(dòng)，主要表現(xiàn)在：一是軸承溫度高并有異響，二是水平、軸向、垂直振動(dòng)都有異常。
2故障查找
對(duì)照以上分析情況，分別對(duì)風(fēng)機(jī)地腳螺栓、聯(lián)軸器、風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)及與風(fēng)機(jī)連接的管道進(jìn)行了檢查，未發(fā)現(xiàn)異常。并且在2007年因振動(dòng)大對(duì)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)進(jìn)行過(guò)重新加固澆灌，因此也可以排除風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)剛度差的原因。軸承溫度無(wú)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(jiǎn)易測(cè)振儀對(duì)風(fēng)機(jī)水平、垂直、軸向振動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，風(fēng)機(jī)出口壓力在31—41KPa運(yùn)行時(shí)結(jié)果如表2，由測(cè)量結(jié)果可看出，后軸承端比前軸承端振動(dòng)值大3mm/s左右，說(shuō)明振動(dòng)是從后軸承端引起。為檢查是否存在轉(zhuǎn)子動(dòng)不平衡，對(duì)風(fēng)機(jī)出口壓力下降到21--34KPa和升到35—45KPa分別進(jìn)行了測(cè)量，振動(dòng)值無(wú)明顯變化。因此可以肯定，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子不存在動(dòng)不平衡，振動(dòng)源出在風(fēng)機(jī)后端,可能是軸承及軸系零件松動(dòng)造成。
風(fēng)機(jī)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(duì)風(fēng)機(jī)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(wú)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(gè)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(cè)量軸已磨損0.5mm。并且軸承定位襯套的定位銷掉，襯套處軸也磨損嚴(yán)重。產(chǎn)生振動(dòng)的原因可以確定，與以上分析相嚙合，由于軸承鎖緊螺母松動(dòng)，造成軸承跑內(nèi)圈，軸承定位襯套出現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子徑向間隙及同步齒輪嚙合間隙大，振動(dòng)值增大。
3故障處理
ARG500羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪與軸采用熱裝，無(wú)法更換軸，而購(gòu)買一套轉(zhuǎn)子費(fèi)用較高，時(shí)間較長(zhǎng)，是生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)所不允許的。經(jīng)分析研究決定對(duì)軸進(jìn)行修復(fù)，為防止轉(zhuǎn)子產(chǎn)生彎曲變形，以及表面粗糙度達(dá)到要求，采用激光熔覆新技術(shù)和表面噴鍍方法。
3.1激光熔覆技術(shù)的原理及特點(diǎn)
激光熔覆，通常采用預(yù)置涂層或噴吹送粉的方法加入熔鑄金屬，利用激光束聚焦能量極高的特點(diǎn)，在瞬間將基體表面僅微熔。同時(shí)使基體表面預(yù)置的熔覆層金屬粉末（與基體材料相同或相近）全部熔化。當(dāng)激光離出后快速凝固，獲得與基體冶金結(jié)合的致密覆層。從而達(dá)到使零件表面恢復(fù)幾何尺寸和表面涂層強(qiáng)化的作用。
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(wú)法解決的材料選用局限性、工藝過(guò)程熱應(yīng)力、熱變形、材料晶粒粗大、基體材料結(jié)合強(qiáng)度難以保證等問(wèn)題。激光熔覆層與基體為冶金結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度不低于原基體材料的90%，基體材料在激光加工過(guò)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(guò)80℃,激光加工后無(wú)熱變形。且覆層組織致密,晶體小、無(wú)孔洞、無(wú)夾渣裂紋等缺陷。
3.2修復(fù)過(guò)程
修復(fù)工作委托昆鋼聯(lián)合激光公司進(jìn)行，利用一臺(tái)2KW的激光機(jī)，對(duì)所需修復(fù)部位進(jìn)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(jī)械性能。在各部位激光修復(fù)后再進(jìn)行金加工，然后對(duì)軸承配合部位進(jìn)行耐磨層噴涂（鈷基鎳鉻合金）?；謴?fù)到受損前的原始尺寸。修復(fù)后對(duì)轉(zhuǎn)子作動(dòng)平衡檢驗(yàn)，剩余不平衡量左為10.05克、右為6.107克，檢驗(yàn)合格（合格值為小于50克）。
5月12日處理完裝配試車各振動(dòng)數(shù)據(jù)見表3，羅茨鼓風(fēng)機(jī)振動(dòng)大大降低，確保了設(shè)備安全正常運(yùn)行。
4結(jié)論
4.1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。
4.2診斷測(cè)點(diǎn)及方向的選定對(duì)提高診斷的準(zhǔn)確性有舉足輕重的作用，監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)應(yīng)盡量地反映機(jī)器可能出現(xiàn)的各類故障信息。
4.3機(jī)械設(shè)備振動(dòng)故障形式多種多樣，各不相同，原因是復(fù)雜和交錯(cuò)影響的，振動(dòng)故障源也可能是多源頭的，所以應(yīng)綜合采用多種監(jiān)測(cè)技術(shù)和手段。
4.4激光熔覆新技術(shù)加表面噴鍍對(duì)大型風(fēng)機(jī)軸修復(fù)經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、可靠。
引起羅茨鼓風(fēng)機(jī)振動(dòng)大的因素較多，主要原因有以下幾種：
1.1地腳螺栓松動(dòng)，主要表現(xiàn)在垂直方向振動(dòng)較大。
1.2聯(lián)軸器找正不合格，表現(xiàn)有三點(diǎn)：一是軸向振動(dòng)較大，二是與聯(lián)軸器靠近的軸承振動(dòng)較大，三是振動(dòng)程度與負(fù)荷關(guān)系較大。
1.3風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)剛度差，故障特征為：一是振動(dòng)頻率為工頻，振動(dòng)時(shí)域波形為正弦波，二是垂直方向振動(dòng)速度異常。
1.4與風(fēng)機(jī)連接的管道配置不合理，主要是與風(fēng)機(jī)連接的防振接頭老化，管道與風(fēng)機(jī)形成共振。
1.5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(dòng)超標(biāo)。
1.6轉(zhuǎn)子不平衡，振動(dòng)表現(xiàn)為：一是水平方向振動(dòng)較大，且振動(dòng)頻率與轉(zhuǎn)速同頻，二是振動(dòng)大小與機(jī)組負(fù)荷無(wú)關(guān)。
1.7軸承損壞及軸系零件松動(dòng)，主要表現(xiàn)在：一是軸承溫度高并有異響，二是水平、軸向、垂直振動(dòng)都有異常。
2故障查找
對(duì)照以上分析情況，分別對(duì)風(fēng)機(jī)地腳螺栓、聯(lián)軸器、風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)及與風(fēng)機(jī)連接的管道進(jìn)行了檢查，未發(fā)現(xiàn)異常。并且在2007年因振動(dòng)大對(duì)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)進(jìn)行過(guò)重新加固澆灌，因此也可以排除風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)剛度差的原因。軸承溫度無(wú)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(jiǎn)易測(cè)振儀對(duì)風(fēng)機(jī)水平、垂直、軸向振動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，風(fēng)機(jī)出口壓力在31—41KPa運(yùn)行時(shí)結(jié)果如表2，由測(cè)量結(jié)果可看出，后軸承端比前軸承端振動(dòng)值大3mm/s左右，說(shuō)明振動(dòng)是從后軸承端引起。為檢查是否存在轉(zhuǎn)子動(dòng)不平衡，對(duì)風(fēng)機(jī)出口壓力下降到21--34KPa和升到35—45KPa分別進(jìn)行了測(cè)量，振動(dòng)值無(wú)明顯變化。因此可以肯定，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子不存在動(dòng)不平衡，振動(dòng)源出在風(fēng)機(jī)后端,可能是軸承及軸系零件松動(dòng)造成。
3故障處理
ARG500羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪與軸采用熱裝，無(wú)法更換軸，而購(gòu)買一套轉(zhuǎn)子費(fèi)用較高，時(shí)間較長(zhǎng)，是生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)所不允許的。經(jīng)分析研究決定對(duì)軸進(jìn)行修復(fù)，為防止轉(zhuǎn)子產(chǎn)生彎曲變形，以及表面粗糙度達(dá)到要求，采用激光熔覆新技術(shù)和表面噴鍍方法。
3.1激光熔覆技術(shù)的原理及特點(diǎn)
激光熔覆，通常采用預(yù)置涂層或噴吹送粉的方法加入熔鑄金屬，利用激光束聚焦能量極高的特點(diǎn)，在瞬間將基體表面僅微熔。同時(shí)使基體表面預(yù)置的熔覆層金屬粉末（與基體材料相同或相近）全部熔化。當(dāng)激光離出后快速凝固，獲得與基體冶金結(jié)合的致密覆層。從而達(dá)到使零件表面恢復(fù)幾何尺寸和表面涂層強(qiáng)化的作用。
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(wú)法解決的材料選用局限性、工藝過(guò)程熱應(yīng)力、熱變形、材料晶粒粗大、基體材料結(jié)合強(qiáng)度難以保證等問(wèn)題。激光熔覆層與基體為冶金結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度不低于原基體材料的90%，基體材料在激光加工過(guò)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(guò)80℃,激光加工后無(wú)熱變形。且覆層組織致密,晶體小、無(wú)孔洞、無(wú)夾渣裂紋等缺陷。
3.2修復(fù)過(guò)程
修復(fù)工作委托昆鋼聯(lián)合激光公司進(jìn)行，利用一臺(tái)2KW的激光機(jī)，對(duì)所需修復(fù)部位進(jìn)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(jī)械性能。在各部位激光修復(fù)后再進(jìn)行金加工，然后對(duì)軸承配合部位進(jìn)行耐磨層噴涂（鈷基鎳鉻合金）?；謴?fù)到受損前的原始尺寸。修復(fù)后對(duì)轉(zhuǎn)子作動(dòng)平衡檢驗(yàn)，剩余不平衡量左為10.05克、右為6.107克，檢驗(yàn)合格（合格值為小于50克）。
5月12日處理完裝配試車各振動(dòng)數(shù)據(jù)見表3，羅茨鼓風(fēng)機(jī)振動(dòng)大大降低，確保了設(shè)備安全正常運(yùn)行。
4.1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。
4.2診斷測(cè)點(diǎn)及方向的選定對(duì)提高診斷的準(zhǔn)確性有舉足輕重的作用，監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)應(yīng)盡量地反映機(jī)器可能出現(xiàn)的各類故障信息。
4.3機(jī)械設(shè)備振動(dòng)故障形式多種多樣，各不相同，原因是復(fù)雜和交錯(cuò)影響的，振動(dòng)故障源也可能是多源頭的，所以應(yīng)綜合采用多種監(jiān)測(cè)技術(shù)和手段。
4.4激光熔覆新技術(shù)加表面噴鍍對(duì)大型風(fēng)機(jī)軸修復(fù)經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、可靠。
