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啤嶺機電設備（上海）有限公司
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楔形環密封型羅茨風機運行不穩定原因分析及解決措施

2013-09-04

韓振禹
（遼寧省撫順石化工程建設有限公司第六分公司，遼寧撫順　113004）
　　摘　要：闡述了楔形環密封型羅茨風機在生產運行中存在的問題，分析了導致風機不能長周期運轉的主要原因，針對設備運行中各種不利因素，對設備實行了多處改造后，提高了風機的運行穩定性，增加了聚乙烯產品的生產能力，為裝置平穩生產做出了突出貢獻。
　　關鍵詞：羅茨風機；楔形環；熱膨脹；改造；軸承箱
　　聚乙烯裝置的GB-101羅茨風機由于輸送溫差大，設備經常因密封環失效，使潤滑油進入風機殼體內，對輸送介質產生了污染，同時也因潤滑不良，造成軸承抱軸、主軸斷裂等設備事故發生，嚴重影響了設備的平穩運轉，通過對設備內部結構的改造，改善了設備的密封效果，增加了設備的運轉周期，提升了輸送介質的純凈度，確保了生產裝置的產品質量。
　　1　羅茨風機的工作原理及性能參數
　　羅茨風機為容積式風機，輸送的風量與轉數成比例，葉輪端面和風機前后端蓋之間及風機葉輪之間始終保持微小的間隙，在同步齒輪的帶動下，風從風機進風口沿殼體內壁輸送到排出的一側，風機內腔不需要潤滑油。具有高效節能，介質純凈、精度高，壽命長等特點，軸承箱與風機腔的密封有漲圈式、迷宮式、填料式及楔型環式4種形式，以輸送空氣為主，也可用來輸送煤氣、氫氣、乙炔、二氧化碳等易燃、易爆及腐蝕性氣體。聚乙烯裝置的凈化器再生風機GB-101，為DANTECLTD公司生產，技術參數為：轉速1500r/min，功率37kW，殼體及轉子材質均為碳鋼，吸入壓力185kPa，排出壓力400kPa，流量1418.4m3/h，傳動方式采用皮帶連接，軸承箱與風機腔為楔型環式密封。
　　2　GB-101凈化風機不穩定原因分析
　　當風機向反應釜供給冷風時，工作溫度正常，風機運轉平穩。當供熱風時，工作溫度急劇升高，轉子溫度上升達到1000-1200℃，再加上轉子工作時與氣體產生的摩擦熱使轉子的溫度進一步升高，這時使轉子的熱膨脹量比風機簡體的熱膨脹量大得多，同時產生了脹差。造成移動端的楔形環間隙增大，使楔形環的封油作用大大下降。同時造成潤滑油被吸入機體，導致潤滑油內漏嚴重，使軸承及齒輪因缺油造成嚴重燒損等故障發生。
　　根據碳鋼的熱膨脹線型理論a=1.15x10-5m/（m•℃）
　　已知：轉子長度LI=350mm、簡體長度L2=350mm，轉子溫度tl=1200℃、筒體溫度t2=600℃，則：
　　風機轉子與風機簡體脹差為：1.15×10-5x350x（120-60）=0.24（mm）。
　　根據風機結構產生的脹差方向，由風機的定位軸承（NU2308）向徑向支撐軸承（NJ3308）方向膨脹，造成同步齒輪端的楔形環間隙增大（原間隙只有0.10mm）使楔形環的封氣甩油、封油作用大下降。同時造成潤滑油被吸入風機，油耗增加。
　　又由于高溫的氣體泄漏使潤滑油溫度上升，粘度下降、氣化，潤滑能力下降，造成齒輪和滾動支撐軸承燒毀，使風機的溫度進一步上升，轉子膨脹進一步增大，使轉子與墻板發生摩擦。即嚴重的動、靜摩擦，造成設備事故。
　　3　提高GB-101凈化風機運行穩定性的措施
　　改造過程的技術關鍵在于怎樣才能使楔形環在熱膨脹過程中楔形間隙不變，保持在0.10～0.12之間。由于風機軸承室是鑲在風機墻板內，兩者之間有0.01～0.03的徑向間隙。軸承室壓蓋通過3個M8螺絲與墻板同定，一端用SKF-NU2308雙列向心球軸承定位，另一端用NSK-NJ3308短圓柱支撐軸承（膨脹端），所以才造成這一端在脹差的作用下使楔形環間隙增大，根據風機結構圖可以看：
　　（1）膨脹端轉子軸上的鎖緊被帽鎖固了同步齒輪間隔套NJ3308軸承內圈楔形密封環氣封套和轉子成為一體部件（動部件）。
　　（2）而軸承室和NJ3308軸承外圈由軸承室壓蓋螺絲壓緊固定在墻板上，成為一體部件（靜部件）。
　　為了保證楔形環的楔形間隙不變，第1步把膨脹端改為NU2308軸承，變成定位端（圖1），另一端軸承不變（原定位端）也是NU2308軸承，但軸承室進行了改造使軸承室與墻板不固定，原軸承壓蓋的3個緊固螺絲孔由Ø9改為Ø12.5鑲入3個滑動配合的短套，短套的長度比壓蓋厚度長出0.5mm，原壓蓋螺絲只起到導向止轉作用，不起壓緊固定軸承室的作用。
　　軸承的壓緊是通過原軸承室3個頂絲孔的M10的內螺紋，用M10×20短螺絲通過壓蓋固定。這樣使軸承室與軸承楔形環氣封套成為一體部件。第2步為了減少風機熱吹時，氣體泄漏對滑油的影響，氣封的氣環由1道改為3道（圖2）。改造后風機整體結構圖（圖3）。

　　改造后的特點：
　　（1）保證驅動端軸承的支撐穩定性（不竄動）；
　　（2）原定位側改為膨脹側，保證了楔形環間隙不變；
　　（3）氣封套上氣封環的增加減少了氣體的泄漏量；
　　（4）改造設計簡單，原設計改動量少，易進行機械加工。
　　4　改造后產生的效果
　　設備經過改造后，運行平穩，檢修頻率和維修成本大幅降低，職工勞動強度得以減輕，同時也避免了潤滑油進入系統中造成的介質污染，為裝置降本增效、安穩長滿優運行做出了突出貢獻。
來源：《當代化工》2012年05期