关于双轴伸电机罗茨风机装置对中要求的研究及处理应用

袁令

摘 要：某公司制氧车间采用VPSA变压吸附装置进行制氧生产。该装置的核心动力设备为罗茨鼓风机和罗茨真空泵（以下简称鼓风机和真空泵）。鼓风机和真空泵由双轴伸电机同时驱动。罗茨风机在运行过程中振动超标导致设备频繁跳机，严重影响到制氧系统的稳定运行，多次造成冶炼系统停产。本文通过运用设备振动分析技术，分析了造成风机振动异常的主要原因，并通过实践验证，对同类型设备的故障处理具有指导意义。

关键词：罗茨鼓风机；双轴伸电机；振动超标；振动分析；故障处理；频谱分析

引言

某公司地处海外，是一座火法铜冶炼厂。冶炼厂熔炼炉一次风为制氧车间生产的90%浓度氧气。鼓风机和真空泵是制氧系统的核心动力设备，为制氧系统吸附塔提供正压和负压，实现变压吸附。该设备一旦出现故障停机，就会导致系统产氧不足，进而造成冶炼系统减产或停产。本文根据机械设备振动的基本原理及风机的故障特征，通过对风机进行振动数据采集和分析，判定设备振动的故障原因，创造性地进提出了处理方案，使设备达到安全运行条件。对后续同类型机组的振动故障处理提供了理论依据，也为设备生产厂家提出设备安装标准参数提供了参考。

一、风机结构及存在问题

1、机组安装结构

制氧车间罗茨鼓风机、罗茨真空泵整体安装结构由双轴伸电机、齿式柱销联轴器、鼓风机、真空泵、进出口管道等组成。设备安装简图如图1所示。

2、设备在运行中存在的问题

制氧车间鼓风机房总共6套装置，在2019年10月经过空负荷试车后投入运行。设备运行初期部分装置振动较高，接近于报警设定值12mm/s，但未造成停机。设备运行2个月后，2#、5#装置频繁振动报警，在将报警值设定为13mm/s后，2#装置振动仍然较大并多次触发连锁跳机，对公司的正常运行造成了严重的影响。

二、设备振动故障诊断基本原理

针对该套设备的具体结构形式，结合设备振动诊断原理和旋转机械的故障特征，采集设备对中数据及振动频谱数据对该机组进行振动诊断分析，进而提出减小振动的处理办法。

1. 旋转设备一般振动原因及特征频谱：旋转设备的振动现象虽然复杂，但不同故障部位或缺陷总会表现为相应的特征频谱。对于滚动轴承设备来说，通常引起设备异常振动的原因及其特征频谱如下，见表1。

序号	故障原因	特征频谱
1	转子不平衡	一倍频振幅最大，幅值稳定。
2	联轴器不对中	平行不对中：明显的2倍频占主导； 角度不对中：奇数倍频占主导。
3	机械松动	以倍频为主导，伴随分数倍谐波。
4	摩擦	高次谐波及其分数倍谐波是主要的频谱特征： 且时域波形出现“削顶现象”。
5	基础共振	基础振动幅值大，且基础与底座相位接近90°。
6	滚动轴承故障	轴承各部件故障频率占主导。
7	管道共振	管道固有频率接近设备运转频率。

了解旋转机械设备振动原理及故障频谱，有助于在设备运行中或基本不拆卸的情况下，快速判定故障部位和原因，并指导故障排除。

2、故障诊断：

1. 转子不平衡：从一倍频分析来看，1倍频振动虽然大，但在振动总量中不占主导地位；检查转子叶片，未发现明显结垢及破坏平衡的现象，从而排除转子不平衡的影响；

2. 联轴器不对中：通过频谱分析，发现频谱中1倍、2倍、3倍频谱幅值均较高，存在一定的角度+平行不对中，经过查阅设备安装要求，对中要求为角度±0.10，平行±0.10mm；停下设备后，立即进行热态对中检查，发现对中数据为已经严重的超差，确认设备振动超标的主要原因为不对中；

3. 机械松动：从频谱图中可以看到，存在数个1倍频的谐波，存在松动的特征；

4. 摩擦：从频谱来看，频谱主要是整数倍基频，分数倍频幅值很小，基本排除摩擦；

5. 基础共振：通过在地脚底板附近，对设备底座及基础进行相位检查，发现相位差为180°±30°，排除基础共振；

6. 滚动轴承故障：从频谱中未找到轴承固有频率存在较大幅值的情况，且冲击幅值低，显示轴承状况良好；

7. 管道共振：对管道采用锤击测试，发现管道的固有频率为23.8HZ，与设备运行频率10HZ相关性很低，排除管道共振。

经过以上分析，确定设备振动主要原因为对中不良，并且因为对中不良造成振动大，进一步造成部分部件松动，更加重了整个机组的振动。

振动故障处理：

找出故障原因后，需要进行重新对中处理。但是重新对中的数据标准是多少？为了弄清这个问题，需要准确测量出设备转子由冷态到热态抬升了多少，以此来确定合理的预偏差值。设备冷热态对中数据见表2（所有数据均以电机为准）。

	冷态	热态	设备安装要求（冷态）
垂直同心度偏差	0.1	0.54	±0.075
端面平行度	-0.17	-0.16	±0.1

从上表中可以看出，鼓风机轴心在热态情况下相比冷态有0.44mm的抬升，并且是转子整体抬升，因为端面平行度未发生明显变化；由此可以确定，设备厂家给出的对中数据未考虑设备热态转子抬升的问题，不能满足设备热态下长期稳定运行。因此造成了我公司设备在热态情况下，存在极大的平行不对中及角度不对中。为了兼顾设备运行初期及长期热态下稳定运行，将鼓风机转子冷态预置下降0.24mm，以满足在热态下鼓风机转子中心不高于电机轴心0.25mm。同时对鼓风机端面平行度进行调整为0.05mm以内，使之符合设备安装要求。

最终冷态调整结果如下：

	调整后冷态	调整后热态
垂直同心度偏差	-0.24	0.20
端面平行度	0.05	0.05

最终运行状况：

经过重新调整过后的C1101B振动从最初13mm/s下降为目前的8mm/s，从2019年底改造完成后一直平稳运行至今。

总结：通过运用科学手段，找出设备运行规律，重新测定设备在现场工况下的热膨胀量，进而提出安装预偏差值。从根本上解决设备因对中不良造成的异常振动，对我公司其他5套相同设备的下一步改造方案提出了指导。同时，对设备厂家在同类型机组的安装标准也提供了参考依据，避免了装置安装好出现因转子抬升造成振动过大的问题。

参考文献

1宋志宇，白彦；罗茨鼓风机故障诊断及维护探讨；2011-cnki.com.cn

2陈金国；常见故障振动谱图与分析[J]；中国设备工程；1998年02期

3陈大禧，朱铁光编著.大型回转机械诊断现场实用技术[M].北京：机械工业出版社，2002

作者简介：（袁令，男，四川南充，1989.09，大学本科，助理工程师，卢阿拉巴铜冶炼股份有限公司，设备管理）