煤礦羅茨鼓風機的安裝使用與故障分析

王 博

（鐵法煤業（集團）有限責任公司煤層氣開發利用分公司，遼寧 鐵嶺 112700）

引言

羅茨鼓風機是一種沒有內部壓縮的無閥排量壓縮機，為了實現羅茨鼓風機更大的氣流，橫截面設計至關重要[1]。本文介紹了一種由偏心弧和擺線曲線組成的新輪廓。在此基礎上，結合螺旋結構，設計了一種新型羅茨鼓風機螺旋轉子。通過試驗驗證分析，螺旋轉子機性能得到明顯提高。最后，進行了羅茨鼓風機的安裝和試驗，分析了羅茨鼓風機安裝過程中的注意事項和常見的故障，驗證了新型羅茨鼓風機的優越性能。

1 羅茨鼓風機原理

羅茨鼓風機由泵殼內的兩個轉子組成，兩個轉子安裝在平行軸上，轉子以相同的速度沿相反的方向無接觸地旋轉，以將空氣或氣體吸入鼓風機主體[2]。一組正時齒輪使轉子保持同步。入口側的驅動空氣或氣體滯留在轉子和外殼之間。旋轉的轉子克服系統中存在的壓力將捕獲的空氣或氣體推向排放側。一個轉子稱為“驅動轉子”，因為它由外部電源（通常是電動機）驅動，而另一轉子稱為“從動轉子”，因為它由連接到驅動轉子的齒輪驅動[3]。常見羅茨鼓風機結構如圖1所示。

圖1 常見的羅茨鼓風機結構

2 新型羅茨鼓風機的設計

2.1 偏心弧和圓軸曲線齒輪廓的幾何模型

轉子的橫截面在羅茨鼓風機設計中至關重要。擬建偏心弧和擺向曲線轉子齒剖面，如圖2所示。轉子的橫截面由偏心圓弧、回旋線曲線和圓弧組成。坐標系S1（x1,y1)和S2(x2,y2)分別固定在轉子1和轉子2上。轉子分別圍繞中心點O1和O2旋轉。羅茨鼓風機的中心距離為a，轉子螺距圓半徑為r，偏心弧半徑為r2，轉子附錄圓半徑為ra。

圖2 羅茨鼓風機中偏心弧和環線曲線轉子的幾何形狀

2.2 三葉轉子的螺旋輪廓和嚙合狀態

本文所提出的三葉轉子的螺旋輪廓，如下頁圖3所示。其中M1（x1，y1，z1）表示轉子1坐標系，r1是螺旋轉子輪廓的位置矢量。偏心弧和環向曲線轉子的螺旋齒剖面包括凹凸和凸螺旋剖面。為了確定擺線曲線CD的方程，采用了一種反向的方法計算出轉子2在轉子1上滾動的關系，通過計算可得出轉子表面上點的坐標[4]。利用三維建模軟件可以生成轉子的三維模型和嚙合狀態，如下頁圖4所示。為了驗證新型輪廓轉子的性能，采用車削的方法制作了該新型輪廓轉子，其制作過程及樣件如圖5所示。

圖3 三葉轉子的螺旋輪廓

圖4 三葉轉子的三維模型和嚙合狀態

圖5 三葉轉子的制作過程及樣件

3 羅茨鼓風機的安裝及設備故障

3.1 羅茨鼓風機的安裝

羅茨鼓風機是一種高速機器，在運行過程中會產生輕微的振動。為了保證穩定的工作環境，安裝時必須將其固定在穩定的地板上。首先，應該選擇一個安靜的環境進行安裝。如果安裝在擁擠的環境中，可能會遇到不必要的問題，進而造成燙傷。其次，出于安全考慮，底座表面周圍需要足夠的空間，以確保通風口能夠順利排出[5]。最后，安裝鼓風機時，確保地面基礎光滑穩定，不需要間隙或雜質。如果地面處于坑洼狀態，就必須整平。

將羅茨鼓風機和電機放在基礎上，并根據羅茨鼓風機和設備中心線上的馬達和兩個半聯軸器，將羅茨鼓風機和馬達的正確位置對準并居中。羅茨鼓風機軸與電機軸之間的誤差必須≤0.2/1 000 mm。使用楔形平墊鐵進行設備的水平對齊。調整后，將地腳螺栓放進地面。對于地腳螺栓孔的混凝土，待混凝土干燥平整后，將楔形斜墊鐵分別放置在地腳螺栓中，水平調整并擰緊。羅茨鼓風機的安裝示意圖如圖6所示。

圖6 羅茨鼓風機的安裝示意圖

當鼓風機放置在室外時，為了防止雨水侵蝕，必須安裝防雨棚，為鼓風機提供干燥明亮的環境。如果鼓風機在高于40℃的環境中使用，需要在排氣風扇上安裝冷卻裝置，以保持鼓風機在合適環境中正常運行。安裝后，檢查羅茨鼓風機的每個部件是否已安裝，確保鼓風機的每個部分都擰緊，并定期潤滑鼓風機，以進行維護。

3.2 測試與驗證

為驗證新設計轉子的效果，在相同安裝環境下，對比了傳統柱狀轉子和帶螺旋齒輪廓轉子的羅茨鼓風機的效果，兩種鼓風機試驗結果見表1。由表1得出結論，在相同運行條件下，帶螺旋齒輪廓轉子的鼓風機出口風量增加10.7%，振動和噪聲明顯降低。機器零部件的溫度下降程度不同。與柱狀剖面相比，新的螺旋剖面具有優異的性能。

表1 測試數據的比較

3.3 羅茨鼓風機的常見故障

盡管羅茨鼓風機經歷了一個很長的發展時期，但是其故障診斷無論在國內還是國外都發展較緩慢。在維修方面，基本還處于定期保養維修的階段。因此，對其常見故障的判斷及處理方法的歸納總結，對于羅茨鼓風機的安全使用尤為重要。羅茨鼓風機的常見故障及處理方法，如下頁表2所示。

表2 羅茨鼓風機常見故障及處理方法

4 結語

本文提出了一種基于偏心弧和圓線曲線輪廓的三葉螺旋轉子，以進一步降低噪聲，提高效率。螺旋轉子的新橫截面由偏心弧和環向曲線組成。制造和測試新型嚙合螺旋羅茨鼓風機的加工和測試。試驗表明，采用螺旋轉子，鼓風機空氣量增加1 m3/min，水平、垂直和軸向振動分別減少2.2 mm/s、0.1 mm/s和1.9 mm/s。鼓風機噪聲降低1.7 dB。各部分的鼓風機溫度明顯降低。由此表明，具有橫截面的新型螺旋轉子具有明顯的優點。最后，針對羅茨鼓風機的常見問題進行了歸納總結并提出相應解決方法。