王 博

（鐵法煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司煤層氣開發(fā)利用分公司，遼寧 鐵嶺 112700）

引言

羅茨鼓風(fēng)機(jī)是一種沒有內(nèi)部壓縮的無閥排量壓縮機(jī)，為了實(shí)現(xiàn)羅茨鼓風(fēng)機(jī)更大的氣流，橫截面設(shè)計(jì)至關(guān)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(chǔ)上，結(jié)合螺旋結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了一種新型羅茨鼓風(fēng)機(jī)螺旋轉(zhuǎn)子。通過試驗(yàn)驗(yàn)證分析，螺旋轉(zhuǎn)子機(jī)性能得到明顯提高。最后，進(jìn)行了羅茨鼓風(fēng)機(jī)的安裝和試驗(yàn)，分析了羅茨鼓風(fēng)機(jī)安裝過程中的注意事項(xiàng)和常見的故障，驗(yàn)證了新型羅茨鼓風(fēng)機(jī)的優(yōu)越性能。

1 羅茨鼓風(fēng)機(jī)原理

羅茨鼓風(fēng)機(jī)由泵殼內(nèi)的兩個轉(zhuǎn)子組成，兩個轉(zhuǎn)子安裝在平行軸上，轉(zhuǎn)子以相同的速度沿相反的方向無接觸地旋轉(zhuǎn)，以將空氣或氣體吸入鼓風(fēng)機(jī)主體[2]。一組正時齒輪使轉(zhuǎn)子保持同步。入口側(cè)的驅(qū)動空氣或氣體滯留在轉(zhuǎn)子和外殼之間。旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子克服系統(tǒng)中存在的壓力將捕獲的空氣或氣體推向排放側(cè)。一個轉(zhuǎn)子稱為“驅(qū)動轉(zhuǎn)子”，因?yàn)樗赏獠侩娫矗ㄍǔＪ请妱訖C(jī)）驅(qū)動，而另一轉(zhuǎn)子稱為“從動轉(zhuǎn)子”，因?yàn)樗蛇B接到驅(qū)動轉(zhuǎn)子的齒輪驅(qū)動[3]。常見羅茨鼓風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 常見的羅茨鼓風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)

2 新型羅茨鼓風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)

2.1 偏心弧和圓軸曲線齒輪廓的幾何模型

轉(zhuǎn)子的橫截面在羅茨鼓風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)中至關(guān)重要。擬建偏心弧和擺向曲線轉(zhuǎn)子齒剖面，如圖2所示。轉(zhuǎn)子的橫截面由偏心圓弧、回旋線曲線和圓弧組成。坐標(biāo)系S1（x1,y1)和S2(x2,y2)分別固定在轉(zhuǎn)子1和轉(zhuǎn)子2上。轉(zhuǎn)子分別圍繞中心點(diǎn)O1和O2旋轉(zhuǎn)。羅茨鼓風(fēng)機(jī)的中心距離為a，轉(zhuǎn)子螺距圓半徑為r，偏心弧半徑為r2，轉(zhuǎn)子附錄圓半徑為ra。

圖2 羅茨鼓風(fēng)機(jī)中偏心弧和環(huán)線曲線轉(zhuǎn)子的幾何形狀

2.2 三葉轉(zhuǎn)子的螺旋輪廓和嚙合狀態(tài)

本文所提出的三葉轉(zhuǎn)子的螺旋輪廓，如下頁圖3所示。其中M1（x1，y1，z1）表示轉(zhuǎn)子1坐標(biāo)系，r1是螺旋轉(zhuǎn)子輪廓的位置矢量。偏心弧和環(huán)向曲線轉(zhuǎn)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(jì)算出轉(zhuǎn)子2在轉(zhuǎn)子1上滾動的關(guān)系，通過計(jì)算可得出轉(zhuǎn)子表面上點(diǎn)的坐標(biāo)[4]。利用三維建模軟件可以生成轉(zhuǎn)子的三維模型和嚙合狀態(tài)，如下頁圖4所示。為了驗(yàn)證新型輪廓轉(zhuǎn)子的性能，采用車削的方法制作了該新型輪廓轉(zhuǎn)子，其制作過程及樣件如圖5所示。

圖3 三葉轉(zhuǎn)子的螺旋輪廓

圖4 三葉轉(zhuǎn)子的三維模型和嚙合狀態(tài)

圖5 三葉轉(zhuǎn)子的制作過程及樣件

3 羅茨鼓風(fēng)機(jī)的安裝及設(shè)備故障

3.1 羅茨鼓風(fēng)機(jī)的安裝

羅茨鼓風(fēng)機(jī)是一種高速機(jī)器，在運(yùn)行過程中會產(chǎn)生輕微的振動。為了保證穩(wěn)定的工作環(huán)境，安裝時必須將其固定在穩(wěn)定的地板上。首先，應(yīng)該選擇一個安靜的環(huán)境進(jìn)行安裝。如果安裝在擁擠的環(huán)境中，可能會遇到不必要的問題，進(jìn)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(fēng)口能夠順利排出[5]。最后，安裝鼓風(fēng)機(jī)時，確保地面基礎(chǔ)光滑穩(wěn)定，不需要間隙或雜質(zhì)。如果地面處于坑洼狀態(tài)，就必須整平。

將羅茨鼓風(fēng)機(jī)和電機(jī)放在基礎(chǔ)上，并根據(jù)羅茨鼓風(fēng)機(jī)和設(shè)備中心線上的馬達(dá)和兩個半聯(lián)軸器，將羅茨鼓風(fēng)機(jī)和馬達(dá)的正確位置對準(zhǔn)并居中。羅茨鼓風(fēng)機(jī)軸與電機(jī)軸之間的誤差必須≤0.2/1 000 mm。使用楔形平墊鐵進(jìn)行設(shè)備的水平對齊。調(diào)整后，將地腳螺栓放進(jìn)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(diào)整并擰緊。羅茨鼓風(fēng)機(jī)的安裝示意圖如圖6所示。

圖6 羅茨鼓風(fēng)機(jī)的安裝示意圖

當(dāng)鼓風(fēng)機(jī)放置在室外時，為了防止雨水侵蝕，必須安裝防雨棚，為鼓風(fēng)機(jī)提供干燥明亮的環(huán)境。如果鼓風(fēng)機(jī)在高于40℃的環(huán)境中使用，需要在排氣風(fēng)扇上安裝冷卻裝置，以保持鼓風(fēng)機(jī)在合適環(huán)境中正常運(yùn)行。安裝后，檢查羅茨鼓風(fēng)機(jī)的每個部件是否已安裝，確保鼓風(fēng)機(jī)的每個部分都擰緊，并定期潤滑鼓風(fēng)機(jī)，以進(jìn)行維護(hù)。

3.2 測試與驗(yàn)證

為驗(yàn)證新設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子的效果，在相同安裝環(huán)境下，對比了傳統(tǒng)柱狀轉(zhuǎn)子和帶螺旋齒輪廓轉(zhuǎn)子的羅茨鼓風(fēng)機(jī)的效果，兩種鼓風(fēng)機(jī)試驗(yàn)結(jié)果見表1。由表1得出結(jié)論，在相同運(yùn)行條件下，帶螺旋齒輪廓轉(zhuǎn)子的鼓風(fēng)機(jī)出口風(fēng)量增加10.7%，振動和噪聲明顯降低。機(jī)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(yōu)異的性能。

表1 測試數(shù)據(jù)的比較

3.3 羅茨鼓風(fēng)機(jī)的常見故障

盡管羅茨鼓風(fēng)機(jī)經(jīng)歷了一個很長的發(fā)展時期，但是其故障診斷無論在國內(nèi)還是國外都發(fā)展較緩慢。在維修方面，基本還處于定期保養(yǎng)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(jié)，對于羅茨鼓風(fēng)機(jī)的安全使用尤為重要。羅茨鼓風(fēng)機(jī)的常見故障及處理方法，如下頁表2所示。

表2 羅茨鼓風(fēng)機(jī)常見故障及處理方法

4 結(jié)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(zhuǎn)子，以進(jìn)一步降低噪聲，提高效率。螺旋轉(zhuǎn)子的新橫截面由偏心弧和環(huán)向曲線組成。制造和測試新型嚙合螺旋羅茨鼓風(fēng)機(jī)的加工和測試。試驗(yàn)表明，采用螺旋轉(zhuǎn)子，鼓風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)噪聲降低1.7 dB。各部分的鼓風(fēng)機(jī)溫度明顯降低。由此表明，具有橫截面的新型螺旋轉(zhuǎn)子具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。最后，針對羅茨鼓風(fēng)機(jī)的常見問題進(jìn)行了歸納總結(jié)并提出相應(yīng)解決方法。