谈谈1431VJ-V型罗茨真空风机

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)中盐吉兰泰盐化集团 作者:朱惠兰

  对1431VJ-V型罗茨真空风机的构造、原理、安装与调试等方面进行了详细介绍,该风机具有真空度高、风量大、运行周期长、检修率低等特点。

  我厂选用的3台1431VJ-V型罗茨真空风机是滤碱机的配套使用设备,是引进美国德莱塞公司制造的设备。它的构造、原理、安装和调试与我们国产罗茨真空风机基本相同,但它在结构和性能方面又优于国产的罗茨风机,在一定的工艺和操作条件下,具有较高的真空度和较大的风量,这是国内罗茨真空风机所无法相比的,加上合理的选用材质(1431型罗茨风机壳及转子采用球墨铸铁制造,转子半轴及半轴连接螺栓采用不锈钢制造)和较高的制造精度,又使它具有运行周期长、检修率低的特点。真空技术网(http://www.chvacuum.com/)调研了1431VJ-V型罗茨真空风机性能参数如下:

1431VJ-V型罗茨真空风机性能参数

1、构造及原理

  1.1、构造

  1431VJ-V型罗茨真空风机由一对腰形渐开线型转子体(叶轮与轴的组合体)、同步齿轮、机壳、轴承、密封等部件组成。

  两叶轮安装在两根平行的轴上,在两侧用端盖封住的泵壳内反向运转。由于叶轮的旋转,空气从泵壳一侧入口吸入,另一侧出口排出。风机进口区与出口区有效的分离是通过叶轮周围很小的间隙和通过控制一定量的水封住这些间隙来完成。转动期间,两叶轮的间隙是通过一对安装在风机机壳外侧轴上的同步齿轮来维持恒定。

  1431VJ-V型罗茨风机主、从动轴两端采用调心滚子轴承,驱动端轴承为轴向定位支承点,轴承内外圈都采用了双向定位的方式,齿轮端为游动端,轴承内外圈采用的是单向定位的方式。当风机运行时,由于出口压力高,机体温度高,使轴和叶轮受热膨胀时,可以沿着驱动端轴承作轴向自由伸缩,以保持主、从动轴在运转中的直线性。

  1.2、工作原理

  1431型罗茨风机是一个正排气系统,排气能力由风机大小、运行速度、真空压力条件和密封水流量决定。在恒定的转速下,它的排气量与进出口压力变化无关,如果要改变排气量就必须改变风机转速或改变空气中的排气量。

  启动风机时(从同步齿轮端看)底部叶轮(主动叶轮)逆时针方向转动,此时空气流从左到右,从进口到出口,如图1。上部叶轮(被动叶轮)从图①位置顺时针旋转45°到图②位置时,它与机壳之间充满相同体积B的空气量时,底部叶轮已将A 体积的空气量排到出口,两叶轮进一步旋转45°后,上部叶轮又将B体积的空气量排到出口,与此同时,底部叶轮另一端面正形成第三个相等体积的空气量如图③,底部叶轮从图②-图③-图④-图⑤又将相同体积的空气量排出,同时上部叶轮通过图⑥-图⑦-图⑧-图①又排出相同体积的空气量,从图①-图⑧我们可以看到传动轴完整转动1周,上下两叶轮交替的吸入4个相等已知体积的空气量(每个叶轮2个)并且排到出口。

罗茨真空风机工作原理

图1 罗茨真空风机工作原理

2、叶轮间隙调整

  罗茨风机在安装调试过程中,机壳内两叶轮之间和叶轮与泵壳各部位间隙的调整,是整个罗茨风机安装工艺的关键。间隙的大小除了影响风机的技术性能外,还是保证风机安全运行的重要因素,如果间隙调整不符合要求,不仅会影响风机的使用性能,严重时甚至会造成设备事故的发生。

表1 1431VJ-V型罗茨风机间隙数据

1431VJ-V型罗茨风机间隙数据

  表1各部位间隙数据,是风机在安装或大修中需要重新组装时必须遵循的数据。对处于良好运行状态下的风机,在运行过程中间隙可能要发生变化,这些参数与实际可能会不符,这是正常的现象,但必须保证它们变化后的间隙值不应小于所列的最小值。

  叶轮两端到两端板(驱动端和齿轮端)的间隙的调试方法和我们国产风机是一样的,是通过调整两端板的调整垫片厚度来实现的,如增加齿轮端调整垫片的厚度,则叶轮端到齿轮端的间隙减小,叶轮到驱动端的间隙增大,减小齿轮端调整垫片的厚度,则叶轮端到齿轮端的间隙增大,而叶轮端到驱动端的间隙减小,反之亦然。叶轮径向到机壳进口、中心、排口的间隙可通过的调整同步齿轮轮毂与叶轮的相对位置来实现。1431VJ-V 型罗茨真空风机齿轮的轮缘和轮毂是一体的,它们之间的间隙是无法调整的,两叶轮之间的前后间隙调整必须是轮在0~90°的转动范围内完成。在一个完整(360°)的转动过程中有2个前间隙和2个后间隙,如图②和图⑥为两个前间隙,图④和图⑧为两个后间隙。一般调整时要充分拧松一个同步齿轮上的所有的定位螺栓,保证齿轮轮毂和叶轮轴之间调整间隙,通过调整齿轮轮毂与叶轮的相对位置,来调整前、后间隙。若在一个齿轮上进行调节,不能达到理想的效果,还要松动另外一个齿轮上的螺栓进行调整,调整好间隙后必须紧固所有齿轮定位螺栓(定位螺栓精度等级为12.9),要保证每个螺栓的扭矩为62kg·m,做到受力均匀。一般叶轮上半部的间隙,由于齿轮磨损而逐渐增大,下半部的间隙则逐渐减小。为了延长风机的使用寿命及维修周期,在调整间隙时,可以人为地减小上半部的间隙,增加下半部的间隙,通常两转子上半部之间的间隙为总间隙的1/3,下半部的间隙为总间隙的2/3。

3、软水密封

  1431VJ-V型罗茨真空风机的基本原理是两叶轮相对运动,不发生接触,为满足这一要求,并且满足最大的风机效率,在叶轮与叶轮之间和叶轮与机壳之间必须有最小的间隙来限定,任何来自水的矿物沉积和工艺流程中残余物的结垢都会导致阻塞住这些间隙,从而导致机械损坏,所以1431型风机采用的是软水密封,其作用:

  1)密封作用,防止叶轮与叶轮之间和叶轮与机壳间的间隙过大而造成风机能力下降。

  2)可以降低风机的温度,罗茨风机是内部无接触的运动,对于温度的控制不是难点,而且1431VJ型风机具有自我保护装置,如果风机出气温度超过60℃,就会自停。

  3)密封水的流量一般控制在53L/min,如果连续运行可达到106L/min,如果软水流量超过最大值,风机就会有噪音且运行不平稳,如果长时间运行,将大量的水带到风机中,会增大电机功率,导致驱动装置过载损坏。

4、同步齿轮安装与定位

  1431VJ-V型罗茨真空风机进口区与出口区有效的分离是通过转动叶轮之间及叶轮与机体周围很小的操作间隙和通过控制一定量的水封住这些间隙来完成,转动期间,叶轮间的间隙通过一对安装在两个机壳外侧轴上的定位齿轮来维持恒定。

  同步齿轮不仅具有定位作用,而且具有传动扭矩的作用。只有在两叶轮转角完全一致的情况下,风机的两个叶轮才能正常运转,否则,两个叶轮将会发生撞击而破坏风机的正常运行。

  通常的齿轮与叶轮轴的定位都是通过键联接,采用过渡或过盈配合,来保证齿轮的定位,这样虽然能保证齿轮的传动具有较高的传动精度,但不利安装、检修及风机叶轮各部位间隙的调整。

  齿轮的定位方式是齿轮轮毂与叶轮轴采用间隙配合(间隙一般控制在0.02~0.03),轮毂上装有锥形紧定套,通过紧固齿轮螺栓来实现齿轮定位的,如图2。

轮毂与锥形紧定套

图2 轮毂与锥形紧定套

  锥套1装在轮毂上,锥套2与锥套1配合安装,当调整好风机各部位间隙后,要均匀紧固齿轮螺栓,通过对锥套2和锥套1的预紧使齿轮轮毂发生弹性变形,使轮毂与轴由间隙配合变为过盈配合,从而保证齿轮定位和稳定的传动扭矩。

5、罗茨风机的转子体

  转子体是罗茨风机的主要部件,它由叶轮与轴组成,叶轮为空心两叶渐开线直线叶轮,这种叶轮被广泛采用的原因是,与其它类型的叶轮比较,当叶轮的长度、外径及转速相同时,其排出风量最大,且容积效率高。国内的罗茨真空风机转子体(叶轮与轴)轴都是通根轴,而1431VJ-V型罗茨真空风机的叶轮轴则是半轴,用螺栓联接固定在转子两端,如图3。这种装配形式,具有较高的加工精度,不仅要求两半轴装配后具有较高的同轴度(同轴度必须小于或等于0.02),同时还要保证风机转子的中心不变,否则两转子间隙无法调整。为了保证上述要求,检修时一般采用以下两种方法:

  1)以转子的中心孔(原式基准,设备制造时做好的标记)为基准,将两半轴的定位孔找好同心,加工制作半轴,精加工后,安装调整到两半轴的同心度在要求的范围内。

  2)以转子的中心孔为基准,将两半轴定位孔找好同心,加工制作半轴,将两半轴粗加工后,用螺栓安装在转子体两端,以一端轴为基准,车另一端半轴,以此来保证两半轴同轴度在要求范围内。

罗茨风机的转子体

图3 罗茨风机的转子体

6、动平衡精度要求

  根据1431VJ-V型罗茨风机叶轮的长度与外径比值(L/d=800/580=1.37>0.2)和风机转速(794rpm),1431型风机转子体必须进行动平衡试验,平衡精度为G2.5。不平衡量根据公式:m=60 000×G×W/2×3.14×r×nm———转子体的不平衡重量,kg;w———转子体的重量,1431型风机的转子重量为258kg/个;G———平衡等级,罗茨风机一般取2.5级;r———转子半径,1431型风机的直径为φ500;n———转子体转速,794rpm。m=60 000×2.5×258/2×3.14×250×794=31kg。1431VJ-V型风机的动平衡不平衡重量小于31kg即满足风机使用要求。

7、联轴器的选型

  电机与减速机的连接采用的是JS系列蛇型弹簧联轴器,减速机与风机的连接采用轮胎联轴器。蛇型弹簧式联轴器属于金属弹性元件联轴器,它主要特点:

  1)金属弹性元件,使用寿命长,减振性好。

  2)传动效率高,过载性强,常用转距范围为63~27000N·m,最大许用转速为900~10000r/min。

  3)拆装简单,安装精度要求低。许用相对径向位移0.2~0.3mm,许用轴向位移1.5~20mm,许用角位移1.5。

  轮胎联轴器具有过载保护性能强的特点,当风机发生事故时,可以通过轮胎联轴器来保护风机。1431VJ-V型罗茨风机在我厂已使用多年,从使用情况来看它具有运行平稳、使用周期长、具有较高的真空度等特点,值得同行学习和借鉴。

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