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四十九.螺桿式壓縮機轉子故障與檢測
四十九.螺桿式壓縮機轉子故障與檢測

雙螺桿壓縮機以其便于制造、結構簡單、成本低、效率高等優點,廣泛用于空氣動力、工業制冷、中央空調和工藝流程等場合,而被稱為“通用機械”。
常用的螺桿式空氣壓縮機無論其功率大小,其工作原理均為配套的陰陽轉子被動旋轉,產生壓縮空氣,經油氣分離器冷卻過濾后進入儲氣罐中儲存,作為潔凈的壓縮空氣使用。空氣壓縮機的主要機構是陰陽轉子,陰陽轉子出現故障,將嚴重影響螺桿式空氣壓縮機正常使用。
一、轉子部件
轉子部件由主動轉子(陽轉子)、從動轉子(陰轉子)、主軸承、止推軸承、軸承壓蓋、平衡活塞以及平衡活塞套等零件組成。
a.轉子的作用
陰、陽轉子是螺桿壓縮機中最核心的零件。轉子的加工精度、形位公差要求都很高,精加工后還必須做試驗方可使用。主動轉子通過聯軸器與電機直聯,并帶動從動轉子旋轉。
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螺桿空壓機轉子分陽轉子和陰轉子。從圖1可知陽轉子和陰轉子都有螺旋的突齒,在密封殼內平行地相互嚙合。這兩個轉子在殼的兩端由軸承支承,這樣,它們相互之間可以不接觸地轉動。在兩轉子之間、轉子與殼體之間,保持有很小的間隙。在軸承和轉子室之間,分別配備有油罩和軸密封裝置,用來防止軸承潤滑油進入到壓縮室內或壓縮氣體泄出到外面。為了保持轉子的相關位置處在精確的點上,在軸端上配備有精密加工的同步齒輪。在轉子與殼體之間,保持有一間隙,為壓縮室提供潤滑油,防止金屬摩擦損壞。
b.轉子結構
螺桿壓縮機其獨特的轉子外形和其呈大的螺旋角度,是螺桿壓縮機的重要特點。在轉子外形上存在許多變化,現介紹的轉子外形是不對稱型,如圖2a所示,都有兩個突狀面,陽轉子和陰轉子有相同的外徑,但突齒的數目分別是4和6。就陽轉子來說,齒輪的節圓在突齒的根部,而對陰轉子來說,齒輪的節圓在突齒的梢部,結果是陽轉子的轉速是陰轉子的1.5倍。
c.轉子的旋轉
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如圖2b所示,假設陽轉子和陰轉子互相嚙合,就陽轉子而言,互不嚙合的齒間間隙近似于分別對稱地對著轉子的中心線,所以,來自氣體壓力的力近似于直接對著中心。
在兩個螺桿嚙合的密封點兩側出現壓差,而由于氣壓的作用產生穩定的力,這個穩定的力在與旋轉方向相反的方向上起作用。如果陰轉子在另一面,一相互嚙合的點處于突齒的裂口處,所有的氣壓都近似于直接對著轉子中心。
所以,對于陰轉子來講,來自氣壓的穩定轉力是很小的,陰轉子像一個旋轉的密封,來自于氣體壓縮的轉力幾乎完全作用在陽轉子上。也可以說,作用在陰轉子上的轉力僅相當于軸承的損失和轉子的旋轉損失。因此,當陽轉子是一驅動軸時,同步齒輪儀用于陽轉子和陰轉子的定位,通過同步齒輪從陽轉子傳遞動力至陰轉子,同步齒輪只在很輕的荷載下工作。
d.嚙合
在進氣端,兩個轉子結束相互嚙合時,齒間間隙擴大,在殼內周邊提供了寬的入口孔。吸入氣體到突齒間隙內。圖3a中所示的這個入口孔對齒閘間隙是打開的,直到充入氣體為止。在排放側和周邊,內齒間隙由殼內壁來密封。
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抽吸結束后,抽吸側也由殼內壁來封閉,抽吸的氣體都被密封了。
e.轉子的旋轉角度
如果起點是從相互嚙合的起點開始,齒間間隙內容量的改變可以通過轉子的旋轉角度來表示,如圖3b所示。
f.容量和壓力的改變
當齒間間隙的壓力達到理想的排放壓力時,如果排放孔被這樣定形,就使得齒間間隙開始重疊這個孔。然后排放過程開始,齒間間隙內的所有氣體被強制壓出到排放側。這樣,在圖3b中表示的是實際的壓力一旋轉角度曲線。只有當氣體被強制從齒間間隙壓出到排放側時,由排放孔的大小來確定的壓力是呈幾何學的。所以,排放孔的大小,可用于確定特殊的運行壓力。
因此主軸承一般采用滑動軸承,又叫主軸瓦,是用來支承轉子、承擔徑向力的。主軸承內表面襯有一層耐磨合金,磨損較大或拉毛、拉傷時應更換。主軸承在工作中靠潤滑油潤滑,各油路必須通暢。更換新軸承時要采取“刮研(花)”處理。如果軸承使用偽劣產品會導致主機粘死、噪聲大等情況,就必須進行主機大修處理。

二、陰陽轉子的一般故障現象
1.正常機械磨損和老化
1.1轉子陰陽齒道外徑的磨損;
1.2轉子缸筒的正常磨損。
2.人為的機械損壞
2.1陰陽轉子齒道外徑的劃傷;
2.2 轉子缸筒的劃傷;
2.3 轉子進氣、排氣端蓋側面劃傷;
2.4 進排氣端軸承的磨損及軸承端蓋內圓的磨損;
2.5 轉子軸承位置軸徑的磨損;
2.6 陰陽轉子軸端產生變形。
3.擦傷或卡死的一般部位
3.1陰、陽轉子間的擦傷與卡死(咬合);
3.2轉子外徑與機體內壁之間;
3.3轉子排氣端面與排氣軸承座之間;
3.4轉子吸氣端的軸頸與機體的軸孔之間;
3.5轉子排氣端的軸頸與排氣軸承座的軸孔之間。
三、產生原因
1.空氣濾芯未及時更換造成進氣質量差導致轉子磨損嚴重;
 
2.使用壓縮機油型號不合格或沒按規定及時更換, 油中雜質超標導致轉子、 缸筒劃傷;
3.運行中排氣溫度過低,導致油氣中水分過高,長時間運行使進、排氣端軸承在高速重負荷旋轉中得不到有效潤滑而發熱損壞,導致轉子串軸、變形卡死;
4.由于驅動聯軸齒輪嚙合間隙或齒輪鍵連接故障,導致的轉子驅動端軸頭變形;
5.軸承質量原因引起的異常損壞。空氣壓縮機出現以上幾種故障,一般屬人為造成。在日常檢修維護工作中,只要認真按照使用維護規程操作和保養,上述故障完全是能夠避免的。
總之,螺桿壓縮機轉子的吸、排氣端軸頸分別由壓縮機體和排氣軸承座上的軸承支撐著,如果壓縮機體、排氣軸承座、轉子的同軸度由于機械加工或裝配的原因而沒有達到設計要求,那就容易導致轉子間、轉子與機體、轉子與其它零件之間的擦傷或轉子卡死。一般軸孔與轉子壓縮腔的同軸度要求在0.01~0.02mm以內。
螺桿壓縮機壓縮腔中的零件間的間隙一般以絲或mm為單位,壓縮腔內零件之間是動配合,如果設計的間隙值偏小,再加上制造過程的誤差,則容易出現轉子被擦傷或卡住的現象。轉子與機體的間隙一般為0.1mm左右,轉子排氣端面與排氣軸承座的間隙為0.05~0.1mm。
壓縮機在拆卸過程中,因為軸承與轉子軸是緊配合,拆卸力度如果太大將會導致零件的變形,零件自身的同軸度將降低。
壓縮機在裝配后,需要檢查裝配件的總體同軸度,如果同軸度超差也會導致零件間的擦傷或轉子被卡死。
四、轉子損壞的故障危害與檢測
在空氣壓縮機正常運行中,出現聲音異常、電流過載現象,就要停機進行認真檢查。應著重檢查空氣壓縮機軸承是否損壞、轉子軸端部是否變形。如果能夠及時檢測發現轉子端軸承損壞,并立即停機,就不會造成軸承發熱卡死的現象,不會造成大的機械部件損壞。如果不能及時發現轉子端軸承損壞,空氣壓縮機長時間運行,一般情況下會出現軸承內圓與轉子安裝軸承位置摩擦滑動,嚴重的會出現轉子軸承位置發藍、拉毛變細,或者出現轉子端蓋的軸承因內圓卡死致使軸承外圓轉動,從而使端蓋軸承孔變大或失圓。甚至還會出現因軸承損壞直接導致轉子在大功率的作用下變形,破壞轉子同軸度。
陰陽轉子的檢測一般要看轉子磨損和劃傷情況,它的嚙合磨損不得小于名稱直徑的0.5mm-0.7mm。劃傷面積不得大于25cm2,深度不得大于1.5mm,轉子軸端不同軸度不得大于0.010mm。
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