罗茨鼓风机常见故障及性能优化改进措施

罗茨鼓风机常见故障及性能优化改进措施

引言

罗茨鼓风机是一种定容定量的恒流量风机、主要由电机、联轴器、主机(机壳、叶轮、油箱、墙板)、消声器、压力表、单向阀、软连接等部件组成，其墙板与叶轮的接触面须极度光滑平整，一般要求其粗糙度＜0.05μm，故也能起到端面密封气体的作用。由于罗茨鼓风机具有转速快、风量大、结构紧凑、传动简单、运行平稳、性能良好、节能高效等优点，其应用不仅能节约电能，而且可提高整体工作效率，能适应不同场景的工作要求，故受到了诸多行业的欢迎目前已在我国轻工、化工、电力、冶金等领域得到广泛应用。多年来，许多企业均对罗茨鼓风机进行了性能优化改进，如加装变频器、优化其传动效率，有效降低了罗茨鼓风机的能耗及损坏风险，提升了其供风效率，在提高生产效率、提高节电率、降低劳动强度等方面取得了显著成效。以下就罗茨鼓风机常见故障及性能优化改进等作一分析与探讨。

1 罗茨鼓风机工作原理及运行注意事项

1.1 罗茨鼓风机工作原理

罗茨鼓风机具有输出风压高、强制送风的特点，其供气总量与叶片数量、转速成正比。以效率较高的三叶罗茨鼓风机为例，其运行更稳定气体脉动更小、负荷变化更小、机械强度更高噪音与振动更小，叶轮每转动120°由(1对)2个“啮合”叶轮吸、排气，就像水车的运动一样,“一勺又一勺”地输送定量的空气，无论压力变化与否，均不会影响风机的基础风量；其3个叶完全相同，与同步齿轮一体安装在2个平行轴上，通过联轴器驱动1对齿轮的相对运动叶轮也因通轴结构连接而进行相对运动，相对运动的2个叶轮在工作时形成1个密封腔，2个叶轮反向旋转，工作时可连续吸入空气并强制排出，将空气连续输送至管道。

1.2 罗茨鼓风机运行注意事项

1)罗茨鼓风机作为一种高速运转的供风设备，由于其内部结构、运行方式的特殊性，振动无法避免，机壳内部一波又一波的空气脉冲会增大其振动程度，须安装在地面上或稳固的支架上以缓解、吸收振动。

2)新安装或大修后的罗茨鼓风机均应进行空载测试，须在进/排气阀完全打开的情况下进行，保证轴承零件的径向振动速度不超过6.3mm/s，空载运行约 30 min，如果运行正常，无异常振动、烟雾现象及碰撞冲击声，可加负荷测试，正常后方可投运。

3)正常情况下，罗茨鼓风机进风口空气中的微小颗粒浓度应不大于 100 mg/m³，保证叶轮之间互相转动时不受阻，但一般工业生产环境中的灰尘较多，空气中颗粒物浓度易超标，这就要求要对风机定期进行检查中；输送入口气体温度通常不得大于 45 ℃，且油箱内润滑油温度,般不能大于 100 ℃、轴承温度不大于 110 ℃。

4)罗茨鼓风机一般应安装在室内，不应安装在人员密集和经常有人活动的地方，以防止机械伤害或烫伤：；罗茨鼓风机闲置不用或存放的情况下要定期手动盘车，每次盘车时多转动几圈防止年久失修生锈腐蚀及转动不均。

5)巡检时注意检查风机各部件的紧固情况(如定位销是否松动)、风机机体内有无漏油：风机本体有无腐蚀及生锈等，据具体使用情况制定合理的维保制度；每年进行1次大修，更换轴承和相关易损件，并妥善记录维保情况。

6)罗茨鼓风机运行时检查操作中，运行初期整机设备未达到热平衡，润滑油黏度大，易出现噪音及电流过大，一般10 min 后这种现象基本上可消失；关机检查操作时，不可以在风机正常工作的情况下突然停机，须缓慢将排气阀打开逐步泄压完成后才停机，以免损坏风机。

2 罗茨鼓风机常见故障及应对

2.1 叶轮/墙板/机壳故障

罗茨鼓风机叶轮、墙板和机壳故障的原因主要有：送风管堵塞，工作压力超标，其腹腔空间处于高温高压状态，长期高温致叶轮、墙板和机壳烧坏；叶轮间隙、叶轮与墙板间隙过小，高速转动摩擦发热；风机叶轮和轴承的定位误差；外壳或墙板的表面光滑度不足；4个轴承(专用双列角接触球轴承和调心球轴承)安装定位不牢靠，轴承长期疲劳磨损而间隙增大，保持架与滚动体损坏，轴承失效，使得齿轮偏载、疲劳磨损，进而造成叶轮、墙板和机壳故障。

应对措施：相关技术人员对机体内部构件安装定位，定期监测与判断内部异常声音、冲击波动、振动，并按要求落实好制冷措施。

2.2 油温高

罗茨鼓风机油温高的原因主要有：消声装置和过滤装置长期未清理而发生堵塞；设备大修后存在一定的安装误差，安装间隙过大或过小，叶轮相对运动时存在摩擦；电机功率过低、联轴器传动速率过低，传动比不准确，做无用功，能量损失严重；风机安装现场通风不畅，进气口温度过高等。

应对措施：专业人员对机体内部构件进行安装定位：对联轴器进行牢靠度调整及定位；工作场所通风处理，温度过高时采取水冷、风冷等冷却措施。

2.3 工作压力异常或输出风量小

罗茨鼓风机运行过程中常会出现的问题之是泄压阀限压失灵，导致工作压力异常，此时应检查泄压阀弹簧是否失效，检查压力调整是否有误，若有误应重新调整。罗茨鼓风机自然运行时，须将其工作压力(进口压力与出口压力的差值!])调整至额定压力范围内，通常额定压力范围在9.8～98.0 kPa 之间，注意工作压力的变化，避免超负荷工作；风机工作时，禁止完全关闭进/出口阀，注意定期观察压力变化，超负荷时安全阀是否正常排气，否则应对安全阀进行及时调整。

罗茨鼓风机输出风量小的原因主要有：过滤装置大面积堵塞，进风量减少；设备出厂前压力校验不准确；排气阀开得过大，漏风严重；安全阀溢流压力设置过低，提前泄漏；叶轮磨损严重，叶轮间、叶轮与墙板、叶轮与外壳间隙增大，聚风能力不足；联轴器传动故障，转速降低，致风量突然减少；通风管破损或个别阀门泄漏，风量损失严重。

应对措施：定期对过滤装置进行检查和清洗；压力检测装置在安装现场需重新校核，对其内部构件进行牢靠调整定位；及时更换磨损严重的叶轮；对管道和阀门等易发生高速气流冲击磨损的部位定期进行检查与处理。

2.4 漏 油

罗茨鼓风机漏油的原因主要有：添加润滑油时超过油标最高刻度线或添加了黏度太低的润渭油，风机温度升高致润滑油变“稀”，在齿轮的搅拌下润滑油如泼水一般从透气帽的排油孔里漏出；油封失效致润滑油从轴端部流出，或油箱内部压力过高致润滑油进入机壳内部；油箱与墙板之间密封失效。

应对措施：温度过高时加注黏度高一级的润滑油；在不失透气效果的情况下用合金钢管等材料适当加高透气帽排油孔的高度，以防润滑油从排油孔流出：更换耐高温且密封效果好的油封和密封材料。

3 罗茨鼓风机性能优化改进措施

3.1 加装变频器

目前，业内多选用加装变频器来改造罗茨鼓风机(此举日益受到重视)，改造后，罗茨鼓风机风量可以完全由变频器来调节，经济效益、节电效率凸显，生产效率提高，劳动强度降低，社会效益明显。

在探讨方案下，罗茨鼓风机可以在工频和变频两种模式下来回切换工作。具体措施为，从原有的三相电路和电机间引出电压用作变频器的工作电压，此电压接入变频器后，用于控制电机，再安装一个切换装置即可实现工频、变频切换控制电机的工作模式。正常工作时电机在变频状态下工作，此时变频器 OF 端闭合，接触器KM1和 KM3 闭合、KM2 断开，实现无级变速：当变频器出现故障需要维修时，电机可以切换至工频状态下工作，此时变频器 OF 端闭合，接触器 KM2 闭合、KM1和 KM3 断开，实现工频状态下工作。需特别注意的是，接触器KM2 和 KM3须实现可靠互锁--KM2闭合时 KM3 须断开KM3闭合时KM2须断开，以防电流逆流烧坏变频器。以上功能的核心控制均由工频、变频转换开关实现。

3.2 优化传动效率

3.2.1 优化传动比

皮带轮传动的风机须保证2个皮带轮的V槽对中，且在一条中心线上，这样才能保证皮带轮槽内皮带不会发生单边磨损；装皮带轮和皮带时，理想状态下2个皮带轮中轴线的不平行夹角α=0°，但实际操作中安装误差是不可避免的，α＜20°即可。验证皮带轮张紧有特定的验证方式，在两皮带轮中心距(a)的中间位置朝垂直于皮带的方向施加一个恒定力(F)，因恒力(F)的作用皮带深凹一定的距离(h)，若h=0.016a，则表示此皮带的张紧程度合格。控制适当的预紧力是保证皮带正常工作的重要条件，预紧力不足则运转时皮带易跳动和打滑，预紧力过大则皮带磨损加剧、轴向/径向受力增大。

罗茨鼓风机的输出风量与其转动速度成正比，一般情况下输出风量降低与其转动速度提不起来有很大的关系，而通过调整皮带轮结构的方式来增大风机输出风量有很大的必要。设a轮为主动轮、b轮为从动轮，假设在理想状态下，忽略皮带轮与三角带之间的打滑现象(当然了打滑是不可避免的)与速度损失，则风机转速(ω)与(皮带轮)直径(D)成反比，即ω_a/：ω_b=D_b/D_a，一般情况下，主动轮转速(ω_a)保持不变，若想通过提高从动轮转速(ω_b)的方式增大风量，则可适当增大主动轮直径(D_a)或减小从动轮直径(D_b)，即适当调整主动轮与从动轮的直径差；在增大 D_a或减小D_b过程中若其中的小带轮(主动轮与从动轮两者中直径较小的那一个)包角(皮带与皮带轮接触弧所对应的圆心角)β＜120°，此时小带轮侧极易打滑可通过适当增大两轮中心距予以改善。小带轮上的包角越大，皮带轮传动系统不打滑时的最大有效圆周力也越大，系统效率越高，故可通过限制其最小中心距和最大传动比的方式提高传动能力--中心距越小、皮带越短，在一定转动速度下，单位时间内皮带的应力变化次数增多，皮带的疲劳强度降低；在传动比一定的情况下，中心距越小，小带轮的包角就越小，进而使传动能力降低：在中心距不变的情况下，传动比过大会致小带轮的包角过小，进而使传动能力降低。当然了，还可以用同步带替代三角带，消除打滑影响，达到提升供风效率的目的。

3.2.2 改装永磁联轴器

3.2.2.1 永磁联轴器简介

永磁联轴器的出现，打破了传统联轴器的结构形式，它广泛应用于化工、电镀、造纸、制药、食品、真空等行业的密封传动机械上。常见的同轴型永磁联轴器，由外转子、内转子和隔离套组成，在内转子的外圆周部分和外转子的内圆周部分安装磁体(磁体一般为偶数极，按照N极、S极交叉方式圆周排列)，当永磁体旋转时利用稀土永磁体之间同性相斥、异性相吸的原理产生磁力，驱动工作机旋转，无需直接的机械联接，实现扭矩(机械能量)的传递。

3.2.2.2 永磁联轴器安装

1)选型。据罗茨鼓风机的功率、转速、扭矩等参数，选择与之匹配的永磁联轴器型号和规格。

2)对中校准。安装永磁联轴器之前，需对罗茨鼓风机和电机的轴进行对中校准，确保其在同一条直线上，可使用百分表、激光对中仪等工具进行测量和调整，保证2个轴的同心度和垂直度在许可范围内，分4个点检测风机和电机轴的跳动度，保证4个点跳动度在许可范围内。

3)安装。将永磁联轴器分别安装到罗茨鼓风机与电机的轴上，确保平键配合连接牢固。一些永磁联轴器可能需要采用特定的安装方法，如压力法或热套法等，

4)调整间隙。按照永磁联轴器的安装要求，调整联轴器之间的间隙。有些永磁联轴器可能具有可调节的部件，用于精确调整间隙。

5)固定连接。安装好永磁联轴器后，使用相应的紧固件(如螺栓、螺母等)将其牢固地固定在轴上。

6)检查与测试。安装完成后，仔细检查永磁联轴器的安装情况，合格后进行试运行，观察或检查是否有异常振动、噪音或温度升高等问题，并确认扭矩传递是否正常，以及是否达到预期的节能效果。

7)防护与维护。为保护永磁联轴器免受外界环境的影响(如灰尘、湿气等)，需安装防护罩。此外，需定期检查永磁联轴器的工作状态(如连接螺栓是否松动、有无磨损或损坏等)

3.2.2.3 永磁联轴器应用效果

据现场实际观察，永磁联轴器的节能率平均可达 25%左右，按此数据计算，1台配套电机为30 kW 的罗茨鼓风机1 a(以 365 d/a、运行 10bd计)可节电 30x25%x10x365=27 375 kW·h.加装永磁联轴器后，实现了无接触的扭矩传递，减少了机械磨损和维护成本；无需润滑油，避免了润滑油泄漏对环境的污染；消除了动密封存在的泄漏问题：没有机械联接带来的额外损耗，传动效率相对较高；具有较好的隔振效果可减少振动的传递。此外，永磁联轴器结构相对简单，安装方便。

4 结束语

结合罗茨鼓风机的结构及运行原理、运行注意事项，分析与探讨其常见故障及应对措施，并提出加装变频器、优化传动效率(优化传动比、改装永磁联轴器)等性能优化改进措施，以提升其供风效率，实现节能降耗。相较于悬浮风机等供风设备，罗茨鼓风机节电率高、输出风量大和供风稳定，优化改进后的罗茨鼓风机，性能更是获得较大提升，灵敏性更高、功率更大、供风能力更强、节电率更高，具有巨大的优势和广的应用前景。

作者：高秉伟，慕显文，刘书清

单位：永登祁连山水泥有限公司

来源：中氮肥2025年第一期