引言
罗茨风机以其容积利用率大、容积效率高、结构紧凑、安装方式灵活多变的特性被广泛运用在水泥生产线上，用来疏松和输送密闭容器内的粉料。某公司t/d熟料生产线煤粉制备供分解炉用罗茨风机墙板材质为灰铸铁HT，在使用过程中，由于固定端轴承间隙过大造成叶轮轴向窜动。在拆检更换轴承时发现其靠近齿轮一侧的墙板轴承室有多处径向裂纹，如果更换墙板，则风机的外壳和两侧的墙板难以达到图纸所要求的同心度；若整体更换外壳和墙板，交货周期至少需要36天，势必影响正常生产。在对轴承室产生裂纹原因、工件材质性能和设备运转特性进行认真分析的基础上，研究确定了在线修复方案，实施后效果良好。本文就修复情况做一总结介绍，与同行共享。
01罗茨风机工作原理及性能参数1.1罗茨风机工作原理
罗茨风机属于容积式气力输送设备，输送的风量与转速成比例，叶轮分两叶型和三叶型两种。叶轮每转动一次由2个叶轮进行3次吸、排气。在2根相平行的轴上设有2个三叶型叶轮，叶轮与椭圆形机箱内孔面、前后墙板之间及风机叶轮之间始终保持微小的间隙，由于叶轮互为反方向匀速旋转，使箱体和叶轮所包围着的一定量的气体由吸入的一侧输送到排出的一侧。叶轮轴由设在墙板上的轴承室定位，2个叶轮始终由同步齿轮保持正确的相位，因此在运转中不会出现互相碰触现象。
1.2性能参数
罗茨风机性能参数见表1。
表1罗茨风机性能参数
02轴承室构造及裂纹情况罗茨风机墙板有上下两个轴承室，厚度为mm，轴承室直径mm。轴承室周边共有6处裂纹(见图1)，裂纹长度30～mm不等，深度在30～40mm之间。
图1轴承室结构及裂纹示意图
03产生裂纹原因分析3.1材质原因
主要是铸铁本身的原因。铸铁在铸造过程中难免存在夹渣、气孔、砂眼等铸造缺陷，在长期的振动和冲击下，造成应力集中，在轴承室墙板的薄弱部位极易出现裂纹。
3.2结构原因
设备冷却方式采用水冷，墙板的结构受循环水流向、流速的影响，厚度受限。另外铸造本身也会造成墙板厚薄不均，在没有筋板的部位强度不够，动静载荷交替冲击引起裂纹。
3.3设备原因
由于罗茨风机是高速运转的设备，会产生剧烈的振动；运转时内部空气的脉动效应，更加大了罗茨风机的振动频率。直接的后果是诱发轴承游隙的变化，游隙的变化会进一步加大风机的振动，它们之间相互作用导致轴承间隙超标引起叶轮轴向窜动，从而造成轴承室裂纹的产生。
04修复方案4.1材质性能分析
灰铸铁中的碳大部或全部以自由状态的片状石墨的形态存在于球光体或铁素体中，金属基体由珠光体与铁素体按不同比例组成，化学成分见表2。石墨的力学能力很低，使金属基体承受负荷的有效截面积减小，而且片状石墨的数量、形状都会使应力严重集中，因而灰铸铁的力学性能不高，抗拉强度、塑性、韧性及弹性模量都低于碳素钢，力学性能参数见表3。
表2化学成分参数表(％)
表3力学性能参数表
4.2可焊性分析
灰铸铁在化学成分上的特点是碳高及硫、磷杂质高，这就增大了焊接部位对冷却速度变化的敏感性及冷热裂纹的敏感性。在力学性能上的特点是强度低，基本无塑性，焊接过程中具有冷速快及焊件受热不均匀而形成焊接应力大的特殊性。这些因素都会导致可焊性不良，表现在焊接金属容易出现白口及淬硬组织，容易产生裂纹。
4.3焊接工艺
从可焊性分析来看，灰铸铁的焊接性能较差，如果焊接材料和工艺措施选用不当，会在焊缝和热影响区产生白口及淬硬组织和裂纹等严重缺陷，影响焊接质量。当前灰铸铁焊接主要有电弧热焊、半热焊和冷焊三种工艺，考虑到灰铸铁的焊接性、墙板的体积和形状以及加热条件等因素，本次修复选用手工电弧冷焊法，采用以中间向两头分段的逆向焊法。
电弧冷焊法简称冷焊，因焊前不需要较高温度预热，焊接过程中也不加辅助热源，因此焊接工艺简单，效率高，成本低，关键是焊接时工件变形小，不易产生焊接裂纹。
4.4焊接材料
冷焊一般采用异质焊条，如纯镍、镍铁、镍铜焊条以及低碳钢焊条等。工艺特点是采用合适的最小电流，较快焊速，短弧、短断焊(焊缝长度可为每段10～20mm)，焊接处温度控制在合理范围内，每一段焊后进行锤击以消除焊接应力。
本次焊接采用Z和Z焊条相互填充的焊接工艺进行修复。Z焊条属于低碳钢芯、氧化性药皮的铸铁焊条，焊接时可将熔池中的碳、硅部分烧掉，焊缝为钢组织，焊缝与母材能较好地熔合。Z焊条是纯镍焊芯、强还原性石墨型药皮的铸铁焊条，施焊时，焊件可不预热，具有良好的抗裂性能和加工性能。
05方案的实施5.1焊前准备
(1)首先落实焊接人员。由于修复工作必须连续进行，应有2～3名焊工在修复时轮流施焊。
(2)HT铸铁件模型。
(3)清渣小锤两把，锤头的圆弧为1.5～2mm，形状如图2所示。
图2滑渣小锤示意图
(4)开坡口用角向磨光机一台，手电钻一台，ф6mm钻头两个以及其他辅助工具。
(5)焊条分2.5mm、3.2mm两种直径。
(6)保温筒4个，直流焊机两台。
5.2坡口制备
根据裂纹的实际走向进行细磨精钻。焊接坡口为Y型坡口，坡口角度为36°，钝边为1～2mm，坡口方向为同侧，如图3所示。修磨时要求消除所有裂纹倾向，坡口边缘平滑过渡，钝边、裂纹消除后，用氧-乙炔焰烘烤观察无裂纹后，用手电钻在在尖端处打上止裂孔。
图3坡口示意图
5.3焊接
(1)模拟施焊。由拟参与修复的焊工在HT铸铁件模型上进行模拟试验。一是验证维修方案的可行性，二是挑选合格的施焊人员。
(2)焊条烘烤。焊接前Z焊条必须经℃左右烘干1h，Z焊条必须经℃烘干1h左右。烘干后放入保温筒中保温，随用随取。
(3)焊件预热。施焊前用氧一乙炔焰对焊件进行预热至45～50℃。
(4)焊接。一至三层焊接采用ф2.5焊条，每层厚度控制在1～1.5mm之间。第四层开始用ф3.2mm焊条焊接，每层厚度不得大于2.5mm。焊接时要严格控制层间温度，每焊完一层后应冷却到30℃左右，具体以手触不烫为宜。层间要及时清理焊缝上的熔渣和缺陷，整个焊接过程中始终保持焊缝的预热温度。另外，要根据焊条类型和直径随时调整焊接电流，并保证在焊接电流的下限施焊。
(5)释放应力。焊完一层后立即用小锤锤击以释放焊接应力，锤击的频率为2～3Hz。
(6)回火处理。焊接完毕后即可进行焊后热处理，温度控制在80～95℃之间。随后保温自然冷却。
06结束语公司煤粉制备供分解炉用罗茨风机墙板轴承室有多处径向裂纹，在不能单独更换墙板和整体更换外壳和墙板的情况下，以中间向两头分段的逆向焊法实施手工电弧冷焊修复，水压试验合格。修复后完全达到使用要求，罗茨风机工作正常。
-END-
往期热门
?技术
煤粉仓自燃原因分析及其预防措施
?技术
MLS立磨振动的处理措施
?技术入磨皮带秤全速运转故障的原因分析作者：李庆文，胡庆银来源：《山东东华水泥有限公司》如有侵权，请与我们联系！如果您有想与大家分享的文章，欢迎大家踊跃投稿投稿邮箱：chong.zhang
cement.