王 博

（铁法煤业（集团）有限责任公司煤层气开发利用分公司，辽宁 铁岭 112700）

引言

罗茨鼓风机是一种没有内部压缩的无阀排量压缩机，为了实现罗茨鼓风机更大的气流，横截面设计至关重要[1]。本文介绍了一种由偏心弧和摆线曲线组成的新轮廓。在此基础上，结合螺旋结构，设计了一种新型罗茨鼓风机螺旋转子。通过试验验证分析，螺旋转子机性能得到明显提高。最后，进行了罗茨鼓风机的安装和试验，分析了罗茨鼓风机安装过程中的注意事项和常见的故障，验证了新型罗茨鼓风机的优越性能。

1 罗茨鼓风机原理

罗茨鼓风机由泵壳内的两个转子组成，两个转子安装在平行轴上，转子以相同的速度沿相反的方向无接触地旋转，以将空气或气体吸入鼓风机主体[2]。一组正时齿轮使转子保持同步。入口侧的驱动空气或气体滞留在转子和外壳之间。旋转的转子克服系统中存在的压力将捕获的空气或气体推向排放侧。一个转子称为“驱动转子”，因为它由外部电源（通常是电动机）驱动，而另一转子称为“从动转子”，因为它由连接到驱动转子的齿轮驱动[3]。常见罗茨鼓风机结构如图1所示。

图1 常见的罗茨鼓风机结构

2 新型罗茨鼓风机的设计

2.1 偏心弧和圆轴曲线齿轮廓的几何模型

转子的横截面在罗茨鼓风机设计中至关重要。拟建偏心弧和摆向曲线转子齿剖面，如图2所示。转子的横截面由偏心圆弧、回旋线曲线和圆弧组成。坐标系S1（x1,y1)和S2(x2,y2)分别固定在转子1和转子2上。转子分别围绕中心点O1和O2旋转。罗茨鼓风机的中心距离为a，转子螺距圆半径为r，偏心弧半径为r2，转子附录圆半径为ra。

图2 罗茨鼓风机中偏心弧和环线曲线转子的几何形状

2.2 三叶转子的螺旋轮廓和啮合状态

本文所提出的三叶转子的螺旋轮廓，如下页图3所示。其中M1（x1，y1，z1）表示转子1坐标系，r1是螺旋转子轮廓的位置矢量。偏心弧和环向曲线转子的螺旋齿剖面包括凹凸和凸螺旋剖面。为了确定摆线曲线CD的方程，采用了一种反向的方法计算出转子2在转子1上滚动的关系，通过计算可得出转子表面上点的坐标[4]。利用三维建模软件可以生成转子的三维模型和啮合状态，如下页图4所示。为了验证新型轮廓转子的性能，采用车削的方法制作了该新型轮廓转子，其制作过程及样件如图5所示。

图3 三叶转子的螺旋轮廓

图4 三叶转子的三维模型和啮合状态

图5 三叶转子的制作过程及样件

3 罗茨鼓风机的安装及设备故障

3.1 罗茨鼓风机的安装

罗茨鼓风机是一种高速机器，在运行过程中会产生轻微的振动。为了保证稳定的工作环境，安装时必须将其固定在稳定的地板上。首先，应该选择一个安静的环境进行安装。如果安装在拥挤的环境中，可能会遇到不必要的问题，进而造成烫伤。其次，出于安全考虑，底座表面周围需要足够的空间，以确保通风口能够顺利排出[5]。最后，安装鼓风机时，确保地面基础光滑稳定，不需要间隙或杂质。如果地面处于坑洼状态，就必须整平。

将罗茨鼓风机和电机放在基础上，并根据罗茨鼓风机和设备中心线上的马达和两个半联轴器，将罗茨鼓风机和马达的正确位置对准并居中。罗茨鼓风机轴与电机轴之间的误差必须≤0.2/1 000 mm。使用楔形平垫铁进行设备的水平对齐。调整后，将地脚螺栓放进地面。对于地脚螺栓孔的混凝土，待混凝土干燥平整后，将楔形斜垫铁分别放置在地脚螺栓中，水平调整并拧紧。罗茨鼓风机的安装示意图如图6所示。

图6 罗茨鼓风机的安装示意图

当鼓风机放置在室外时，为了防止雨水侵蚀，必须安装防雨棚，为鼓风机提供干燥明亮的环境。如果鼓风机在高于40℃的环境中使用，需要在排气风扇上安装冷却装置，以保持鼓风机在合适环境中正常运行。安装后，检查罗茨鼓风机的每个部件是否已安装，确保鼓风机的每个部分都拧紧，并定期润滑鼓风机，以进行维护。

3.2 测试与验证

为验证新设计转子的效果，在相同安装环境下，对比了传统柱状转子和带螺旋齿轮廓转子的罗茨鼓风机的效果，两种鼓风机试验结果见表1。由表1得出结论，在相同运行条件下，带螺旋齿轮廓转子的鼓风机出口风量增加10.7%，振动和噪声明显降低。机器零部件的温度下降程度不同。与柱状剖面相比，新的螺旋剖面具有优异的性能。

表1 测试数据的比较

3.3 罗茨鼓风机的常见故障

尽管罗茨鼓风机经历了一个很长的发展时期，但是其故障诊断无论在国内还是国外都发展较缓慢。在维修方面，基本还处于定期保养维修的阶段。因此，对其常见故障的判断及处理方法的归纳总结，对于罗茨鼓风机的安全使用尤为重要。罗茨鼓风机的常见故障及处理方法，如下页表2所示。

表2 罗茨鼓风机常见故障及处理方法

4 结语

本文提出了一种基于偏心弧和圆线曲线轮廓的三叶螺旋转子，以进一步降低噪声，提高效率。螺旋转子的新横截面由偏心弧和环向曲线组成。制造和测试新型啮合螺旋罗茨鼓风机的加工和测试。试验表明，采用螺旋转子，鼓风机空气量增加1 m3/min，水平、垂直和轴向振动分别减少2.2 mm/s、0.1 mm/s和1.9 mm/s。鼓风机噪声降低1.7 dB。各部分的鼓风机温度明显降低。由此表明，具有横截面的新型螺旋转子具有明显的优点。最后，针对罗茨鼓风机的常见问题进行了归纳总结并提出相应解决方法。