王永紅

（貴州大方煤業(yè)有限公司 貴州畢節(jié) 551700）

礦井通風(fēng)機(jī)振動故障診斷研究

王永紅

（貴州大方煤業(yè)有限公司 貴州畢節(jié) 551700）

振動是礦井通風(fēng)機(jī)機(jī)械故障的主要表現(xiàn)形式，發(fā)生故障時往往伴隨振動信號的異常，因此加強(qiáng)通風(fēng)機(jī)振動故障診斷具有現(xiàn)實意義。本文首先對礦井通風(fēng)機(jī)進(jìn)行了簡單論述，其后就通風(fēng)機(jī)典型的故障機(jī)理和振動特征展開了具體分析，以期為相關(guān)人員提供參考。

礦井通風(fēng)機(jī)；軸流式通風(fēng)機(jī)；振動故障診斷

1 引言

礦井主通風(fēng)機(jī)的安全運行對煤礦安全生產(chǎn)和人員安全有著很重大的影響，因而在相關(guān)規(guī)程中對于煤礦安全運行有一定的要求，礦井主通風(fēng)機(jī)在使用過程中應(yīng)定期進(jìn)行振動性能測試，以保證設(shè)備高效、安全、經(jīng)濟(jì)地運轉(zhuǎn)。因此，應(yīng)用振動參數(shù)進(jìn)行故障診斷，減少風(fēng)機(jī)事故的發(fā)生是十分必要的。

2 礦井通風(fēng)機(jī)概述

2.1 礦井主通風(fēng)機(jī)的分類

風(fēng)機(jī)的種類有很多，分類方法也很多，主要包括以下幾種：①按照葉輪中風(fēng)的走向可以分為離心式和軸流式風(fēng)機(jī)；②按照葉輪的數(shù)目可以分為單級和雙級風(fēng)機(jī)；③按照產(chǎn)生的壓強(qiáng)可以分為低壓風(fēng)機(jī)、中壓風(fēng)機(jī)和高壓風(fēng)機(jī)；④按照動力來源可分為葉片式和容積式風(fēng)機(jī)。

2.2 軸流式通風(fēng)機(jī)特點與工作原理

下面主要介紹軸流式通風(fēng)機(jī)。

軸流式風(fēng)機(jī)的主要特點：外界空氣從風(fēng)機(jī)的軸向進(jìn)入，經(jīng)過風(fēng)機(jī)之后仍然沿風(fēng)機(jī)的軸向流出。軸流式風(fēng)機(jī)主要是由葉輪、主軸和機(jī)殼組成，葉輪是由輪轂和葉片兩部分組成，其工作原理是：當(dāng)主軸得電轉(zhuǎn)動，進(jìn)而帶動葉輪上的葉片旋轉(zhuǎn)，由于葉片間有一定的角度，所以氣體可以通過葉輪，從風(fēng)機(jī)中流出，同時由于葉片附近的氣體被排出，葉片周圍的壓力就會變小，風(fēng)機(jī)入口處形成負(fù)壓，外界空氣由于壓力差，被壓進(jìn)風(fēng)機(jī)，進(jìn)入風(fēng)機(jī)的氣體又經(jīng)過葉片的轉(zhuǎn)動被排出，由于葉片持續(xù)的轉(zhuǎn)動，這樣就能循環(huán)的吸入和排除氣體。

軸流式通風(fēng)機(jī)葉輪上的葉片既可以是固定角度的，調(diào)整角度時需要停車調(diào)整，也可以根據(jù)井下風(fēng)量需要，通過葉片角度執(zhí)行器進(jìn)行動態(tài)調(diào)節(jié)，一般可調(diào)角度為-30～10°。這樣通過葉片角度的調(diào)節(jié)既可以實現(xiàn)抽風(fēng)又可以實現(xiàn)反風(fēng)。軸流式通風(fēng)機(jī)通常被應(yīng)用于風(fēng)量要求較高而負(fù)壓要求較低的場合。

由于軸流式通風(fēng)機(jī)的特點，現(xiàn)如今已廣泛應(yīng)用于國內(nèi)各大煤礦，而采用最多的是對旋軸流式通風(fēng)機(jī)。對旋式軸流通風(fēng)機(jī)主要是由集流器、進(jìn)出口消音器、整流罩、電動機(jī)、一級葉輪、二級葉輪和擴(kuò)壓器組成，主要特點就是有兩個葉輪，兩個葉輪并排放置，并有一定間隙，工作的時候兩個葉輪的轉(zhuǎn)動方向相反，一個順時針另一個就要逆時針，工作時產(chǎn)生的風(fēng)量大、噪聲分貝小而且比較節(jié)能是對旋軸流式通風(fēng)機(jī)具有的特點，這種結(jié)構(gòu)只要通過配電柜的換相操作，使風(fēng)機(jī)葉輪反轉(zhuǎn)，即可實現(xiàn)反風(fēng)，由于煤礦要定期進(jìn)行反風(fēng)操作，所以這種方便反風(fēng)和方便調(diào)節(jié)風(fēng)量的風(fēng)機(jī)已被廣泛的應(yīng)用。

3 通風(fēng)機(jī)典型的故障機(jī)理和振動特征分析

3.1 轉(zhuǎn)子不平衡故障及其振動特征

轉(zhuǎn)子不平衡是主通風(fēng)機(jī)最為常見的故障類型，引起轉(zhuǎn)子不平衡的原因有很多，主要原因有轉(zhuǎn)子的質(zhì)量不平衡、結(jié)構(gòu)不合理、動平衡等級低、部件脫落或轉(zhuǎn)子結(jié)垢等，雖然有很多原因可以引起轉(zhuǎn)子的不平衡，但核心問題相似，主要是因為轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心。

通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡故障的表現(xiàn)形式：風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速較低時，振動的幅值趨于零，但是風(fēng)機(jī)振動的振幅隨轉(zhuǎn)速變化明顯，振幅會有一個突然增加的過程。通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡引起的振動特點如下：①通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡能夠引起整個通風(fēng)機(jī)振動振幅的增大，振幅在轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速和二階臨界轉(zhuǎn)速的時候出現(xiàn)明顯的峰值；②通風(fēng)機(jī)的振動主要是以倍頻振幅為主；③振動方向徑向且軸心軌跡為橢圓型，相位突變后穩(wěn)定。

3.2 轉(zhuǎn)軸不對中故障及其振動特征

通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)軸不對中是指相鄰兩轉(zhuǎn)子的軸心線與軸承中心線的不重合，主要原因有：熱膨脹量不夠、對中技術(shù)要求不準(zhǔn)、超負(fù)荷工作、基礎(chǔ)沉降不勻和軸系各部熱變形不同等。轉(zhuǎn)軸不對中主要有聯(lián)軸器平行不對中和聯(lián)軸器偏角不對中兩種，在發(fā)生轉(zhuǎn)軸不對中振動時轉(zhuǎn)子軸向振動值變大，聯(lián)軸器相連的軸承處振動很大，而且振動隨風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷變化明顯，油溫、流量、負(fù)壓在這種情況下都會對通風(fēng)機(jī)的振動產(chǎn)生影響。

轉(zhuǎn)軸不對中故障的振動特點為：①通風(fēng)機(jī)振動頻率出現(xiàn)二倍頻，并以一、二倍頻分量為主；②軸心軌跡呈雙環(huán)橢圓，振動方向為徑向和軸向，相位特征較穩(wěn)定；③通風(fēng)機(jī)的振動對負(fù)荷、轉(zhuǎn)速的變化敏感，當(dāng)負(fù)荷或者轉(zhuǎn)速發(fā)生改變時，通風(fēng)機(jī)的振動狀態(tài)也會很快做出相應(yīng)變化。

3.3 轉(zhuǎn)軸碰磨故障及其振動特征

通風(fēng)機(jī)在運行時，由于動靜件之間（轉(zhuǎn)子與軸承、密封、隔板）由于間隙不當(dāng)會發(fā)生碰撞或者摩擦，再加上運行過程中的不平衡、熱膨脹不均勻和對中不良等因素的影響，會加劇動靜件之間的碰撞或者摩擦，轉(zhuǎn)軸摩擦由于影響因素有很多，所以產(chǎn)生的通風(fēng)機(jī)振動是多樣化的，嚴(yán)重的會造成通風(fēng)機(jī)不能正常工作，甚至損壞通風(fēng)機(jī)。

轉(zhuǎn)軸碰磨故障的振動特點為：①轉(zhuǎn)軸碰磨會造成通風(fēng)機(jī)振動時域波形畸形，嚴(yán)重的會引起削波，還會出現(xiàn)高低諧波和低次諧波以及組合諧波；②振動方向為徑向，軸心軌跡紊亂不規(guī)則且擴(kuò)散，振動非常不穩(wěn)定；③轉(zhuǎn)軸的動靜件之間碰磨嚴(yán)重時，各頻率成分的幅值也會迅速增加。

3.4 轉(zhuǎn)軸裂紋故障及其振動特征

轉(zhuǎn)軸裂紋的故障主要是由設(shè)計和制造時材質(zhì)不良或者應(yīng)力集中、頻繁啟動、升降過快、升壓過猛、轉(zhuǎn)子長期受交變力和轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生疲勞裂紋等因素造成的，當(dāng)通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速會影響振動的振幅，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到一階臨界轉(zhuǎn)速的一半時，通風(fēng)機(jī)的振動信號會產(chǎn)生一個幅值，而且振動的幅值隨負(fù)荷無規(guī)則變化，產(chǎn)生的振動都是非線性振動。

轉(zhuǎn)軸裂紋故障的振動特點如下：①通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸裂紋故障會引起一、二倍頻分量的增大；②通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速在小于一階臨界轉(zhuǎn)速時，會出現(xiàn)振動的幅值；③振動方向為徑向和軸向，圓心軌跡是雙橢圓或者不規(guī)則，相位不規(guī)則。

3.5 氣流激振故障及其振動特征

當(dāng)氣流在風(fēng)機(jī)內(nèi)部不均勻流動時，會對風(fēng)機(jī)內(nèi)部造成不均勻的作用力，這種作用力會造成風(fēng)機(jī)的振動，這種振動往往變現(xiàn)為低于工作轉(zhuǎn)速的自激振動。

氣流激振的振動特點為：①通風(fēng)機(jī)的激振頻率一般為0.6～0.9倍工頻；②通風(fēng)機(jī)振動的軸心軌跡在正常情況下表現(xiàn)出由小變大的振動方式，但是當(dāng)出現(xiàn)氣流激振故障時，由于存在不均勻的作用力，又使軸心軌跡由大變小。

3.6 油膜渦動故障及其振動特征

通風(fēng)機(jī)的油膜渦動故障產(chǎn)生的主要原因有軸承設(shè)計或者制造不合理、軸承間隙不當(dāng)、潤滑油不良、油溫或者油壓不當(dāng)和軸承的腐蝕和氣蝕，油膜渦動振動隨轉(zhuǎn)速和油溫的變化比較明顯，渦動頻率也會隨著工作角頻率的增加而變大，但是振幅通常情況下很小，當(dāng)通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速大于一階臨界轉(zhuǎn)速的兩倍以后，會產(chǎn)生油膜振動現(xiàn)象，這時會使通風(fēng)機(jī)的振動突然變大。

油膜渦動故障的振動特點是：①油膜渦動軸心軌跡，呈現(xiàn)雙環(huán)橢圓，產(chǎn)生的振動方向為徑向；②通風(fēng)機(jī)出現(xiàn)非線性振動并且振動強(qiáng)烈，有低沉吼叫聲。

3.7 基座松動故障及其振動特征

通風(fēng)機(jī)的基座松動故障也是常見的故障之一，主要原因是非轉(zhuǎn)動部分制作工藝精確度不夠，以及安裝過程中部件之間存在明顯的空隙，同時通風(fēng)機(jī)的超負(fù)荷運行和機(jī)器的老化都會引起基座松動。

基座松動故障的振動特點為：①會引起轉(zhuǎn)子的分?jǐn)?shù)次諧波的產(chǎn)生，并有二倍頻、三倍頻的出現(xiàn)，并且當(dāng)通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值后，振幅會突然增大或者減?。虎谳S心軌跡紊亂，相位特征不穩(wěn)定。

4 結(jié)語

綜上所述，礦井通風(fēng)機(jī)是保證礦井安全生產(chǎn)的核心設(shè)備，振動診斷技術(shù)應(yīng)用到礦井通風(fēng)機(jī)安全運轉(zhuǎn)管理中，對其可能出現(xiàn)的故障現(xiàn)象進(jìn)行監(jiān)測、診斷和分析，能實現(xiàn)故障預(yù)報，提高故障診斷的準(zhǔn)確性，對保證設(shè)備可靠運轉(zhuǎn)、積累維護(hù)經(jīng)驗、減少運行成本、延長使用壽命具有重要意義。

[1]李春華，肖 洋.礦井通風(fēng)機(jī)振動故障診斷[J].黑龍江科技學(xué)院學(xué)報，2006，16（4）：237～240.

[2]李曼，司頡，張鋒軍.礦井主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)[J].儀表技術(shù)與傳感器，2013（1）：62～63.

[3]楊進(jìn)峰.礦井通風(fēng)機(jī)振動故障診斷分析[J].現(xiàn)代制造，2011（21）：103～104.

[3]陶 偉.煤礦軸流式通風(fēng)機(jī)振動故障診斷[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2004，32（9）：36～37+73.

TD441

A

1004-7344（2016）13-0185-02

2016-4-15