韓江飛

（山西潞安檢測檢驗中心有限責任公司， 山西 長治 046204）

引言

通風機作為煤炭采掘作業(yè)中的主要設(shè)備，承擔著礦井通風換氣的任務(wù)，其運行的可靠性不僅關(guān)系著煤炭開采企業(yè)工作的正常開展，還與井下工作人員的生命安全息息相關(guān)，必須引起高度重視[1]。通風機運行過程中，經(jīng)葉片的旋轉(zhuǎn)將吸入風機型腔內(nèi)部的空氣進行升壓處理，之后輸入至井下工作面。目前礦用通風機應(yīng)用較多的是離心式通風機和軸流式礦用通風機[2-3]，前者通過葉片旋轉(zhuǎn)使空氣獲得較大的離心力，順著風道吹入煤礦井下；后者通過葉片切割空氣，提升出口空氣的壓力，進而順著風道輸入煤礦井下。實際生產(chǎn)過程中連續(xù)運轉(zhuǎn)的通風機因其工作環(huán)境較為惡劣，經(jīng)常出現(xiàn)不同類型的故障，有故障記錄統(tǒng)計顯示，70%～80%的故障是振動故障[4-6]。

1 通風機振動故障可能原因分析

1.1 轉(zhuǎn)子安裝同軸度較差

通風機的電機轉(zhuǎn)軸與風機轉(zhuǎn)子軸采用聯(lián)軸器連接在一起，為了保證風機傳動軸系轉(zhuǎn)動過程中的穩(wěn)定性，要求電機轉(zhuǎn)軸與風機轉(zhuǎn)子軸具有很好的同軸度。但是實際安裝過程中不可避免地存在一定的誤差，存在平行不對中、角度不對中和綜合不對中等情況，如圖1 所示。通風機運行過程中，不對中的電機轉(zhuǎn)軸與風機轉(zhuǎn)子軸的動平衡難以保證，將會引起設(shè)備一系列的不良動態(tài)效應(yīng)，例如傳動軸系的跳動使設(shè)備運行時存在明顯的振動，加速設(shè)備的破壞。

1.2 軸承磨損

圖1 電機轉(zhuǎn)軸與風機轉(zhuǎn)子軸裝配誤差類型

通風機傳動軸系采用滾動軸承和軸承座的形式固定，軸承裝配過程中可能存在異物落入、潤滑缺失等情況，使軸承出現(xiàn)過度磨損。磨損之后的軸承運行時就會產(chǎn)生一定頻率的周期性跳動，表現(xiàn)為整個設(shè)備的振動。振動的出現(xiàn)會加劇軸承的磨損，導致通風機運行時失去動平衡，軸承所受載荷不均勻，軸承溫度升高變得明顯。與此同時，振動的存在會使氣體產(chǎn)生動壓力激振，極易導致葉片出現(xiàn)變形、斷裂等故障。

1.3 動靜部件之間接觸摩擦

通風機運行中的動部件主要是指轉(zhuǎn)子及其連接的軸系部件，除此之外的所有與機架連接的均為靜部件。動靜部件之間的接觸摩擦存在兩種情況：第一是風機轉(zhuǎn)子外緣與靜部件接觸，形成徑向的周期性摩擦情況；第二是風機轉(zhuǎn)子與靜部件接觸，形成軸向的周期性摩擦情況。通風機運行過程中出現(xiàn)動靜部件周期性接觸摩擦時會產(chǎn)生正余弦形式的振動波，不利于通風機的穩(wěn)定可靠運行。

1.4 零件制造和裝配誤差

礦用通風機的零部件在制造時如果存在加工公差不準、加工表面質(zhì)量差、加工變形大等問題時，將會導致固定在上面的動部件定位精度差，不利于整個設(shè)備的連續(xù)穩(wěn)定運行，出現(xiàn)不同強度的振動或者異響。同時，通風機裝配過程中若存在誤差大或者緊固件松動等問題，也會導致通風機轉(zhuǎn)子動態(tài)性不平衡，出現(xiàn)不同程度的振動，影響通風機的正常運行。

2 通風機故障檢測分析

當前服役的某型號礦用通風機的葉片數(shù)為12，工作轉(zhuǎn)速為600 r/min，旋轉(zhuǎn)頻率為10 Hz，葉片特征頻率為120 Hz，工作過程中存在明顯的振動故障。經(jīng)過現(xiàn)場使用情況以及故障檢測經(jīng)驗，首先檢測了通風機硬件的安裝情況，基礎(chǔ)穩(wěn)定可靠，未出現(xiàn)地腳螺栓等緊固件的松動或松脫；因通風機運行過程中未出現(xiàn)明顯的摩擦聲響，同時也未出現(xiàn)轉(zhuǎn)動部件的卡滯情況，因此排除了動靜部件之間接觸摩擦的情況；最后確定振動故障出現(xiàn)的位置處于通風機的傳動系統(tǒng)，包括轉(zhuǎn)子安裝同軸度較差或者軸承磨損兩種情況，通過檢測轉(zhuǎn)子軸和電機轉(zhuǎn)軸的同軸度，確定滿足規(guī)定要求，故而可以確定振動故障來源于軸承故障。通風機傳動系統(tǒng)中存在兩個滾動軸承，軸承型號為ZWZ3644，其組成部分的特征頻率如表1 所示。

表1 滾動軸承動態(tài)參數(shù) Hz

2.1 故障檢測

為了準確確定哪個軸承出現(xiàn)故障，需要進行進一步的檢測，風機傳動系統(tǒng)及測點布置如圖2 所示。由圖2 可以看出通風機傳動系統(tǒng)的兩個軸承位置各布置了一個測量點，用于采集軸承位置的振動信號，以便后續(xù)的分析處理。

通過傳感器完成兩個軸承振動頻率數(shù)據(jù)的采集之后需要進行頻譜信號的調(diào)理，為了提高信號的抗干擾性能，需要經(jīng)過放大電路完成信號的放大處理。之后進入數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊將模擬量信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字量信號，進一步完成故障數(shù)據(jù)的分析處理。通風機振動測試系統(tǒng)如圖3 所示。

2.2 檢測結(jié)果分析

將測試點1 和測試點2 的采樣頻率設(shè)置為10 000 Hz，分析頻率設(shè)置為5 000 Hz，分析采樣點的數(shù)量為1 024。檢測系統(tǒng)檢測得到測點1 位置的信號較為正常，表明軸承1 未出現(xiàn)故障，測點2 位置的信號較為復雜，具體時域信號如圖4 所示，將其轉(zhuǎn)化為頻譜域信號如圖5 所示，由圖5 可以看出測試點2 位置在低頻段的振動幅值較小，因此通風機的故障不能確定。由圖5 還可以看出頻率在3 550 Hz 附近出現(xiàn)了明顯的高頻峰群，由此可見，振動故障出現(xiàn)的原因極有可能是滾動軸承出現(xiàn)了損傷導致了共振高頻，頻率的范圍在3 495～3 625 Hz 范圍內(nèi)。

圖2 風機傳動系統(tǒng)及測點布置

圖3 通風機振動測試系統(tǒng)

圖4 測點2 的時域波形圖

圖5 測點2 的頻譜圖

3 故障排除后效果分析

根據(jù)上述檢測的結(jié)果確定了通風機振動故障的原因是傳動系統(tǒng)中一個軸承內(nèi)圈出現(xiàn)了較為嚴重的故障。為了保證一組軸承具有相同的使用性能和壽命，該礦組織相關(guān)設(shè)備維修人員進行了一對軸承的更換，調(diào)試完成之后投入了正常的運行。再次檢測兩個軸承位置的振動信號，結(jié)果顯示采集得到了的振動信號穩(wěn)定可靠，基本與通風機固有的振動頻率一致，由此可見，基于小波理論的檢測技術(shù)檢測結(jié)果可靠，成功解決了礦用通風機振動問題。相較于傳統(tǒng)的檢測方法，此檢測方法高效準確，故障排除時間減少近45%，設(shè)備利用率提升近10%，為煤炭企業(yè)產(chǎn)生直接經(jīng)濟效益近120 萬元/a，具有很好的應(yīng)用前景。