通風(fēng)機振動分析與故障診斷分析

張文慧

摘 要：本文從概述通風(fēng)機振動分析與故障診斷分析出發(fā)，探討了通風(fēng)機振動的形式和成因，分析了通風(fēng)機故障出現(xiàn)的原因以及相對應(yīng)的振動特性，以期為相關(guān)的理論研究和實踐工作提供一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：通風(fēng)機；振動分析；故障診斷分析

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進步，煤礦產(chǎn)業(yè)也得到了長足的發(fā)展。其中，通風(fēng)機作為大型煤礦的重要運行設(shè)備，其穩(wěn)定正常運轉(zhuǎn)成為影響煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)不可或缺的一部分。因此，相關(guān)工作人員應(yīng)該對這項設(shè)備的故障診斷和預(yù)警技術(shù)等進行充分的研究和實踐。在這個背景下，研究通風(fēng)機振動分析與故障診斷分析的諸多問題，具有重要的現(xiàn)實意義。

一、通風(fēng)機振動分析與故障診斷分析概述

在煤礦生產(chǎn)的過程中，通風(fēng)機占有重要的地位。它能夠為下井的工人不間斷地提供足量的新鮮空氣，保障工人生命健康安全的基礎(chǔ)上保證煤礦生產(chǎn)的順利進行。因此，通風(fēng)機的順利運轉(zhuǎn)對于煤礦的安全生產(chǎn)以及煤礦的經(jīng)濟效益都有著十分重要的影響。因此，對于通風(fēng)機的故障診斷進行充分的研究和實踐防治，具有重要的意義。

通過對通風(fēng)機的振動信號進行分析，從而實現(xiàn)設(shè)備故障的診斷，是各種通風(fēng)機診斷方法中采用最為廣泛、效果最好的一種手段和途徑。機械系統(tǒng)在其運行過程中能發(fā)生具有一定規(guī)律的振動，而不同振動具有不同的特征信息，這些信息對于反映系統(tǒng)狀態(tài)以及變化規(guī)律來說，是一種非常有用的信號。通過各種設(shè)備和儀器的記錄和分析數(shù)據(jù)表明，在通風(fēng)機的各項機械故障中，以振動為主要誘因占半數(shù)以上。通過對通風(fēng)機的振動分析，進而進行故障診斷，是亟待解決的任務(wù)之一。

二、通風(fēng)機振動的形式和成因分析

在機械設(shè)備運轉(zhuǎn)過程中，不同程度的振動都不可避免地發(fā)生，而這個振動的程度如果超過一定的范圍，就會對設(shè)備造成嚴(yán)重的危害，對設(shè)備的安全運行產(chǎn)生威脅。所以，相關(guān)的工作人員應(yīng)該努力將伴隨著機械運行而產(chǎn)生的振動對于設(shè)備的損害降到最低，控制在一定的范圍內(nèi)。不可忽視的是，振動作為一種動力學(xué)特征，囊括了系統(tǒng)、零部件因為種種因素而引起的失效和劣質(zhì)化等問題的關(guān)鍵信息，比如磨損和老化等。

通風(fēng)機作為一種機械設(shè)備，振動的形式主要包含強迫振動和自己振動兩種。前者是由系統(tǒng)的持續(xù)性激勵所誘發(fā)，通過引進外界的能量的方式來促使系統(tǒng)等幅振動的進行維持。而這種振動形式的來源主要有三種，它們?nèi)N激勵作用包含周期性和非周期性激勵作用。一種是激振力，它直接作用在振動系統(tǒng)上；另一種是系統(tǒng)中運動部件所產(chǎn)生的，以不平衡離心慣性力的形式影響促成振動，最后一種是由支承件的持續(xù)性運動引發(fā)的。強迫振動會對設(shè)備或者設(shè)備中某一結(jié)構(gòu)造成很大的沖擊，成為疲勞損害的重要因素。

自激振動是一種不需要周期變化的外力作用維持就能實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)振動的一種振動方式。它依靠自身系統(tǒng)中各個構(gòu)成元素的互相耦合共同維持。這種振動方式有著很強的自治性，它不需要隨著時間的變化受到的不同大小的外力，只需要通過系統(tǒng)本身各個構(gòu)成因素之間的相對運動實現(xiàn)振動，以穩(wěn)態(tài)周期的形式展現(xiàn)。

三、 通風(fēng)機故障出現(xiàn)的原因以及相對應(yīng)的振動特性

在對于通風(fēng)機的運行狀態(tài)進行監(jiān)測時，研究和實踐中收集和采錄到的典型故障形式以及對應(yīng)的振動特性有如下幾種：轉(zhuǎn)子不平衡引發(fā)的故障及其對應(yīng)振動特性；轉(zhuǎn)子不對中引發(fā)的故障及其對應(yīng)振動特性；基礎(chǔ)和裝配發(fā)生松動產(chǎn)生的故障及其對應(yīng)振動特性以及通風(fēng)機葉片引發(fā)的故障及其振動特性。

（一） 轉(zhuǎn)子不平衡引發(fā)的故障及其對應(yīng)振動特性

這個故障主要包括兩種形式，一種是轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的質(zhì)量發(fā)生偏心現(xiàn)象，還有一種是轉(zhuǎn)子部件發(fā)生缺損。前者的主要誘因是制造誤差和裝配誤差，有時候材質(zhì)不均勻也會造成這種現(xiàn)象的產(chǎn)生。而如果在轉(zhuǎn)子的運行過程中，因為受到腐蝕磨損、介質(zhì)結(jié)構(gòu)影響，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子零部件的局部損壞甚至脫落等問題，轉(zhuǎn)子不平衡現(xiàn)象就會又一次產(chǎn)生。在這種故障下，通風(fēng)機的振動特征如下：時域波形是正弦波，轉(zhuǎn)速n越大，振動幅度越大。

（二）轉(zhuǎn)子不對中引發(fā)的故障及其對應(yīng)振動特性

通風(fēng)機電機轉(zhuǎn)軸通過聯(lián)軸器，與轉(zhuǎn)子軸聯(lián)系起來，形成軸系。通常，當(dāng)在聯(lián)系軸節(jié)時產(chǎn)生一定的制造誤差，或者在進行機械的安裝時產(chǎn)生一定的誤差時，驅(qū)動軸的軸心線會脫離動軸的軸心線，不再在一條直線上，造成軸系不對中，進而引發(fā)通風(fēng)機的故障。同時，如果基礎(chǔ)受熱不夠均勻，機器基礎(chǔ)在進行沉降時發(fā)生不均勻的情況，在機組的各個構(gòu)件中產(chǎn)生膨脹或者扭曲變形的情況下，也會引發(fā)軸系不對中的故障。常見的轉(zhuǎn)子不對中包括平行不對中、角度不對中和綜合不對中三種情況。當(dāng)這種故障產(chǎn)生時，通風(fēng)機產(chǎn)生的振動頻率以主軸旋轉(zhuǎn)頻率二倍頻的形式存在，基頻成分以及高次諧波成分也常常伴隨發(fā)生。

（三）基礎(chǔ)和裝配發(fā)生松動產(chǎn)生的故障及其對應(yīng)振動特性

在配合尺寸進行加工時，如果產(chǎn)生很大的誤差，就容易導(dǎo)致基礎(chǔ)松動或者裝配松動的現(xiàn)象產(chǎn)生。在基礎(chǔ)水平下沉的情況下，基礎(chǔ)松動經(jīng)常發(fā)生，而如果零部件之間的配合間隙存在超出一定范圍的誤差，裝配松動現(xiàn)象就會發(fā)生。這兩種異常振動也可能由通風(fēng)機的超負荷運行造成，基礎(chǔ)變形和機殼變形有時也會造成這種異常振動的產(chǎn)生。

（四） 通風(fēng)機葉片引發(fā)的故障及其振動特性

當(dāng)通風(fēng)機葉片受到氣體動壓力激振的影響時，裂紋、斷裂或葉片變形等情況就容易產(chǎn)生。葉片發(fā)生這些故障時，通風(fēng)機的不平衡振動也會伴隨產(chǎn)生。葉片在發(fā)生變形時，受到氣流的影響，葉片產(chǎn)生的變形形狀也會不同。這時，軸向的振動會變大，異常聲音也會較大。

四、總結(jié)

通風(fēng)機在運用實踐中，一線的工作人員需要不斷積累運行和監(jiān)測經(jīng)驗，結(jié)合煤礦的實際環(huán)境，利用相應(yīng)的振動分析方法進行故障類型和來源的準(zhǔn)確分析。要從可靠、經(jīng)濟、安全的角度，將煤礦的安全控制機制和設(shè)備管理工作密切聯(lián)系起來，爭取實現(xiàn)振動分析和故障診斷技術(shù)的不斷成熟和發(fā)展，為保證煤礦工程質(zhì)量和經(jīng)濟效益，維護煤礦工人生命財產(chǎn)安全提供保障。

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