煤礦通風(fēng)機振動原因及檢測方法

馬驄

摘要：煤礦通風(fēng)機是煤礦主要設(shè)備之一，只有通風(fēng)機正常運轉(zhuǎn)才能保證煤礦的正常生產(chǎn)：所以煤礦用通風(fēng)機要按期對其進(jìn)行檢測檢驗從而保證通風(fēng)機的正常運轉(zhuǎn)。在檢測檢驗過程中常常會遇到通風(fēng)機振動超的問題，本文對通風(fēng)機振動超標(biāo)的原因及檢測做出了分析。

關(guān)鍵詞：煤礦；通風(fēng)機；振動原因

引言

據(jù)統(tǒng)計，我國煤炭工業(yè)生產(chǎn)中，因煤礦通風(fēng)設(shè)備而發(fā)生的事故中，機械事故占通風(fēng)機組事故的68.9%，盡管一部分事故因有備用通風(fēng)機而未造成嚴(yán)重后果，但還有一些事故既影響了生產(chǎn)，又造成了慘重的傷亡。因此對煤礦通風(fēng)設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷是急需研究解決的問題。

一、煤礦主通風(fēng)機的分類

風(fēng)機的種類有很多，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；②按照葉輪的數(shù)目可以分為單級和雙級風(fēng)機；③按照產(chǎn)生的壓強可以分為低壓風(fēng)機、中壓風(fēng)機和高壓風(fēng)機；④按照動力來源可分為葉片式和容積式風(fēng)機。

二、軸流式通風(fēng)機特點與工作原理

下面主要介紹軸流式通風(fēng)機。

軸流式風(fēng)機的主要特點：外界空氣從風(fēng)機的軸向進(jìn)入，經(jīng)過風(fēng)機之后仍然沿風(fēng)機的軸向流出。軸流式風(fēng)機主要是由葉輪、主軸和機殼組成，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)機入口處形成負(fù)壓，外界空氣由于壓力差，被壓進(jìn)風(fēng)機，進(jìn)入風(fēng)機的氣體又經(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。對旋式軸流通風(fēng)機主要是由集流器、進(jìn)出口消音器、整流罩、電動機、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)機已被廣泛的應(yīng)用。

三、通風(fēng)機典型的故障原因和振動檢測分析

某煤礦西風(fēng)井有2臺G4-73-11.28D型離心式風(fēng)機，各配有1臺YR1250-8/1430型電動機，額定電壓6kV，功率1250kW，轉(zhuǎn)速730r/min，1臺工作，1臺備用。其中1臺于2017年8月出現(xiàn)電動機噪聲增大，其軸承振幅逐漸增大，高達(dá)60m，電動機驅(qū)動端軸承振幅軸瓦溫度達(dá)80℃。為查找設(shè)備問題，消除隱患，采用TV310型振動數(shù)據(jù)采集器，對軸承的振動頻譜及相位數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，并進(jìn)行必要的細(xì)化分析，進(jìn)而查找故障部位及原因。

從電動機和風(fēng)機驅(qū)動端軸承入手，分別對其振動進(jìn)行布點、數(shù)據(jù)采集、頻譜分析，明確問題的來源，查找故障原因。

3.1 電動機軸承的頻譜分析

分別采集電動機軸承蓋的水平、垂直、軸向3個方向運轉(zhuǎn)狀態(tài)下的數(shù)據(jù)。得出轉(zhuǎn)速730r/min，頻率24.83Hz時電動機驅(qū)動端水平方向振動頻譜圖如圖1a所示，電動機非驅(qū)動端的軸向振動頻譜圖如圖1b所示。由圖1a可以明顯地看出，電動機驅(qū)動端水平方向以1倍頻和2倍頻分量為主要分量，多數(shù)情況超過1倍頻分量，2倍頻下的振幅約為1倍頻下振幅的2倍，3倍頻以上工作頻率下的振幅較小。從圖2可以看出，電動機非驅(qū)動端軸向以1倍頻振動為主。通過頻譜比較分析，發(fā)現(xiàn)水平1倍頻均超標(biāo)，并伴有2倍頻、3倍頻、4倍頻等工作頻率下的振動，且2倍頻基頻諧波較突出，說明聯(lián)軸器對中有問題；風(fēng)機的振動幅值隨負(fù)荷的增加而升高現(xiàn)象比較明顯，可以推斷風(fēng)機與電動機間齒型聯(lián)軸器存在對中問題，角向不對中問題突出。因此，可判斷聯(lián)軸器對中故障是電動機異常振動的原因。

3.2時域波形分析

圖2a是電機轉(zhuǎn)速為730r/min，頻率為24.82Hz時電動機驅(qū)動端軸承水平方向振動時域波形圖。圖2a中顯示原始振動信號的正弦波，當(dāng)電機轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)動1圈時，電機轉(zhuǎn)子出現(xiàn)2次跳躍，跳動幅值較大，由此可進(jìn)一步推斷電機與風(fēng)機之間的聯(lián)軸器對中存在嚴(yán)重缺陷。

3.3聯(lián)軸器故障分析

載荷的變化會引起輪齒剛性的變化，從而引起輪齒的振動，這種振動通常稱為嚙合振動。在正常情況下，嚙合振動是較近似于簡諧振動的小幅值振動，該振動在頻譜圖上會出現(xiàn)嚙合頻率及其各次諧波成分。由于軸系中心擾動較大，因此，電動機氣隙變化也較大，其軸承振動信息的時域波形顯示出了磁隙中心很不穩(wěn)定。

圖2b是轉(zhuǎn)速為730r/min，頻率為24.82Hz時測取的電動機驅(qū)動端水平方向高頻頻譜圖。圖中頻率是以齒輪軸的旋轉(zhuǎn)頻率為基本頻率，預(yù)示齒輪存在齒輪偏心、局部斷或裂紋等故障。從電動機驅(qū)動端軸承水平方向高頻頻譜可以判斷齒型聯(lián)軸器存在裂紋。因此，綜合分析表明，電動機與風(fēng)機之間的齒型聯(lián)軸器存在斷齒和裂紋，且聯(lián)軸器裂紋是引起振動幅值隨負(fù)荷顯著變化的根本原因。

根據(jù)分析判斷，決定更換聯(lián)軸器。拆卸后發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸器外部齒套存在1條與軸線成45°角的裂紋，已貫穿齒套軸向1/3位置，內(nèi)齒已斷裂多個且多數(shù)齒銹蝕。重點作了以下工作：更換齒型聯(lián)軸器并重新找中心，聯(lián)軸器拆除及復(fù)裝過程中為避免轉(zhuǎn)子彎曲，聯(lián)軸器中心應(yīng)符合規(guī)定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（檢查軸瓦磨損情況，調(diào)整軸瓦間隙符合標(biāo)準(zhǔn)）；調(diào)整齒型聯(lián)軸器的齒頂間隙及側(cè)隙符合要求，內(nèi)部齒用油脂充分填充；更換齒型聯(lián)軸器軸端密封件，保證油脂密封可靠。

四、結(jié)束語

煤礦通風(fēng)機是保證煤礦安全生產(chǎn)的核心設(shè)備，振動診斷技術(shù)應(yīng)用到煤礦通風(fēng)機安全運轉(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、延長使用壽命具有十分重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉曉慶.煤礦通風(fēng)機振動故障及分析[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2017，33（06）：193-194+205.